Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология машиностроения. Моделирование и специализированные пакеты программ. Учебное пособие для СПО
.pdf
ǔǽǻǺǷȈdzǺǮǬǹǴDZǶǺǸǻȈȊǾDZǼǹǺǯǺǸǺǹǴǾǺǼǴǹǯǬ
и с предварительно рассчитываемой статической производственной программой.
Как показал анализ, задачи планирования и оперативнодиспетчерского управления на сахарном заводе тесно взаимосвязаны. Поэтому целесообразна разработка интеллектуальной
системы для производства, позволяющей решать как задачи
планирования, так и задачи управления и диспетчеризации для
пользователей различного уровня. Функционально место такой
системы на верхнем и среднем уровнях управленческой иерархии при интеграции в ИСУП.
Перечислим основные задачи, которые должна решать экспертная служба:
– выработка и выдача пользователю рекомендаций по принятию оперативных решений;
– оперативное выявление отклонений от плановых показателей;
– расчет производственной программы предприятия;
– расчет графика ремонтов технологических установок;
– расчет соотношения сахаропродуктов для первичных
технологических установок при диспетчерском управлении;
– расчеты по определению количества сахаропродуктов
в резервуарах по замерам при диспетчерском управлении;
– оперативный учет и контроль движения сырья и сахаропродуктов;
– сбор и оперативная выдача пользователю информации
о параметрах технологических установок и информации по резервуарам.
Анализ функций и задач управления и планирования,
выполняемых управленческим персоналом верхнего уровня
сахарозавода, позволяет определить функциональную структуру интеллектуальной имитационной системы (ИИС) и круг ее
пользователей.
Интеллектуальная система называется также имитационной, так как имитационные модели в ней используются для решения различных задач, удачно сочетаясь с методами инженерии.
-271-
ǏǗnjǎnjǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǔǙǠǚǜǘnjǢǔǚǙǙǚǘnjǞǑǘnjǞǔǣǑǝǖǔǡǝǜǑǐǝǞǎ
ɪ
На рис. 4.8 показана функциональная структура и круг
пользователей ИИС. Пользователями системы являются
директор, главный инженер, начальник производственного
отдела, дежурный диспетчер, плановый отдел и отдел главного
механика.
ɉɨɥɶɡɨɜɚɬɟɥɢ
ɫɢɫɬɟɦɵ
Ⱦɢɪɟɤɬɨɪ
Ƚɥɚɜɧɵɣ
ɢɧɠɟɧɟɪ
ɇɚɱɚɥɶɧɢɤ
ɩɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɟɧ
ɧɨɝɨɨɬɞɟɥɚ
Ⱦɟɠɭɪɧɵɣ
ɞɢɫɩɟɬɱɟɪ
ɉɥɚɧɨɜɵɣ
ɨɬɞɟɥ
Ɉɬɞɟɥ
ɝɥɚɜɧɨɝɨ
ɦɟɯɚɧɢɤɚ
Ɏɭɧɤɰɢɢɉɨɞɮɭɧɤɰɢɢ
Ʉɨɧɬɪɨɥɶ
ɜɵɩɨɥɧɟɧɢɹ
ɩɥɚɧɚ
ȼɵɞɚɱɚɩɪɟɞɭɩɪɟɠɞɟɧɢɣ
ȼɵɪɚɛɨɬɤɚɪɟɤɨɦɟɧɞɚɰɢɣ
Ɉɛɴɹɫɧɟɧɢɟɪɟɤɨɦɟɧɞɚɰɢɣ
Ɉɛɨɫɧɨɜɚɧɢɟɪɟɤɨɦɟɧɞɚɰɢɣ
ɢɩɪɨɝɧɨɡɢɪɨɜɚɧɢɟɧɚɂɆ
ɉɨɥɭɱɟɧɢɟɚɤɬɭɚɥɶɧɨɣ
ɢɧɮɨɪɦɚɰɢɢɢɡɂɋɍɉ
Ɇɨɧɢɬɨɪɢɧɝ ȼɵɞɚɱɚɩɪɟɞɭɩɪɟɠɞɟɧɢɣ
ɨɫɧɨɜɧɨɝɨ ȼɵɪɚɛɨɬɤɚɪɟɤɨɦɟɧɞɚɰɢɣ
ɩɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɚ Ɉɛɴɹɫɧɟɧɢɟɪɟɤɨɦɟɧɞɚɰɢɣ
Ɉɛɨɫɧɨɜɚɧɢɟɪɟɤɨɦɟɧɞɚɰɢɣ
ɢɩɪɨɝɧɨɡɢɪɨɜɚɧɢɟɧɚɂɆ
ȼɵɞɚɱɚɩɪɟɞɭɩɪɟɠɞɟɧɢɣ
ɉɪɟɞɨɬɜɪɚɳɟɧɢɟ ȼɵɪɚɛɨɬɤɚɪɟɤɨɦɟɧɞɚɰɢɣ
ɚɜɚɪɢɣɧɵɯ Ɉɛɴɹɫɧɟɧɢɟɪɟɤɨɦɟɧɞɚɰɢɣ
ɫɢɬɭɚɰɢɣ Ɉɛɨɫɧɨɜɚɧɢɟɪɟɤɨɦɟɧɞɚɰɢɣ
ɩ
ɨɝɧɨɡɢɪɨɜɚɧɢɟɧɚɂɆ
ȼɵɩɨɥɧɟɧɢɟ Ɋɚɫɱɟɬɩɥɚɧɚɩɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɚ
ɪɚɫɱɟɬɨɜ Ɋɚɫɱɟɬɵɩɪɢɞɢɫɩɟɬɱɟɪɫɤɨɦ
ɭɩɪɚɜɥɟɧɢɢ
ɉɪɟɞɨɫɬɚɜɥɟɧɢɟ ɂɧɮɨɪɦɚɰɢɹɩɨɪɟɡɟɪɜɭɚɪɚɦ
ɢɧɮɨɪɦɚɰɢɢɨ ɂɧɮɨɪɦɚɰɢɹɩɨɭɫɬɚɧɨɜɤɚɦ
ɩɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɟ ɂɧɮɨɪɦɚɰɢɹɩɨɩɥɚɧɭ
Рис. 4.8. Функциональная структура ИИС управления и планирования
-272-
ǔǽǻǺǷȈdzǺǮǬǹǴDZǶǺǸǻȈȊǾDZǼǹǺǯǺǸǺǹǴǾǺǼǴǹǯǬ
Основными функциями системы с точки зрения пользователей является: контроль выполнения плана производства;
мониторинг основного производства; предотвращение аварийных ситуаций; выполнение плановых расчетов и расчетов при
диспетчеризации; представление информации о производстве.
Эти основные функции включают в себя подфункции.
Так, каждая из функций предотвращения аварийных ситуаций, контроля выполнения плана производства, мониторинга
основного производства состоит из подфункций: выдачи
предупреждений; выработки рекомендаций; объяснения рекомендаций; обоснования рекомендаций и прогнозирования на
имитационной модели (ИМ). Кроме этих подфункций, мониторинг основного производства включает в себя подфункцию
получения актуальной информации из распределенной базы
данных интегрированной системы управления. Функция выполнения расчетов состоит из следующих подфункций расчета
плана производства, расчета графика ремонтов, расчетов при
диспетчерском управлении. Функция предоставления информации о производстве включает в себя подфункции выдачи
информации по резервуарам, технологическим установкам
и плановой информации.
Мониторинг основного производства означает непрерывную или периодическую интерпретацию сигналов и выдачу
оповещений о ходе производственного процесса и отклонениях
от заданных показателей, а также о состоянии резервуаров при
возникновении ситуаций, требующих вмешательства. Распознавание и предупреждение возникновения критических ситуаций осуществляется в реальном масштабе времени.
Расчетные функции связаны с выполнением плановых
расчетов и расчетов при диспетчерском управлении производством. Например, определение требуемого соотношения разных
типов сырья на входе технологической установки реализуется
в общем виде следующим образом. Для максимально эффективной переработки сырья разного вида оно должны смешиваться
в определенной пропорции на входе установки первичной
-273-
ǏǗnjǎnjǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǔǙǠǚǜǘnjǢǔǚǙǙǚǘnjǞǑǘnjǞǔǣǑǝǖǔǡǝǜǑǐǝǞǎ
ɓ
ɞ
ɭɩɪ
переработки. Поэтому решаются задачи такого типа: если на
переработку поступает определенное количество типов сырья,
то определить сколько процентов каждого вида сырья должно
быть в смеси, поступающей на вход установки.
Таким образом, функционально ИИС предназначена для
помощи пользователям в процессе их работы и обеспечивают их
советами-рекомендациями по действиям в сложившейся производственной ситуации, оперативной и достоверной информацией, а также возможностью выполнять задачи расчетного
характера. На рис. 4.9 показана архитектура ИИС.
ɂɄ
ɉɅȺɇɂɊɈȼ
ɂɂɋ
Ⱦɢɚɥɨɝɨɜɵɣɛɥɨɤ
ȼɜɨɞɢɤɨɪɪɟɤɬɢɪɨɜɤɚɡɧɚɧɢɣ
Ȼɚɡɚɡɧɚɧɢɣɢɞɚɧɧɵɯ
Ɇɟɯɚɧɢɡɦɜɵɜɨɞɚ
Ɉɛɴɹɫɧɟɧɢɟ
Ɉɛɨɫɧɨɜɚɧɢɟɢɩɪɨɝɧɨɡɢɪɨɜɚɧɢɟ
ɂɆɩɪɨɝɧɨɡɢɪɨɜɚɧɢɹɩɪɢ
ɞɢɫɩɟɬɱɟɪɫɤɨɦɭɩɪɚɜɥɟɧɢɢ
Ɋɚɫɱɟɬɧɵɣɛɥɨɤ
Ɋɚɫɱɟɬɩɥɚ
ɧɚɩɪɨɢɡ
ɜɨ
ɫɬɜɚ
ɋɜɹɡɶɫɊȻȾɂɋɍɉ
Ɋɚɫɱɟɬɩɪɢ
ɞɢɫɩɟɬɱɟɪɫɤɨɦ
ɚɜɥɟɧɢɢ
ɊɚɫɩɪɟɞɟɥɟɧɧɚɹȻȾɂɋɍɉ
ɐɟɧɬɪɚɥɶɧɚɹȻȾ
Ʌɨɤɚɥɶɧɚɹ
ȻȾ
ɉɪɨɢɡɜɨɞɫɬɜɟɧɧɵɟɨɛɴɟɤɬɵ
Рис. 4.9. Архитектура интеллектуальной имитационной системы
и ее связь с распределенной БД интегрированной системы
управления предприятием
Ʌɨɤɚɥɶɧɚɹ
ȻȾʋɤ
База данных служит для накопления и хранения в структурированном виде формализованных на языке представления
-274-
ǔǽǻǺǷȈdzǺǮǬǹǴDZǶǺǸǻȈȊǾDZǼǹǺǯǺǸǺǹǴǾǺǼǴǹǯǬ
проблемно-ориентированных знаний эксперта о предметной
области, а также фактографической информации.
Механизм вывода предназначен для поиска рекомендаций
и решений по действиям в каждой конкретной производственной ситуации.
Блок объяснения рекомендаций предназначен для формирования текстов объяснений и работает на основе трассировки
(прямой и обратной) механизма вывода.
Блок обоснования и прогнозирования предназначен для
оценки развития производственной ситуации при предлагаемых варианта решения или рекомендации, на основе прогноза
при помощи математического моделирования процесса или объекта. Прогнозирующая система логически выводит вероятные
следствия из задаваемых ситуаций. Получаемые результаты
составляют основу для прогноза и обоснования.
Расчетный блок служит для выполнения ряда функций,
сводящихся к конкретным численным расчетам, например,
плановым расчетам, расчетам по резервуарам, определению
требуемого соотношения разных типов сырья на входе технологической установки.
Блок связи с распределенной базой данных ИСУП предназначен для получения актуальных данных о ходе производства
из распределенной БД ИСУП и занесения туда необходимой
другим пользователям и системам информации. Используется
в случае необходимости и для инициирования механизма вывода.
Имитационное моделирование процесса расчета плана
Под имитационным моделированием понимается метод
машинного моделирования процессов с многократным отслеживанием их протекания для различных условий.
В отличие от оптимизационных, имитационные (оценочные)
модели включают в себя: уравнения связи, в явной или неявной
форме; ограничения на управляемые и неуправляемые переменные; подсчет (но не оптимизацию) целевой функции. Необходимо
-275-
ǏǗnjǎnjǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǔǙǠǚǜǘnjǢǔǚǙǙǚǘnjǞǑǘnjǞǔǣǑǝǖǔǡǝǜǑǐǝǞǎ
отметить, что целевая функция в явной форме при постановке
трудноформализуемых задач принятия решений может отсутствовать. В отличие от других видов моделирования, формализованная постановка на основе имитационного моделирования
в значительной степени опирается на модель предметной области с использованием содержательного формализма.
Для формализованного представления процессов сахаропереработки наиболее удобным является сетевой анализ, выразительные средства которого наиболее близки к содержательным
представлениям конечного пользователя.
В рамках указанного формализма сахароперерабатывающее производство может быть представлено в виде многопродуктовой сети с рециклами:
с = < U, P >,
где U — конечное множество вершин (узлов); Р — конечное
множество дуг.
Узлам указанного графа, который в дальнейшем именуется технологическим, соответствуют установки или процессы
смешения, а дугам — потоки сахаропродуктов. Задача расчета
производственной программы на основе имитационного моделирования может быть формализована путем нагрузки технологического графа потоками характеристик, связей и отношений.
Рассмотрим основные характеристики и отношения, определенные на технологическом графе в аспекте рассматриваемой
прикладной задачи.
Каждая i-я вершина графа, соответствующая основному
производству, представляет собой установку с m
входами и ni
i
выходами, режимы работы которой в технико-экономических
координатах задаются следующими параметрами:
– G
— суточная производительность;
i
– T
— рабочий ресурс;
i
– E
(j = 1…. mi) — вектор коэффициентов расхода;
ij
– D
(k = 1…. ni) — вектор коэффициента отбора.
ik
-276-
ǔǽǻǺǷȈdzǺǮǬǹǴDZǶǺǸǻȈȊǾDZǼǹǺǯǺǸǺǹǴǾǺǼǴǹǯǬ
Производственные возможности технологических установок задаются в виде неоднозначных моделей, или моделей
с переменными коэффициентами. В моделях с переменными
коэффициентами для каждой i-й установки задаются: границы
PD[PLQ
EE
изменения коэффициентов расхода
ния коэффициентов отбора
нения производительности
DD
LL**
PD[PLQ
a также границы изме-
LNLN
PD[PLQ
границы измене-
LMLM
Каждая i-я вершина графа, соответствующая процессу
смешения, задается вектором коэффициентов вовлечения
и границами их изменения
PD[PLQ
EEE
где j = 1,
LMLMLM
P
— число
E
L
компонент компаундирования.
Каждая i-я дуга графа определяет поток сахаропродукта со
следующими характеристиками:
— значение запаса первого потока;
— V
1
—
PLQ
PD[
99
— соответственно минимально и максимально
допустимые уровни запаса;
— признак отношения к производству:
— P
1
3
®
¯
°©¯ĉËË°ãÒ
¹¯ºą}ĆÒ«ĄººmÈ«Ë°ãÒ
— S1 — признак отношения к процессу (компаундирование):
}ºä¹ºÓËÓ
6
®
¯
;
®
¯
ɨɫɬ
—
— Y
—
—
— V
— лимит на остаток от потребления;
9
— признак лимитируемости на производство:
1
<
®
¯
m©¹
9
— лимит на производство;
— объем поставляемого первого сырья согласно дого-
1
ворам на поставку;
°ãćÈ˹¯ºÒmÓºäm
°ãćÈ˹¯ºÒmÓºäm
°ãćÈ˹¯ºÒmÓºäm
-277-
ÓãÒäÒÒ¯ºmȹºº}Ë°ãÒ
ÓãÒäÒÒ¯ºmȹºº}Ë°ãÒ
ǏǗnjǎnjǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǔǙǠǚǜǘnjǢǔǚǙǙǚǘnjǞǑǘnjǞǔǣǑǝǖǔǡǝǜǑǐǝǞǎ
— VB — заказ потребителей на объем готовой продукции
в-го вида;
— нормативный показатель качества в-го компонента;
— g
B
*
— значение показателя качества по ГОСТу для каждо-
— g
i
го 1-го сахаропродукта.
Остальные обозначения будут вводиться в рассмотрение
в контексте последующего изложения.
Дальнейшая формализация постановки задачи связана
с процессом преобразований технологического графа — выделением фрагментов путем разрыва потоков и формирования
их упорядоченной последовательности. Каждый фрагмент
соответствует стадии в последовательной многостадийной
вычислительной схеме конечного пользователя. Указанное преобразование выполняется на основе содержательного анализа
технологического графа и должно удовлетворять следующим
требованиям:
– в одну стадию могут быть объединены установки, для
которых к моменту расчета известны все входные потоки;
– должны обеспечиваться условия разрешимости, т.е. однозначного вычисления всех переменных, входящих в данную
стадию.
Это позволяет рассматривать процесс моделирования на
каждой стадии независимо от других.
Процесс межстадийного согласования носит неформальный
характер и в общем случае может быть реализован интерактивными средствами.
Рассмотрим основные ограничения, определяющие расчет
производственной программы установок основного производства:
– позиционные ограничения на параметры технологических
установок:
PD[PLQ
***
dd
LLL
PD[PLQ
EdEdE
DdDdD
(4.1)
LMLMLM
PD[PLQ
LNLNLN
-278-
ǔǽǻǺǷȈdzǺǮǬǹǴDZǶǺǸǻȈȊǾDZǼǹǺǯǺǸǺǹǴǾǺǼǴǹǯǬ
– позиционные ограничения на запасы сырья:
PLQ
PD[
999 dd
(4.2)
– ограничения материального баланса на входе, т.е. сумма
относительных расходов для каждой i-й установки должна быть
равна единице:
P
L
E
¦
MLM
(4.3)
– ограничения материального баланса на выходе, т.е. сумма
относительных выходов для каждой i-й установки, должна быть
равна единице, за вычетом величины относительных потерь Р
Q
¦
N
LN
3L D
L
i
(4.4)
:
– функциональные ограничения, т.е. сумма относительных
выходов группы сахаропродуктов (сумма сахара-песка, сумма
рафинада и т.д.) для каждой i-й установки фиксируется установленными нормативами:
/
L
D
где W
¦
N
— значение норматива, Li — число потоков в группе;
i
:
LLN
(4.5)
– ограничения на потребление потока, т.е. суммарный расход для каждого i-лимитируемого сахаропродукта с P потребителями, должен быть равен запасу V
º°
остаток
где B
9
:
¦
%L
— множество установок, потребляющих 1-й поток;
i
LLL
L
E
за вычетом лимита на
1
º°
997*
(4.6)
– ограничения на выпуск потока, т.е. суммарное производство
для каждого i-го сахаропродукта с S источниками должно быть
равно заданному значению
¦
$L
L
где А множество установок, вырабатывающих i-й сахаро-
i
m©¹
с учетом начального запаса:
9
LLL
m©¹
D
997*
(4.7)
продукт.
-279-
ǏǗnjǎnjǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǔǙǠǚǜǘnjǢǔǚǙǙǚǘnjǞǑǘnjǞǔǣǑǝǖǔǡǝǜǑǐǝǞǎ
Рассмотрим основные ограничения, определяющие область
допустимых вариантов производственной программы для стадий, соответствующих процессам компаундирования:
– позиционные ограничения задают диапазон изменения
коэффициентов вовлечения:
PD[PLQ
EdEdE
(4.8)
LMLMLM
– ограничения материального баланса сумма коэффициентов вовлечения для каждого i-го процесса компаундирования
должна быть равна единице:
P
L
¦
MLM
(4.9)
E
– ограничения на потребление потока, т.е. суммарный расход
для каждого i-го компонента, используемого для приготовления
видов готовой продукции, не должен превышать имеющегося
запаса, за вычетом лимита на остаток:
где A
m©¹
¦
$L
— множество установок, потребляющих i-й сахаро-
i
LM
L
L
º°
dE
999
(4.10)
продукт;
– ограничения на качество — качество i-го сахаропродукта,
должно соответствовать ГОСТу:
P
L
¦
M
E
JJ
(4.11)
LMLM
Необходимо отметить, что значения лимитов, накладываемых на выпуск и потребление сахаропродуктов, определяются
заказами потребителей либо представляют собой предпочтения,
задаваемые плановым работником.
Совокупность рассмотренных выше условий как для
процессов основного производства, так и для процессов компаундирования определяют замкнутую ограниченную область
в пространстве управляющих параметров, каждая точка которой характеризует определенный допустимый вариант.
-280-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]