Оптимизация управления технологическим процессом производства обуви тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Шарый, Руслан Михайлович

• Шарый, Руслан Михайлович
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шарый, Руслан Михайлович

Введение

Глава 1 Современное состояние автоматизированного управления технологическими процессами производства обуви.

1.1 Анализ автоматизированного управления технологическими процессами производства обуви.

1.2 Определение задач исследования в области оптимального управления технологическим процессом производства обуви.

1.3 Исследование проблемы оптимизации технологического процесса производства обуви.Ч *

1.4 Анализ методов оптимизации технологических процессов производства обуви.

Глава 2 Анализ технологического процесса производства обуви как объекта автоматизации.

2.1 Исследование особенностей функционирования технологического процесса производства обуви.

2.2 Разработка критерия сложности управления технологическим процессом производства обуви.

2.3 Разработка и анализ системы классов технологических процессов производства обуви.

Выводы.

Глава 3 Разработка алгоритмической модели технологического процесса производства обуви.

3.1 Разработка методики формализованного описания системы функционирования технологического процесса производства обуви.

3.2 Построение и исследование алгоритмической модели технологического процесса производства обуви.

3.3 Составление системы функций алгебры логики технологического процесса производства обуви.

3.4 Определение и синтез матричного вида логико-структурного алгоритма технологического процесса производства обуви.

Выводы.

Глава 4 Разработка алгоритма оптимизации управления технологическим процессом производства обуви.

4.1 Описание алгоритма управления технологическим процессом производства обуви.

4.2 Разработка методики оптимизации управления технологическим процессом производства обуви.

4.3 Описание критерия оптимальности автоматизированного управления технологическим процессом производства обуви.

Выводы

Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация управления технологическим процессом производства обуви»

Совершенствование автоматизированного управления в соответствии с объективными потребностями развития предприятий продолжает оставаться актуальной задачей.

Проблемы управления (в первую очередь оптимального) технологическим процессом производства обуви и создание для этой цели автоматизированной перспективной системы управления до настоящего времени остаются в автоматике одной из самых сложных и актуальных научных и практических задач.

Решение проблемы автоматизированного управления с учетом свойств технологического процесса производства обуви (ТППО) и создание системы автоматизированного проектирования для обувного производства имеет чрезвычайно большое практическое значение в связи с непрерывными изменениями в условиях функционирования технологического процесса производства обуви.

Одним из направлений улучшения показателей работы обувного предприятия является совершенствование автоматизированного проектирования технологических процессов производства обуви с помощью ЭВМ и программированных методов решения задач оптимального управления производственной программой технологического процесса производства обуви.

Отсутствие формализованной математической модели ТППО затрудняет автоматизацию процесса управления обувным производством. Поэтому одной из наиболее актуальных научных проблем становится представление в обобщенном формализованном виде потоков и связей в автоматизированной системе элементных автоматизированных технологиях.

Проблема создания формализованных моделей, пригодных для ЭВМ, была в центре внимания в различных отраслях промышленности. Так, существенные результаты в этом направлении получены Бусленко Н.П. [5]. Бусленко Н.П. использует описание технологического процесса в виде набора отдельных логических схем, взаимосвязь между которыми затруднена. Эти трудности существенно возрастают при отображении логических схем системой уравнений алгебры логики.

В работе Бесекерского В.А. [10] разрабатывается спецификация системы управления, функциональная схема, которая отображает алгоритм управления в виде функциональных блоков и связи между ними, причем функциональные блоки реализуются как аппаратными, так и программными средствами. Для выбора этих средств выполняют технико-экономический анализ. Согласно этой методике техническая реализация алгоритма управления основана на использовании стандартных решений только на уровне функциональных блоков. Выбрать стандартную систему управления на основе использования методики [10] можно только после значительной ее модификации.

В работе [49] Рафинкузман М. рассматривает методику разработки микропроцессорных систем управления, которая включает три этапа: создание программных средств, конструирование аппаратных средств, разработку средств диагностики программы. В соответствие с этой методикой применяется микропроцессорная интеллектуальная система НР-64000. Особенностью методики [49] является предположение, что заказчик заинтересован в разработке систем управления существенно отличающихся от аналогичных систем конкурентов, поэтому проблема автоматизированного управления при выборе стандартных систем не прорабатывается.

Комплексная методика управления и контроля разработана В.А. Дементьевым в работе [22] применительно к летательным аппаратам. В работе [22] на основе рассмотрения обобщенных структур систем управления и контроля летательных аппаратов доказывается возможность использования для их описания "конечного автомата". Отмечается необходимость решение проблемы определения единого алгоритма функционирования системы, т.е. решается задача составления общего алгоритма управления. Доказывается, что система управления современными летательными аппаратами состоит из несколько сотен устройств и подсистем, описание которых на языке логических схем алгоритмов, предложенного Ю.И. Яновым [68], вызывает большие трудности, для преодоление которых В.А. Дементьев предлагает использовать язык формул переходов, составленных на основе функций выполнения операторов логических схем алгоритмов. В методике В.А. Дементьева [22] вводится промежуточный язык формул перехода на основе которых строятся функции выполнения операторов логических схем алгоритмов, т.е. используется специально построенный аппарат. Таким образом, с точки зрения программной поддержки этой методики, требуется разработка транслятора логических схем алгоритмов на промежуточный язык формул перехода и использование второго транслятора для перевода формул перехода на машинный язык.

Для проектирования автоматизированной системы управления трикотажными машинами в работе [64] Шевченко В.И. предложена методика, основанная на построении специального логико-математического аппарата. Один из этапов этой методики - решение задачи поиска структуры близкой к оптимальной и эквивалентной к исходной. Эта задача решена на примере построения системы централизованного программного управления группой трикотажных машин. Однако, в работе [64] теория построена на основе модели потенциальных сигналов в линии. Представляет интерес развитие этой методики в предположении, что в каналах связи циркулирует как импульсные, так и потенциальные сигналы. Кроме того, построенный логико-математический аппарат ориентирован на систему ограничений, характерных для способов управления трикотажными машинами.

Из вышесказанного следует, что на основе известных методик проектирования систем управления близким к оптимальным, без существенных модернизаций этих методик, крайне трудно обеспечить отображение разветвлений при проектировании на ветви, связанные с выбором стандартной типовой системы управления или разработки оригинальной, близкой к оптимальной, учитывающей специфику обувного производства.

Преодоление этих трудностей эквивалентно разработке нового метода формализованной записи функционирования ТППО. В этом случае потребуется модификация языка логических схем при сохранении возможности записи по этим схемам систем функций алгебры логики.

В диссертации предпринимается попытка решения задачи проектировании методики оптимального управления технологическим процессом производства обуви на основе модификации языка логических схем алгоритмов. В соответствии с методикой построения системы управления близкой к оптимальной, предусматривается применение комплексного критерия оптимальности. Один из критериев оценивает экономическую эффективность системы управления технологическим процессом производства обуви, другой оценивает сложность системы управления.

Предложенная методика построения оптимальной системы ТППО отличается от известных возможностью определения класса алгоритма функционирования технологического процесса производства обуви с применением комплексного критерия оптимальности. Разработанная методика поддерживается специально разработанным программным обеспечением и стандартной программой типа "Statgraf\ Предложенная методика ориентирована на разработку иерархических систем управления, первый уровень относится к классу 3"Б" [12], а второй уровень - к классу 3"А" [12].

Таким образом, целью настоящей диссертационной работы является разработка методологии анализа и рационального выбора способа оптимального автоматизированного управления технологическим процессом производства обуви; программных средств для автоматизации.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие научные задачи: разработана классификация технологических процессов производства обуви на базе алгоритмических моделей; разработана оригинальная алгоритмическая модель технологического процесса производства обуви; исследован и разработан комплексный критерий оптимальности, обеспечивающий более высокий научно - технический уровень автоматизированного управления технологическим процессом производства обуви; разработана методика оптимизации управления технологическим процессом производства обуви; разработано программное обеспечение для автоматизации управления технологическим процессом производства обуви.

В первой главе диссертации представлены сведения об исследованиях, предшествующих данной работе и полученных в этих работах результатов. Проанализировано современное состояние автоматизированного управления в сложных технологических и информационных процессах. Показывается возможность оптимизации управления технологическим процессом производства обуви. Доказывается, что из всех возможных путей оптимизации автоматизированного управления технологическим процессом производства обуви наиболее перспективным следует считать два подхода, один из которых ориентирован на использование методов поисковой оптимизации. Второй подход предусматривает проектирование и анализ сложности управления технологическим процессом производства обуви в соответствии с технологическим регламентом.

Во второй главе диссертации содержится информация об основных фрагментах технологического процесса производства обуви на предприятии ЗАО «Заря» фабрики «Парижская Коммуна», описание установленных взаимосвязи. Разработана процессов производства сложности управления производства обуви как оптимальности при автоматизированном проектировании системы технологического процесса производства обуви. Разработана программа «Класс» для автоматизированного определения класса технологического процесса производства обуви.

Третья глава посвящена разработанной в ходе исследования алгоритмической модели технологического процесса производства обуви на предприятии ЗАО «Заря» фабрики «Парижская Коммуна». В главе содержится описание операторов и логических предикатов, составляющие алгоритмическую модель. Алгоритмическая модель представлена в виде логической схемы алгоритма, дополненной разработанной системой функций алгебры логики. Разработана программа «Функция» для автоматизированного поиска и определения системы функций алгебры логики. Рассмотрен пример оптимизации технологического процесса производства обуви на основе использования логических схем алгоритмов.

В четвертой главе рассматривается алгоритм управления технологическим процессом производства обуви, на основе которого может быть построена любая по сложности система управления. Алгоритм задан на неформальном и формализованном уровне с использованием языка логических схем алгоритмов. Разработана методика оптимизации технологического процесса производства обуви, которая показывает возможность совершенствования управления производственным процессом на основе комплексного критерия оптимальности. В главе рассматривается пример технологического процесса производства обуви и показывается, каким образом этот процесс может быть оптимизирован на основе принятой целевой функции и при принятых ограничениях. Пример решен на основе использования программы «Statgraf».

В выводах диссертационной работы отражены основные результаты исследований.

Приведено неформализованное операций производства и их классификация технологических обуви. Разработан критерий технологическим процессом один из частных критериев 9

В приложении приведены акт о внедрении результатов исследования, копия производственной программы технологического процесса производства обуви, листинг разработанных программ, результаты полученные по программе «Statgraf».

Актуальность темы подтверждается тем, что диссертационная работа выполнена в рамках Федеральной целевой научно - технической программы «Исследование и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения», направление 01 «Создание гибких компьютеризованных производств товаров народного потребления на базе информационных технологий и новых материалов».

Таким образом, с помощью методики построения алгоритмической модели и методики оптимального управления технологическим процессом производства обуви можно будет выбрать оптимальный вариант решения задачи автоматизированного управления, обеспечивающий высокую экономическую эффективность функционирования технологического процесса производства обуви.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Шарый, Руслан Михайлович

Выводы

В диссертационной работе получены следующие научные и практические результаты:

1. Разработана и научно обоснована логико-структурная алгоритмическая модель технологического процесса производства обуви.

2. Установлена целесообразность трансформации линейной формы алгоритмической модели в матричную форму.

3. Доказана правомерность использования классификации алгоритмов для определения класса технологического процесса производства обуви. При чем установлено, что технологический процесс производства обуви на фабрике «Парижская Коммуна» относится к классу немонотонно реальных логико-структурных алгоритмов.

4. Установлено, что алгоритм управления технологическим процессом применяется в процессе проектирования обувного производства. Алгоритм управления, реализуемый модулем управления, относится к классу монотонно реальных логико-структурных алгоритмов.

5. Предложен комплексный критерий оптимальности системы управления ТППО, включающий два частных критерия: один из которых позволяет определить экономическую эффективность системы ТППО, а второй оценивает сложность системы управления ТППО на основе анализа аппаратного состава и оценки машинного времени на выполнение логических операций.

6. Доказана возможность включения программы «81а1§га£»в качестве одной из составляющих методики оптимизации системы управления ГППО.

7. Созданы условия для выполнения оптимизации логической схемы алгоритма ТППО на основе обработки на ЭВМ с использованием программы «Функция».

8. Доказана возможность автоматизированного определения класса технологической структуры, на основе разработанной в ходе исследования программы «Класс».

86

9. Наилучшие результаты оптимизации системы управления технологическим процессом производства обуви достигаются при проектировании новых или реконструкции действующих предприятий.

10. На основе предложенной методики оптимизации системы управления технологическим процессом производства обуви решаются задачи модернизации автоматических устройств без нарушения действующих коммуникаций от исполнительных механизмов к датчикам информации о технологических параметрах процесса производства обуви.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шарый, Руслан Михайлович, 2000 год

1. Александров А.Г. Справочник по ТАУ, М., Наука, 1987г.

2. Айзенберг Л.Г., Кипнис А.Б., Стороженко Ю.И. Автоматизация производственных процессов и АСУ в легкой промышленности, М., Легпромиздат, 1 989г.

3. Бусленко В.П. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем, М., Наука, 1977г.

4. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем, М., Наука, 1968г.

5. Бусленко Н.П. Математическое моделирование производственных процессов на цифровых вычислительных машинах, М., Наука,1964г.

6. Бурлаков М.В., Проблемы автоматизации управления дискретными технологическими и информационными процессами жур. Автоматизация и современная технология, 1996г, №6, с.23-28.

7. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс, М., Радио и связь,1988г.

8. Барковский В.В., Захаров В.Н., Шаталов A.C. Методы синтеза систем управления. Матрично-структурные преобразования и алгоритм управления ЦВМ, М., Машинстрой, 1981г.

9. Боли Л.А., Нужнов Е.В. Организация конструирования на основе САПР и микропроцессорных систем, Таганрог, 1984г.

10. Бесекерский В.А., Изранцев В.В. Системы автоматического управления с микроЭВМ, М., Наука, 1987г.

11. Варшавский В.А. Коллективное поведение автоматов, М., Наука, 1973г.

12. Габасов Р., Кирилова Ф.Н. Особое оптимальное управление, М., Наука, 1973г.

13. Горбатов В.А. и др. Логическое управление технологическими процессами, М., Энергия, 1978г.

14. Горнев В.Ф., Емельянов В.В., Овсянников М.В. Оперативное управление В ГПС, М., Машиностроение, 1990г.

15. Горох E.JI. Современные системы автоматизированного проектирования и изготовления обуви, жур. Технология и дизайн, СПб 1995г., стр.14-17

16. Гинзбург С.А. Математическая непрерывная логика и изображение функций, М., Энергия, 1968г.

17. Глушко В.М. Автоматно-алгебраические аспекты оптимизации микропрограммных управляющих устройств, труды международного конгресса математиков (Москва 1966г), М., Мир, 1968г.

18. Гришин В.Н. и др. Модели, алгоритмы и устройства идентификации сложных систем, JT., Энергоатом издат, 1985г.

19. Дьяченко В.Ф., Лазарев В.Ф., Саввин Т.Г. Управление на сетях связи, М., Наука, 1967г.

20. Дулин C.B. Совершенствование методов исследования информационных потоков на предпроектной стадии создания АСУ обувных предприятий, реф, М., МТИЛП, 1 978г

21. Дементьев В.А. Комплексное проектирование систем управления и контроля летательных аппаратов, М., Машиностроение, 1980г.

22. Закарян О.С. Разработка кибернетической модели системы обувного производства для решения задач технологической подготовки, реф., МТИЛП,1978г.

23. Испирян Г. П., Рожок В.Д. Использование методов линейного программирования в экономике и планировании на предприятиях кожевенно-обувной промышленности, М., Легкая индустрия, 1 972г.25. Каталоги фирмы «Уни Тосс»

24. Под ред. Климова В.А. АСУП в текстильной и легкой промышленности, М., Легпромиздат, 1 986г.2 7. Казакевич В.В. Системы автоматической оптимизации, М., Энергия,1977г.

25. Калиткин В.Ф. Логические методы анализа систем автоматического управления, реф., М.,1968г.

26. Кротов В.Ф., Гурман В.Ч. Методы и задачи оптимального управления, М.,1973г.

27. Колосовский И.Г. Операторные граф-схемы для описания параллельных алгоритмов, Сб. Математическое обеспечение ЭВМ и эффективная организация вычислительного процесса, вып.2, К., 1967г.

28. Кондаков А.И. Введение в логику, М., Наука, 1967г.

29. Кулик В.Т. Алгоритмизация объектов управления, Справочник, К., Наукова думка, 1968г.

30. Левин В.И. Введение в динамическую теорию конечных автоматов, Рига, Зинатне, 1982г.

31. Левин В.И. Бесконечнозначная логика в задачах кибернетики, М., Радио и связь, 1982г.

32. Лазарев В.Г., Пийль Е.И. Синтез управляющих автоматов, М., Энергоатомиздат, 1989г.

33. Лотоцкий В.А. и др. Анализ применения системного подхода к разработки подсистем управления технологическими процессами и запасами на крупномасштабном производстве, Институт проблем управления, М.,1975г

34. Летчиков В.В., Рябинская Т.Т. Современные технологии в обувной промышленности, жур. Кожевенная и обувная промышленность, 1995г., №7, с.26-27

35. Левченко В.П. Оперативное управление себестоимостью продукции обувного производства в системе внутрипроизводственного хозрасчета, реф., Киев, КТИЛП,1990г.

36. Моисеев H.H. и др. Методы оптимизации, М., Наука, 1978г.

37. Миллерова М.Г. Об одном расширении языка ЛСА, сб. Автоматы и управление сетями связи, М., 1971г., с.136-141

38. Майоров С.А., Орловский Г.В. Гибкое автоматическое производство, Ленинград, 1985г.

39. Плужников Л.Н., Татаринцева Г.М. Учебное пособие Методы и прикладные программы обработки экономических данных, М., МГАЛП, 1995г.

40. Плужников Л.Н. и др. Разработка математического и программного обеспечения система автоматизированного проектирования схем автоматизации легкой промышленности, жур. Кожевенная и обувная промышленность, М., 1977г.

41. Поздняков Ю.И. Направления организационно-технического совершенствования заготовочных потоков обувных фабрик, реф., М., МТИЛП, 1965г.

42. Под ред. Плужникова Л.Н. Автоматизация технологических процессов легкой промышленности, М.,Легпромбытиздат, 1993г.

43. Половинкин А.И. Автоматический синтез оптимальных структур технических систем, Изв. АН СССР, Техническая кибернетика, 1973г №5, с. 201-211

44. Поспелов Д.А. Классификация структур алгоритмов, реализуемых на вычислительных системах, Изв. АН СССР, Техническая кибернетика, 1967г, №5, с.128-136

45. Портнов Т.Я. Об одном примере классификации систем, Сб. Проблемы формального анализа систем, М., Высшая школа, 1968г.

46. Рафинкузман М. Микропроцессоры и машинное проектирование микропроцессорных систем, М., Мир, 1988г.

47. Стрейц В. Метод пространства состояний в теории дискретных линейных систем управления, М., наука,198 5 г.

48. Сергеева Т.В., Шевченко В.И. К выбору формализованного языка для записи условий работы системы автоматического комплектования полуфабрикатов в производственную серию, Кожевенно-обувная промышленность, 1972г., №11, с.19-22

49. Сергеева Т.В., Шевченко В.И. Общие вопросы синтеза систем автоматического комплектования полуфабрикатов в производственную серию, Кожевенно-обувная промышленность, 1972г., №8 с.12-16

50. Сергеева Т.В., Шевченко В.И. Общие вопросы синтеза систем автоматического комплектования полуфабрикатов в производственную серию, Кожевенно-обувная промышленность, 1973г., №3 с.12-16

51. Солодовников В.В., Тумаркин В.И. Теория сложности и проектирования систем управления, М., Наука, 1990г.

52. Сух арен ко А.Г., Тимохов A.B. Федоров В.В. Курс методов оптимизации, М., Наука, 1986г.

53. Субботин A.J1., Пятницин Б.Н. О некоторых подходах к классификации логических систем, Философские науки,1970г., №4, стр.76-80.

54. Форрестел Дж. Кибернетика промышленного предприятия, М., Мир, 1979г.

55. Под ред. Фукина В.А. Технология изделий из кожи, ч.1,2, М., Легпромбытиздат, 1988г.

56. Черч А. Введение в математическую логику, т.1, М., 1960г.

57. Шевченко В.И. О классах структур алгоритмов функционирования, Кибернетика, К., 1975, №5

58. Шевченко В.И. Способ централизованного программного управления группой объектов, ОИПОТЗ, 1966, №191

59. Шевченко В.И. Способ централизованного программного управления группой объектов, ОИПОТЗ, 1972, №3

60. Шевченко В.И. Основы теории структурного синтеза централизованного программного управления техническими системами, М., ЦНИИТЭИлегпром, №2-460 ПП-88 Деп.

61. Шевченко В. И. Теория структурного синтеза систем программного управления, сб. Известия ВУЗ ТЛП, 1991, №5, стр. 129-135

62. Шевченко В.И. О функциональной эквивалентности управляющих систем, тематический сб. научных трудов «оборудование и автоматизация производств ЛП», М., 1980г.

63. Шувиков В.И. Оптимизация структуры систем при наличии параллельно выполняемых функций, Сб. Обработка информации в автоматических системах, Вып. 1, Рязань, с. 24-29

64. Шоломов Л.А. Критерии сложности булевых функций, сб. Проблемы кибернетики, М.,с.91-128

65. Янов Ю.И. О логических схемах алгоритмов, сб. Проблемы кибернетики, вып. 1,1 968г.,с.75-1 27

66. Ярема О.М. Повышение эффективности обувных предприятий на основе определение оптимального соотношения элементов системы производства, реф., Л.,1983г

67. Яблонский C.B., Гаврилов Г.П., Кудрявцев В.Б. Функции алгебры логики и классы Поста, М., Наука, 1966г.

68. Cybernetics and systems, 1996, vol. 27

69. Word footwear, 1990, p.36-39

70. Shoe and leather news, 1990, p.17-19