- •1. Введение: предпосылки создания аиус. Эволюция систем автоматизации
- •1.1. Эволюция систем автоматизации
- •1.2. Цели и задачи курса
- •2. Автоматизированные информационно – управляющие системы
- •2.1 Общие понятия
- •2.2 Иерархия автоматизированных информационно – управляющих систем
- •Асутп. Определения и функции
- •Классификация аиус
- •Разновидности аиус по характеру объекта управления (оу)
- •2.4.1.1. Объекты с непрерывным характером процесса
- •2.4.1.2. Объекты управления с дискретным характером процесса
- •2.4.5.2 Асутп с цсои, выполняющим информационные функции
- •2.4.5.3. Асутп с цсои, выполняющим управляемые функции в режиме советника
- •2.4.5.4. Асутп с цсои, выполняющим супервизорное управление
- •2.4.5.5. Асутп с цсои, выполняющим непосредственное управление
- •2.5. Системы автоматического управления на основе цифровых средств обработки информации (цсои)
- •2.6 Требования к аиус. Состав обеспечивающих подсистем аиус. Этапы создания аиус
- •3. Математическое обеспечение аиус
- •3.1 Математическая модель. Общие понятия о математической модели
- •3.2 Понятия об идентификации объекта управления
- •3.2.1. Параметрическая идентификация
- •3.2.2. Полная идентификация
- •Разработка моделей динамических процессов обобщенным экспериментальным методом (методом Калмана)
- •Проведение эксперимента. (этап 1)
- •Выбор модели. (этап 2)
- •Группировка данных. (этап 3)
- •Вычисление коэффициентов а0 и в0. (этап 4)
- •Проверка полученной математической модели на адекватность (этап 5)
- •Выбор модели объекта в виде разностного уравнения более высокого порядка. (Этап 6)
- •Разработка неформальных математических моделей
- •4. Алгоритмическое обеспечение аиус
- •Общие вопросы алгоритмизации
- •4.2. Алгоритмы сбора, первичной обработки данных и контроля состояния объекта
- •4.3. Алгоритмы плу
- •4.4 Алгоритмы цифрового двухпозиционного регулирования
- •4.5 Алгоритмы цифрового регулирования по рассогласованию
- •4.6 Алгоритм оптимального управления
- •4.6.1 Общие сведения о методах оптимизации
- •4.6.2 Построение линейной операционной модели для решения задач оперативного планирования производства
- •4.6.3. Сведения о решении задачи линейного программирования
- •4.6.4. Алгоритм симплексного метода
- •4.6.5 Пример поиска оптимального плана
- •4.7 Алгоритм календарного планирования и оперативное управление в аиус
- •4.7.1 Дискретное производство и планирование производственных процессов
- •4.7.2 Математическое моделирование и методы планирования дискретного производства
- •4.7.3 Математическая постановка задачи оперативного календарного планирования
- •4.7.3.1. Формализация характеристик технологических операций
- •4.7.3.2. Математическая постановка задачи оперативно-календарного планирования
- •4.7.3.3. Пример: построения оптимального двухоперационного плана (календарного плана)
4.7.3.2. Математическая постановка задачи оперативно-календарного планирования
Она заключается в том, чтобы для производственного участка (цеха) с заданными технологическими маршрутами обработки деталей (изделий) Qi1,Qi2,….Qmi необходимо построить некоторый календарный план (например, в виде графиков Ганта) рис.4.7.3.1, удовлетворяющий определенным (заданным) условиям и ограничениям и определяющий значения всех tij, . Но т.к. = tij+ Tij, (а Tij величины известны), то фактически можно говорить о том, что календарный план построен, если известны все величины tij.
В рамках общего графика можно выделить графики обработки детали или изделия di, которые задают совокупность времен {tij} только для j=1,…m, касающихся одной данной детали (изделия). Например: t11, t12, t13, t14 (рис. 4.7.3.1).
Анализируя задачу составления календарных планов, можно убедиться в том, что существует множество (несколько) графиков Сi, соответствующих сформулированным ранее условиям и ограничениям. Например, запускать детали в обработку можно в различной очередности: G1- 1;2;3, G2 – 3;2;1, G3 – 2;3;1, G4 – 1;3;2. Каждый из этих графиков Gi может обуславливать свое значение критерия эффективности Fi(Gi). Поэтому возникает задача построения некоторого наилучшего графика в соответствии с выбранным критерием F(Gi), определенным на всех графиках Ганта (Gi). Этот критерий ставит в соответствие каждому графику Ганта Gi определенное число Fi(Gi). Если такой критерий построен, то необходимо найти из всех графиков такой график Ганта Gi*, при котором F(Gi*)→extr.
Для различных производственных задач и условий, критерии F могут быть различными, например, в качестве критерия может использоваться:
КЭ 1. Общая стоимость обработки детали на участке (цехе)
, m – число операций; (1)
КЭ 2. Общее время обработки всех (1,2,…,i,…,n) изделий (деталей).
Тобщ=max{tim}→min, (2)
Где timi – время окончания выполнения всех m операций над i-ой деталью,
i-номер детали, варьируется от 1 до m
j-номер станка, варьируется от 1 до m
Рассмотрим пример ОКП, если в количестве КЭ выбрано общее время обработки всех n деталей (изделий):
tij, Tij, tij где
первый индекс-номер номенклатуры детали
второй индекс- номер станка (операции)
Рис. 4.7.3.1. График последовательности операций (график Ганта).
Tобщ=max{}=t24 , где
- время завершения обработки 1-ой детали;
- время завершения обработки 2-ой детали;
- время завершения обработки 3-ей детали.
4.7.3.3. Пример: построения оптимального двухоперационного плана (календарного плана)
Построим план для участка, состоящего из двух станков и при обработке деталей изделий пяти наименовании (изделий или деталей). Выберем в качестве критерия - Тобщ, т.е. общее время, в течение которого завершается обработка всех запланированных для обработки партии изделий (деталей).
Итак, имеется пять видов изделий (n=5), которые должны пройти обработку сначала на первом станке, а затем на втором, т.е. маршрут Мi=>< Oi1, Oi2 >. При этом на одном станке в данный момент может обрабатываться только одно i-е изделие и на каждом станке можно выполнять только одну операцию (т.е. Qij). Каждая операция Oij характеризуется временем выполнения Тij. Надо найти оптимальный вариант плана запуска изделий в обработку, имея в виду минимизацию суммарной длительности обработки.
Тобщ=max{}→min (2’).
Сведем исходные данные в таблицу 1:
Таблица №1
-
№ детали
Время выполнения операции Оi1 над i-ой деталью на 1-ом станке- Ti1
Время выполнения операций Оi2 над i-ой деталью на 2-ом станке-Ti2
d1
T11=4(О11)
T12=5 (О12)
d2
T21=4(О21)
T22=1 (О22)
d3
T31=30(О31)
T32=4 (О32)
d4
T41=6(О41)
T42=30 (О42)
d5
T51=2(О51)
T52=3 (О52)
Пусть 1-ый график (последовательность) запуска деталей в работу соответствует правилу, что очередность запуска соответствующего номеру детали. Тогда график Ганта для 1-го станка имеет вид:
Т.е. 1-я деталь запускается в обработку 1-ой на 1–ом станке, 2-я деталь-2-ой на 1-ом станке и т.д. На 2-ом станке получается такая же последовательность обработки деталей.
Общее время обработки всех изделий на 1-м станке равно:
= t1=T11+T21+T31+T41+T51=4+4+30+6+2=46 ед. вр.=
Обозначим Xij — простой j-го станка пред обработкой i-го изделия. Тогда общее время обработки изделия на втором станке t2 равно:
ti2=t2=Х12+T12+T22+Х32+T32+Х42+T42+T52=4+5+1+28+4+2+30+3=77 ед. вр.=
Следовательно, Тобщ=мах{ti2}=наибольшей {46,77}=77 ед. вр.
Алгоритм нахождения оптимального календарного плана
-
Запишем время выполнения всех операций в порядке возрастания номеров номенклатур деталей (см. таблицу №1).
-
Просмотрим все продолжительности обработки Тij и найдем среди них наименьшую, т.о. min{Tij}=T*ij.
-
Если она относится к первому станку, т.е. j=1 для T*ij, то расположим ее во второй таблице (T2) эту номенклатуру (вид) детали (т.е. i-ю строку табл.1) в первой верхней пустой строке. Табл. 2.
-
Если эта длительность относится ко второму станку, т.е.j=2, то расположить во второй таблице эту номенклатуру детали (i- ю строку табл. 1) в последней нижней пустой строке. Табл. 2.
-
Вычеркнуть эту строку в таблице №1, т.е. не рассматривать ее в последующем.
-
Повторить операции начиная со второй в отношении оставшихся величин Тij в табл. 1.
-
Если попадаются равные числа, то для определенности изделие или деталь с номером номенклатуры изделия меньшим индексом располагается в таблице №2 первой.
Таблица №2. j=1 j=2
-
Изделие
Ti1
Ti2
d5
T51
T52
2 шаг
d1
T11
T12
3 шаг
d4
T41
T42
4 шаг
d3
T31
T32
4 шаг
d2
T21
T22
1 шаг
График запуска деталей в работу:
;
ед. вр.
Tобщ=max{ }=X52+T52+X12+T12+X42+T42+T32+T22=47.
Таким образом второй график Ганта (календарный план) имеет значительно меньшее значение общего времени обработки изделий.