Д.т.н., проф. Пуховський Є.С., cтудент Поддубный К. С.

Национальный технический университет Украины «КПИ»

ТАКТИКА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИБКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫ СИСТЕМ

После определения целей и задач имитационного моделирования выполняют анализ реаль­ного процесса: строят концептуальную модель с содержательным описанием процессов, происходящих в системе, и их формализованной схемой; реализуют ее в виде машинной программы; осу­ществляют верификацию модели; проводят имитационные экспе­рименты и обрабатывают их результаты. Основной проблемой ИМ является проблема адекватности модели оригиналу. Для ее проверки, как и для проверки любой теории, требуется сравнение контрольных результатов с экспериментом. Здесь мы впадаем в ка­жущееся противоречие — с одной стороны, гибкие производственные системы, как уникальные системы, до воссоздания не могут быть исследованы; с другой сто­роны, мы говорим об ИМ ГПС на стадии проектирования, не имея возможности для контрольных экспериментов. Выход из этой ситуации — в агрегатно-модульном построении имитационной мо­дели. Агрегатно-модульные модели являются открытыми, т.е. спо­собными к наращиванию, и легко декомпозируются. Дело в том, что множественность описания ГПС, по природе своей являющихся агрегативными системами (наличие значительного числа показателей, характеризующих структуры ГПС), принципиально определяет необходимость построения комплекса взаимосвязан­ных моделей. Модули общей модели удобно соотносить со струк­турами ГПС. Такие модули при необходимости объединяются в совокупности, которые именуются макросами. Под макро­сом понимают описание фрагмента реального процесса, характери­зующего стереотипную ситуацию, неоднократно встречающуюся при построении моделей одного класса. Он может быть расширен за счет сочленения с другими макросами. Макросы могут иметь различные размеры: от небольших программ, состоящих из двух — пяти операторов, до целых моделей, реализующих сложный, но часто повторяющийся процесс.

Развитые модели строятся на базе более простых и характери­зуются большим объемом входной информации; на создание их может быть затрачено несколько человеко-лет. Эти модели могут содержать несколько тысяч операторов, предъявлять высокие тре­бования к вычислительным средствам и реализовываться на больших ЭВМ в пакетном режиме. Отдельные модули, в свою очередь, состоят из элементов более низкого уровня — аг­регатов или блоков, характеризующихся операторами перехода входных воздействий в выходные реакции. В накоплении опыта операционального описания отдельных агрегатов и формировании соответствующей библиотеки моделей — путь к обеспечению адек­ватности имитационных моделей ГПС в целом.

Создание развитых моделей— процесс не только сложный, но и весьма деликатный, ибо в силу теоремы Тьюринга такая мо­дель будет столь же сложной, как и сама систем. Поэтому на этапе построения концептуальной модели необходимо четкое выявление связи задачи исследования со структурой модели. Выявление интересующих нас свойств системы не всегда связано с построением полной модели производственного процесса. Более того, в зависимости от характера поставленной задачи может из­меняться как сам подход к построению модели, так и метод ис­следования. Таким образом, два аспекта проблемы ИМ ГПС — сложность и подробность, с одной стороны, и возможность целе­сообразного упрощения — с другой, не противоречат друг другу и достигаются блочной конфигурацией модели, настраиваемой на структуру и параметры исследуемого объекта. В основе работы модели лежит дискретная имитация по собы­тиям и многократное воспроизведение таким путем отдельных ре­ализаций производственного процесса в соответствующим обра­зом масштабированном модельном времени. Последовательность указанных реализаций по партиям запуска, технологическим мар­шрутам и другим параметрам должна соответствовать реальному производственному процессу, подчиняющемуся установленным или исследуемым регламентам (в частности, оперативному и перс­пективному планам). Таким образом, имитационная модель пред­ставляет собой одновременную реализацию процессов производ­ства многих различных изделий в соответствии с этапами произ­водственного цикла.

При исследовании ГПС на модели различные параметры послед­ней устанавливаются по результатам структурного и параметриче­ского синтеза, по нормативам и прототипам, по имеющимся эмпи­рическим данным или экспертным путем. Затем в процессе моде­лирования определяют «узкие места» в системе, корректируют ус­тановленные параметры и находят их окончательные значения.

Можно различить два этапа имитационного моделирования производственного процесса в ГПС мелкосерийного производства. На первом этапе все параметры считаются детерминированными. При таком допущении либо вообще невозможно выявить ряд пока­зателей структур ГПС, либо точность получаемых результатов неудовлетворительна (к таким показателям относятся, например, длительность производственного цикла, вместимость централизо­ванного межоперационного склада-накопителя и т. д.). Детерми­нированная картина процессов в ГПС является первым прибли­жением, так как на систему действует множество внешних и вну­тренних возмущений, носящих случайный характер (к внешним возмущениям относятся, например, срочные заказы, неритмичное поступление заготовок на вход системы, неритмичная эвакуация обработанных деталей; к внутренним — отказы основного и вспо­могательного оборудования, отклонение длительности отдельных этапов производственного цикла от запланированной и т. д.).

На втором этапе, реализация которого более сложна, считают, что некоторые параметры ГПС носят вероятностный характер. Исследование проводят с учетом законов распределения пара­метров и с использованием метода статистических испытаний. Для получения статистически устойчивых результатов исследование на модели следует проводить в пределах длительных интервалов времени работы (с учетом введенного масштаба времени); только тогда могут быть выявлены существенные закономерности работы ГПС. При использовании подобной методики результатом модели­рования является выходная информация, полученная за весь ин­тервал моделирования, а также динамика ее изменения.

Ряд вопросов поведения ГПС может быть исследован в рамках моделей сетей массового обслуживания. Этот класс моделей при­годен в следующих случаях:

для выявления общих закономерностей процессов обслужива­ния в ГПС мелкосерийного производства и формулирования на основе этого исследования рекомендаций по выбору структур ГПС или их параметров;

для исследования частных типовых моделей обслуживания.

Поскольку в последнем случае удается дать только укрупненные ответы на вопросы о за­грузке оборудования или о средней производительности системы, то преимущественная область исследования — качество процес­сов обслуживания и возможности повышения коэффициента орга­низационного использования. Следовательно, построение разви­тых детализированных моделей на основе сетей массового обслу­живания нецелесообразно.

Важнейшими этапами имитационного моделирования явля­ются создание машинной программы и выбор языка программиро­вания. В качестве языков программирования используются либо универсальные языки машинного программирования, либо уни­версальные языки машинного моделирования.

Наиболее интенсивно в последнее время развиваются проблем­но-ориентированные, или специализированные, ИМ ГПС. Они менее универсальны, чем модели, написанные на языках програм­мирования или моделирования, требуют меньших затрат на раз­работку ПМО и вычислительных ресурсов. В них элементы моде­лируемой системы заранее определены, связи между ними описаны и реализованы программно. Входной язык приближен к языку пользователя, а техническими средствами могут быть мини- и микро ЭВМ. Непрерывно происходит совершенствование этих   моделей в направлении повышения их универсальности и степени детализации описания процессов в ГПС.

Выходная информация в моделях любых типов может выво­диться в виде текстов, таблиц, гистограмм, графиков, циклограмм, а также в виде соответствующих данных на экранах графических дисплеев.

Дополним приведенные краткие замечания о тактике ИМ двумя характерными примерами. Использование ИМ для решения задачи загрузки оборудования в ГПС серийного производства описано таким образом: моделировалась загрузка группы взаимозаменяе­мых фрезерных станков, различающихся только наладками. Стан­ки предназначались для выполнения трех деталеопераций. Годо­вая программа выпуска и станкоемкости операций приводили к многоноточной обработке. В результате для каждой деталеопера­ций было установлено число единиц оборудования, работающего в однономенклатурном режиме, а также число станков с много­номенклатурной обработкой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1.                 Васильев В. Н. Организация, управление и экономика гибкого интегрированного производства в машиностроении. – М.: Машиностроение, 1986.

2.                 Гибкое автоматическое производство/Под. общ. ред. С. А. Майорова и Г. В. Орловского – Л.: Машиностроение, 1983.

3.                 Логашов В. Г. Технологические основы гибких автоматизированных производств. – Л.:Машиностроение, 1985.