Автоматизация проектирования компоновочных решений производственных систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Феоктистова, Любовь Валерьевна

• Феоктистова, Любовь Валерьевна
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Феоктистова, Любовь Валерьевна

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Автоматизация проектирования производственных систем и задачи размещения.

1.2. Задачи размещения и планировки.

1.3. Математические методы решения задач размещения.

1.4. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Исследование процесса проектирования компоновок производственных систем.

2.1. Структура моделей объекта на начальном этапе проектирования.

2.2. Задача объемно-планировочных решений и способы ее

I ip едстав ления.

2.2.1. Постановка общей задачи.

2.2.2. Модели поиска решений.

2.2.3. Концептуальная модель принятия решений.

2.3. Многокритериальная оптимизация решений задач компоновки и размещения.

2.4. Выводы.

Глава 3. Автоматизированное проектирование компоновок оборудования производственных систем.

3.1. Функциональная модель автоматизированной системы компоновки.

3.2. Применение автоматизированной системы компоновки.

3.3. Выводы.

Глава 4. Программно-информационное обеспечение проектирования производственных систем.

4.1. Современные системы автоматизированного параметрического проектирования.

4.2. Основные принципы построения параметрической

САПР и ее ядра.

4.3. Обоснование выботра системы T-FLEX CAD как подсистемы параметрического проектирования.

4.4 Интегрированная система автоматизированного выбора и компоновки оборудования.

4.5. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация проектирования компоновочных решений производственных систем»

Возможность увеличения производственных мощностей без дополнительного привлечения рабочих дефицитных специальностей и использования дополнительных площадей без применения ручного труда делает создание автоматизированных производств и в их составе автоматизированных участков перспективным и экономически целесообразным.

В настоящее время автоматизация основных технологических процессов в промышленности, особенно в условиях массового и серийного производства, достигла достаточно высокого уровня. Тем не менее в мелкосерийном и единичном производстве используется значительная доля ручного труда. Рост производительности труда в условиях мелкосерийного и единичного производства может быть обеспечен, в основном, путем внедрения групповых методов обработки и создания на этой основе автоматизированных участков, приспособленных к выпуску широкой номенклатуры изделий благодаря быстрой переналадке оборудования.

При реализации проблем, связанных с созданием автоматизированных цехов и участков, значительно возрастает значение проектирования, включающее экономический анализ принимаемых технических и организационных решений на всех стадиях жизненного цикла производственной системы (и, в первую очередь, на предпросктпой стадии при выборе объектов и средств автоматизации), а также правильный учет всех составляющих технического, экономического и социального эффекта и затрат на их достижение.

Учитывая особенности автоматизированного производства, можно сформулировать основные принципы его рационального проектирования.

Выбор объектов автоматизации осуществляется на основе предварительного обследования производства и анализа исходной информации. Основания для включения какого-либо производства в перечень объектов автоматизации следующие:

- недостаточная обеспеченность производства необходимой производственной мощностью для реализации перспективной программы выпуска изделий;

- недостаточная обеспеченность производства необходимой численностью работающих;

- необходимость создания материалосберегающего и энергосберегающего производства;

- необходимость повышения качества продукции;

- наличие трудоемких процессов, ручного труда, тяжелых и вредных для здоровья рабочих условий труда;

- наличие условий для автоматизации: возможность автоматизации технологического процесса;

- возможность получения необходимого технологического оборудования, вычислительной техники, средств автоматизации, программного обеспечения в планируемый период;

- наличие квалифицированных кадров;

- наличие подразделений, занимающихся автоматизацией производства; наличие связей с научно-исследовательскими и конструкторскими организациями, занятыми вопросами разработки средств автоматизации.

Выполнение дальнейшего анализа предварительно выбранных объектов и разработка предложений по автоматизации производства основываются на анализе перспективной программы выпускаемых изделий, их классификации и группировании. Окончательное решение о целесообразности автоматизации предварительно выбранных объектов принимают в результате определения экономической эффективности намеченных мероприятий.

В связи с задачей комплексной автоматизации производства возникает необходимость совершенствования процессов проектирования. Эта проблема особенно актуальна при создании автоматизированных производственных систем (АПС), так как существующая структура системы проектирования не обеспечивает оперативного получения ряда параметров для обоснованного выбора совокупности объектов и характеристик этих систем.

Проектирование автоматизированного производства, в отличие от традиционного проектирования человеко-машинных производственных систем, характеризуется потребностью в углубленной проработке всех структур объекта (временной, пространственной и функциональной), что приводит к соответствующему сдвигу в ресурсных затратах на создание подобных объектов.

При определении параметров функционирования автоматических объектов производственных систем (ПС) необходима взаимная увязка материальных потоков, реализуемых транспортно-складскими системами, и информационных потоков, реализуемых различными автоматизированными системами (диагностирования, контроля, управления и др.).

Связи между предметами труда (материалы, полуфабрикаты и др.), процессами труда, средствами труда и обслуживания (технологическое оборудование, средства транспортирования, вычислительная техника, сооружения и др.) с учетом вида изделий, уровня специализации и организационной структуры производства могут образовывать различные варианты объектов проектирования.

Одним из наиболее перспективных направлений совершенствования проектирования является использование математических методов и современных средств вычислительной техники, на основе которых создаются системы автоматизации проектирования (САПР).

Однако в виду большого разнообразия объектов промышленного строительства, различной степени сложности решаемых задач и подготовленности проектных процессов к автоматизации создание и развитие САПР для разных этапов и стадий проектирования имеет свои особенности. Большое число методов проектирования обусловливается разнообразием целей, объектов и средств проектирования.

С этой точки зрения наиболее специфичными, не имеющими широкой практической реализации, остаются вопросы автоматизации начальных этапов проектирования как в машиностроении, так и в легкой промышленности и, в частности, таких массовых объектов как автоматизированные участки и цеха. Разные отрасли, имея свои проработанные методики проектирования технологических систем на этапе разработки конкретных технологических процессов, характеризуются* отсутствием методологического базиса для автоматизации начального этапа разработки технологических систем. Опыт автоматизации здесь ограничивается лишь решением некоторых компоновочных задач и проведением технико-экономических расчетов, пе увязанных, как правило, в определенную систему. Более того, на базе существующих отдельных программ решения задач на ЭВМ затруднительно построение систем автоматизации начальных этапов проектирования, так как они созданы на основе методологии, предполагающей наиболее полную формализацию проектного процесса.

Вместе с тем задачи начального- этапа, имеющие творческий характер, лишь частично поддаются формализации. Трудности формализации обусловлены:

- множеством целей, по которым необходимо принимать решения в условиях слабо формализованного целевого функционала;

- невозможностью оценить в условиях неопределенности последствия принимаемых проектных решений, что требует вариантной проработки;

- сложными проектными задачами, которые разбиваются на взаимосвязанные подзадачи, приводящие к приемлемому решению исходной задачи;

- зависимостью о г исходной ситуации характера ограничений и условий их выполнения для одного и того же класса задач, которая может быть различной;

- вариантностью задач, что выдвигает требование создания специальных средств хранения и модификации вариантов с возможностью отслеживания целостного характера объекта при внесении изменений в решения.

Для эффективного решения начального этапа проектирования технологических систем, наряду с использованием математических методов, требуется интеграция с конструкторскими системами автоматизированного проектирования. Это обусловлено необходимостью, во-первых, проверки технологических решений на двухмерных и трехмерных моделях, а во-вторых, быстрым получением сопутствующих конструкторских документов: чертежей и схем. Необходимость применения таких 6 интегрированных автоматизированных систем хорошо видна на примере решения задач компоновки и размещения оборудования автоматизированных участков и цехов.

Одним из этапов проектирования технологической системы, такой как система автоматических линий, является проектирование планировки, в процессе которой решаются задачи размещения оборудования на отведенной площади.

Решение задач размещения объектов занимает большое место при проектировании генеральных планов предприятий, радиоэлектронной аппаратуры, технологических карт раскроя материалов и т.д. Существует большое число видов задач размещения и соответствующих им методов решения. В области автоматизации расчетов при проектировании автоматических линий накоплен большой опыт. Сюда входят работы по автоматизированному выбору технологического процесса обработки, структуры систем автоматических линий, ее конструктивно-технологических параметров, проектированию станков и устройств. Однако вопрос автоматизации проектирования компоновки производственных систем мало изучен. В связи с тенденцией по созданию систем автоматизированного проектирования, охватывающих все стороны проектирования объектов, этот вопрос стал актуальным.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Феоктистова, Любовь Валерьевна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. В диссертации решена задача, имеющая существенное значение для машиностроения и заключающаяся в автоматизации проектирования компоновочных решений производственных систем, повышающая эффективность проектирования на начальных этапах, благодаря применению интегрированных автоматизированных систем выбора и компоновки технологических модулей. Применение подобных систем позволяет существенно (более чем в 10 раз) сократить время на проектирование компоновок технологического оборудования и повысить качество получаемых проектных решений.

2. Установлены связи между технологическими маршрутами изготовления деталей и компоновкой технологического оборудования, учитывающих данные о технологических модулях и данные о производственных помещениях.

3. На базе проведенных исследований была разработана математическая модель автоматизированной системы компоновки технологических модулей (АСКТМ) в виде ориентированного объекта, преобразующего данные о технологических модулях и конструктивных параметрах в набор параметров, определяющих решение задачи компоновки.

4. Создан алгоритм многофакторной оптимизации для использования в автоматизированной системе выбора и компоновки оборудования, позволяющий построить Парето-область решений.

5. Разработана методика описания оборудования и производственных помещений выбранной базы применения (станкостроительная промышленность) для использования в рамках АСКТМ, как интегрированной системы проектирования технологических систем.

6. Разработаны основные принципы построения параметрической системы отвечающей задачам выбора и компоновки оборудования, и ее ядра как носителя функциональных связей геометрических параметров модели компоновки.

7. Разработан интерфейс расчетной подсистемы и ее связь с параметрической системой проектирования и черчения. Создан программный модуль автоматизированного выбора и компоновки технологического оборудования.

8. Рассмотренный пример решения задачи размещения технологического оборудования автоматизированного цеха механической обработки показал эффективность разработанных методик при практическом проектировании сложных производственных систем.

9. Изложенные в настоящей работе методы и средства позволяют повысить эффективность проектирования производственных систем путем автоматизированного выбора и компоновки технологического оборудования, что в свою очередь способствует улучшению качества проектов и эффективности капитальных вложений. Наиболее рационально они могут быть использованы в рамках общей корпоративной программно-информационной среды предприятия, где разработанная автоматизированная система может быть одним из функциональных модулей.

Методическое обеспечение может использоваться также в учебном процессе по специальностям 22.03.01, 23.01.02.

Изложенные в настоящей работе методы и средства позволяют повысить эффективность проектирования производственных систем путем автоматизированного выбора и компоновки технологического оборудования, что в свою очередь способствует улучшению качества проектов и эффективности капитальных вложений. Наиболее рационально они могут быть использованы в рамках общей корпоративной программно-информационной среды предприятия, где разработанная автоматизированная система может быть одним из функциональных модулей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Феоктистова, Любовь Валерьевна, 2009 год

1. Абрайтис Л.Б., Шейнаускас Р.И., Жилевичус В.А. Автоматизация проектирования ЭВМ. М., Советское радио, 1978.

2. Винарский В.Я., Пономаренко Л.Д., Турчанов Н.Н. Поверхности уровня Ф-функции и сумма Мипковского. Харьков, ИМаш АН УССР Предпринт 174, 1982.

3. Вороненко В.П., Егоров В.А., Косов М.Г. и др. Проектирование автоматизированных участков и цехов (под ред. Соломенцева Ю.М.). М., Машиностроение, 1992.

4. Вороничев Н.М., Тартаковский Ж.Э., Генин В.Б. Автоматические линии из агрегатных станков. М., Машиностроение, 1979.

5. Выбор проектных решений в строительстве (под ред. Гусакова А.А.). М., Стройиздат, 1982.

6. Гэри М., Джонсон Д. Вычислительные машины и труднорешаемые задачи. М., Мир, 1982.

7. Егоров В.А. Системная автоматизация проектирования приборостроительных предприятий. Л., Машиностроение, 1978.

8. Ещенко В.Г. О реализации на языке высокого уровня математического обеспечения пакета программ РАЗМЕЩЕНИЕ. Программирование, № 2, 1983.

9. Исследование операций, т.2. Модели и применения (под ред. Моудера Дж., Элмаграби С.). М., Мир, 1981.

10. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М., Мир, 1978.

11. Кузнецов М.М., Волчкевич Л.И., Замчалов Ю.П. Автоматизация производственных процессов (под ред. Шаумяна Г.А.). М., Высшая школа, 1978.

12. Ларичев О.И. Наука и искусство принятия решений. М., Наука, 1979.

13. Леонтьев А.Н. Деятельность, сознание, личность. М., Политиздат, 1975.

14. Лисяк В.В., Молдавский Л.И, Алгоритм автоматизированного синтеза геометрии БИС. Электронная техника. Серия 3. Микроэлектроника, Вып.1, 1983.

15. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. М., Мир, 1981.

16. Мелихов А.И., Берштейн Л.С., Курейчук В.М. Применение графов для проектирования дискретных устройств. М., Советское радио, 1974.

17. Михалевич B.C., Волкович В.Л. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М., Наука, 1982.

18. Михалевич B.C., Шор Н.З. и др. Вычислительные методы выбора оптимальных проектных решений. Киев, Наукова Думка, 1977.

19. Моисеев Н.Н., Хачатуров В.Р. Автоматизация проектирования освоения новых нефтедобывающих районов. — В кн. «Автоматизированные системы проектирования». М., ВЦ АН СССР, 1977.

20. Норенков И.П. Введение в САПР. М., Высшая школа, 1980.

21. Норенков И.П., Маничев В.П. Системы автоматизированного проектирования электронной и вычислительной аппаратуры. М., Высшая школа, 1983.

22. Петренко А.И., Тетельбаум А.Я. Формальное конструирование электронно-вычислительной аппаратуры. М., Советское радио, 1979.

23. Проектирование монтажных плат на ЭВМ. М., Советское радио, 1979.

24. Рейнин С.Н., Сердюкова О.А. Экономическая оценка качества проектов. М., Стройиздат, 1980.

25. Сачков В.Н. Введение в комбинаторные методы дискретной математики. М, Наука, 1982.

26. Стоян Ю.Г. Об одном обобщении функции плотного размещения, № 8, ДАН УССР, 1980.

27. Стоян Ю.Г. Об одном отображении комбинаторный множеств в Евклидово пространство. Харьков, ИМаш АН УССР, Предпринт № 173, 1982.

28. Стоян Ю.Г. Основная задача геометрического проектирования. Харьков, ИМаш АН УССР, Предпринт № 173, 1982.

29. Стоян Ю.Г., Винарский В.Я. Алгебро-топологические свойства ^-объектов. Харьков, ИМаш АН УССР, Предпринт № 166, 1981.

30. Стоян Ю.Г., Гиль Н. Методы и алгоритмы размещения плоских геометрических объектов. Киев, Наукова Думка, 1976.

31. Стоян Ю.Г., Панасенко А.А. Периодическое размещение геометрических объектов. Киев, Наукова Думка, 1978. ,

32. Стоян Ю.Г., Соколовский В.З. Решение некоторых мпогоэкстремальных задач методом сужающихся окрестностей. Киев, Наукова Думка, 1980.

33. Стоян Ю.Г., Яковлев С.Б. Исследование сходимости метода сужающихся окрестностей. Харьков, ИМаш АН УССР, Предпринт № 168, 1981.

34. Теория выбора и принятия решений (учебное пособие). М., Наука, 1982.

35. Тимощук B.C. Современные методы проектирования промышленных зданий (компоновочные решения). JL, Стройиздат, 1990.

36. Тищенко Н.М. Введение в проектирование сложных систем автоматики. М., Высшая школа, 1983.

37. Трубин В.А. Два класса задач размещения на древовидных сетях. Кибернетика № 4, 1983.

38. Тютин А.А. Улучшенный алгоритм размещения интегральных схем на плате. ИК АН УССР, Предпринт № 72-8, 1972.

39. Цветков В.Д. Системно-структурное моделирование технологических процессов. Минск, Машиностроение, 1979.

40. Янев Н.И. О решении простой задачи размещения. Журнал вычислительной математики и математической физики, т.21, № 3, 1981.

41. Bazaraa M.S. Computerized Layout Design: A Branch and Board Approach. AIIE Trans., vol.7, pp.432-438, 1975.

42. Chalmet L.G., Francis R.L., Kolen A. Finding Efficient Solutions for Rectilinear Distance Location Problems Efficiently. European Iourn. of Oper. Research, № 6, 1981.

43. Chandrasekaran R., Tamir A. Polinomially Bounded Algorithms for Locating p-Centers on a Tree. Math. Programming, vol. 22, pp. 304-315,1982.

44. Christofides N., Whitlock C. An Algorithm for Two-Dimensional Cutting Problems. Operation Research, vol. 25, № 1, 1977.

45. Cinar U. Facilities Planning: A systems Analysis in Computer Aid Building Design (cd. Eastman C.M.), Wiley, N.Y., 1975.

46. Cooper L. Solution of generalized location eguilibrium models. Journal of Regional Science, vol. 7, № 1, 1967.

47. Dawson R. Computerised space management helps contain of ice plan costs. Bank systems and eguipment, № 2, 1982.

48. Eilon S., Deziel D.P. Siting a distribution center. Management Science, vol. 12, № 6, 1966.

49. Facilities Relative Allocation Technigue (FRAT). Intern. Journ. Prod. Research, vol. 11, pp. 183-194, 1973.

50. Foulds L.R., Robinson D.F. Graph theoretic heuristies for Plant Layout Problem. Int. Journ. Prod. Research, vol. 16, pp. 27-37, 1978.

51. Francis R., White A. Facility Layout and location. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Serseg, 1974.

52. Hauni Layout Guide For Production Machinery. Hauni Maschininenbau AG, Humburg, 1998.

53. Filter Cigarette Making Line 3D-85. Decoufle Co., Cedex, 1999.

54. Range Of Products. Hauni Maschininenbau AG, Humburg, 1999.