Автоматизированное управление гап

В настоящее время существует некоторый разрыв в степени изученности различных групп вопросов, тесно связанных с функционированием ГАП. Недостаточно проработаны во­просы информационной состыковки, обеспечения информационного интерфейса систем управления различными компонентами ТО, вклю­чаемого в ГПС, а также разработки логики управления комплексом ГПС. Весьма важным является разработка комплексных методик, обеспечивающих все уровни совместимости ТО в ГАП, включая и ме­ханический интерфейс, однако, комплексно проблемы совместимости ТО ГАП на всех уровнях, а также вопросы разработки их систем управления, от решения которых зависит эффективность работы ГАП в целом, полностью не решены.

Для решения общей задачи эффективного функционирования ГАП необходима комплексная методология, вклю­чающая процедуру моделирования всего производственного процесса на основе взаимодействия всех потоков ГАП, с учетом обратных свя­зей и особенностей технологического оборудования.

Если учесть, что процессы в ГАП протекают во времени, то наиболее адекватной моделью является модель, которая строится на основе рассмотрения динамического взаимодействия потоков. Известен ряд работ по динамическому моделированию работы предприятий и других сложных кибернетических систем, например, работы Дж Форрестера, Дж.Джефферс и др. В них рассматриваются потоки материалов, рабочей силы, информации и их взаимодействия приме­нительно к предприятию. Назначение такой динамической модели - связать работу предприятия с работой рынка и оценить степень риска той или иной операции сбыта. Динамическая модель ГАП отличается от такой модели предприятия. Отличия заключаются в следующем.

1. Потоки в модели предприятия качественно не меняются, способы же качественного преобразования матери­ального потока в модели ГАП многочисленны и отличаются друг от друга (способы формообразования на различных станках принципиально отличаются друг от друга), что влияет на другие потоки.

2. Потоки материальных тел рассматриваются как непрерывные, в то время, как материальный поток в ГАП - дискретный.

3. Средства реализации материального потока в модели пред­приятия не играют роли (на грузовике или вручную, например). Способ же транспортировки элементов материального потока в ГАП очень важен (транспортировка материальных тел между складом, локальным накопителем и станком одним портальным роботом, или же это осуществляется робокаром и роботом).

4. Работа ГАП отличается в функциональном назначении и большей степенью детализации процесса.

Этот далеко не полный перечень отличий подтверждает, что известные модели не могут быть механически перенесены на ГАП. Они требуют серьезной доработки и расширения применительно к предметной области - металлорежущему производству.

Имеются модели, в которых ГПС рассматриваются как ком­плексы сложных организационно - технологических структур. Однако, в качестве строительных "кирпичиков" выступают обрабатывающие модули (токарные, фрезерные, и другие), но при этом их технологическое оборудование и конструктивные особенности не рассматриваются. Существующие системы управления ГАП являются мало адаптивными системами, реализующими линейный подход к управлению. Основной целью управления производством является выбор оптимального варианта выполнения производственного процесса и его отработка. Задача решается в два этапа:1)Оптимизация планирования и прогнозирования производственного процесса в це­лом и его элементов;2)Реализация оптимального управления исполнением производственного процесса, которая связана с разработкой маршрутов транспортных потоков партий заготовок в зависи­мости от постоянно изменяющихся значений параметров производственной среды и воздей­ствия случайных возмущающих воздействий.

Управление производственным процессом требует системного подхода. ГАП можно представить в виде совокупности взаимосвязанных технологических эле­ментов. Поскольку элементы ГАП имеют высокую технологическую завершенность, воз­можно применить распределенную систему управления, позволяющую равномерно раз­де­лить функции управления по системам различных уровней иерархии. В этом случае сис­тема управления производством представляет собой иерархическую совокупность систем управле­ния технологических элементов. На каждом уровне иерархии система управления является многоагентной системой, агентами которой являются системы управления более низкого уровня. Целью многоагентной системы является стратегическое планирование и управление агентами.

Конечным технологическим элементом системы управления ГАП является техноло­гическая единица - объект, непосредственно реализующий технологическую операцию.

Задачей распределенной многоагентной системы управления является анализ теку­щих и прогнозируемых параметров агентов управления, разработка оптимальной стратегии управления агентами и выдача управляющих заданий агентам. При разработке стратегии управления модели строятся таким образом, чтобы агенты СУ смогли спрогнозировать время исполнения задания.

Структуру распределенной многоагентной системы управления ГАП можно пред­ставить в виде иерархической схемы (рис. 1).

В зависимости от вида решаемых задач системы управления технологическими эле­ментами можно разделить на 4 уровня:

уровень предприятия,

уровень подразделения,

уровень технологического модуля,

уровень технологической единицы.

Уровень предприятия характеризуется стратегическим планированием управления производством и оперативным управлением технологическими элементами высокого уровня - подразделениями.

Уровень подразделения состоит из гибкой производственной системы (ГПС), автома­тизированной системы складирования (АСС), автоматизированной транспортной системы (АТС), автоматизированной накопительной системы (АНС) и системы автоматизирован­ного контроля (САК).

Задачи СУ ГАП на этом уровне представляют собой детализацию задач, решаемых на уровне предприятия, и проявляются в реализации оптимального управления технологи­ческими элементами нижележащего уровня - технологическими модулями.

Каждое подразделение ГАП имеет свой специфичный набор модулей, которыми яв­ляются гибкий производственный модуль ГПС, автоматизированная транспортная тележка или конвейер АТС, автоматический накопитель АНС, автоматический погрузчик АСС, ав­томатизированный контрольный стол САК.

Система управления на уровне технологического модуля обеспечивает моделирова­ние работы технологических единиц, входящих в модуль, и распределение функций управ­ления между ними.

Рис.1 Структурная схема распределенной системы управления ГАП

Системы управления некоторых технологических модулей ГАП не поддаются даль­нейшему дроблению и рассматриваются в качестве технологических единиц.

На уровне технологических единиц СУ ГАП выполняет только функции оперативного управления исполнением технологических операций по заданиям, получаемых от системы управления на уровне модуля. Такой подход обусловлен необходимостью обеспечения качест­ва и надежности.

Структура технологических элементов, в свою очередь, дифференцируется по функ­циям и внутренним взаимосвязям. Взаимосвязь между элементами характеризуется векто­рами состояния и рассматривается как в статике, так и в динамике.

Вектор x(i) параметров состояния технологической единицы описывает ее в статике, а уравнение изменения вектора x(i) с течением времени описывает ее в динамике

x(i+1)=F(x(i), u(i)),

где u(i) вектор управляющего воздействия в момент времени i.

Математическая модель ГАП при иерархическом подходе к управлению формиру­ется на основе математических моделей элементов ГАП. Поскольку модуль ГАП представ­ляет собой набор технологических единиц, вектор состояния модуля представляет собой вектор совокупности параметров каждой входящей в модуль технологической единицы. Аналогично, статическое состояние подразделения и ГАП описывается набором векторов модулей и подразделений.

Система управления ГАП на уровне предприятия, будучи освобождена от оператив­ного управления, обеспечивает стратегическое планирование - оптимальное по выбранным параметрам функционирование подразделений ГАП, а значит и всего производства в целом.

Предлагаемое иерархическое структурирование и моделирование ГАП позволит обеспечить оптимальную взаимосвязанную работу всех элементов ГАП, быструю адаптацию к изменению параметров производственной среды, а также возможность использования комплексного (в том числе основанного на экономических показателях) критерия оптимальности функционирования ГАП и его изменение без остановки работы.