Формирование решений при управлении технологическими процессами

 

Решения, формируемые (принимаемые) при контроле и уп­равлении ТП, являются основой для разработки конкретных тех­нологических мероприятий, направленных на стабильное обес­печение качества продукции при выполнении конкретного ТП или его элемента. Эти ТР должны быть конструктивными, т. е. представлять собой конкретные ответы на вопрос, что необхо­димо сделать для стабильного обеспечения заданного качества продукции. По своей сути указанные ТР относят к синтезирую­щим (проектным) решениям, принимаемым на основе ранее при­нятых аналитических решений.

Различают формирование ТР в неавтоматизированном про­изводстве (при изготовлении опытных, установочных конт­рольных партий; при установившемся серийном изготовлении продукции и в автоматизированном (автоматическом) производ­стве, в котором полностью или частично реализован «безлюд­ный» режим работы. В первом случае ТР принимают по резуль­татам выполнения соответствующей задачи и функции ТПП, во втором — выделяют первичные решения о выборе схемы (мето­да) управления и соответствующих технических средств, прини­маемые при ТПП, и решения, формирующиеся автоматически управляющими устройствами в процессе работы.

Любую производственную систему, в которой реализован кон­кретный ТП, можно рассматривать как упорядоченную совокуп­ность отдельных технологических систем, объединенную общей транспортной системой. В производственной системе различают подсистемы, состояние которых оценивается одним параметром бинарного вида («норма» или «отказ»), и подсистемы, состоя­ние которых оценивается несколькими параметрами, находящи­мися в пределах нескольких зон.

К первым относятся, например, все подсистемы автоматики, элементы транспортной системы и другие, не являющиеся пред­метом рассмотрения настоящей книги, хотя ситуации, возника­ющие вследствие изменения их параметров, могут потребовать принятия соответствующего решения по управлению ТП; ко вто­рым — все технологические системы. В качестве изменяемых (выходных) параметров в последних могут выступать размеры или отклонения размеров обработанных поверхностей, элемен­тарные погрешности размеров и т. п.

На рис. 3.2 схематично показано расположение зон измене­ния параметра технологической системы. Если фактическое зна­чение параметра П е {n_Hmin, П_нтах}, то система функционирует нормально, обеспечивая заданное качество продукции. Если

 

 

Рис. 3.2. Схема расположения зон изменения параметра тех­нологической системы

 

П_{p min}< П < П_{н min} или П_{н max} < п < П_{р тах}, то система функцио­нирует в зоне риска, обеспечивая заданное качество продукции. При этом, однако, существует реальная возможность такого сме­щения параметра П, которое приведет к потере качества про­дукции, что равносильно отказу системы. Ситуация принятия решения возникает при смещении параметра П к границам зон риска П_{р min}, П_{н min} или П_н max, П_р max.

Возможны следующие задачи, требующие формирования раз­личных по характеру ТР, а при их реализации и различных стра­тегий управления.

1. Гарантированное обеспечение заданного качества продук­ции, что соответствует условию

2. Обеспечение возврата к нормальной работе при  и

3. Предотвращение неисправимого брака продукции и воз­никновения аварийных ситуаций при П < П_{р min} или П > П_{р mаx}-

4. Ликвидация последствий отказа и восстановления нормаль­ной работы после предотвращения аварийных ситуаций.

Исходными данными для формирования решений при конт­роле и управлении ТП являются:

 модель объекта управления;

  параметры текущего состояния объекта управления, опреде­ляющие нахождение самого объекта в одной из выделенных зон;

цель управления (задача принятия решения);

критерии оптимальности управления.

Параметры текущего состояния могут быть определены с помощью наиболее соответствующего ситуации метода анализа ТП. Самыми распространенными критериями оптимальности управления для ТП механосборочного производства являются критерии максимальной (заданной) производительности и ми­нимальных затрат. Критерий оптимальности задает ограниче­ние на осуществление выбора той или иной стратегии управ­ления и может определяться, например, ценой потерь вслед­ствие того, что заданное качество продукции не обеспечивается (потери от неисправимого брака; потери на исправление бра­ка; потери, связанные с частотой появления брака, и т. д.). Иногда, если отклонения возникают по ряду составляющих век­тора выходных переменных, целесообразно определение наи­более желаемого (приоритетного) порядка стабилизации пара­метров качества.

Формирование ТР при управлении ТП машиностроения на­чинается с генерирования множества альтернативных ТР. Прак­тически для любого дестабилизирующего фактора можно ап­риорно определить набор стандартных для данной ситуации ТР. В большинстве случаев искомое оптимальное ТР находится сре­ди них. Так, если установлено, что выходной параметр каче­ства зависит в основном от погрешности закрепления заготов­ки в данной технологической операции, то возможными ТР, в той или иной степени устраняющими действие этого фактора, можно считать:

стабилизацию параметров качества исходных заготовок (преж­де всего качества поверхностного слоя поверхностей, используе­мых как установочные базы);

неизменность условий закрепления заготовок (постоянство силы зажима заготовок, выбор рациональной формы установоч­ных элементов приспособления);

изменение схемы закрепления заготовки (обеспечение пер­пендикулярности силы закрепления выдерживаемому размеру); принципиальное изменение схемы установки заготовки. Многие из этих ТР могут быть конкретизированы и сведены до элементарного уровня. Например, стабилизация силы зажима заготовки может быть достигнута применением автоматизирован­ного зажимного устройства (пневматического, гидравлического и т. д.) либо использованием специальных динамометрических ус­тройств при ручном приводе. В любом случае желательной явля­ется генерация на первом этапе формирования множества ТР, пусть даже и с различной степенью детализации. Такие множе­ства создают для каждого параметра качества, стабилизация ко­торого необходима.

Сформированное таким образом множество ТР просматри­вают с учетом ограничений, накладываемых условиями реализа­ции ТП в конкретной производственной системе. В силу этих ограничений многие из предложенных ТР не могут быть реали­зованы. Вместе с тем ограничения должны быть ранжированы по приоритету их «строгости». Строгое ограничение — это огра­ничение, которое не может быть снято ни при каких условиях. Некоторые же из ограничений в силу необходимости могут быть сняты. Обычно это происходит в случаях, если в множестве пред­лагаемых ТР не остается ни одного элемента. Так, ТР об изме­нениях схем закрепления и установки могут быть отвергнутыпри наличии уже изготовленного приспособления. Однако в слу­чае необходимости уже изготовленное приспособление может быть заменено другим, сконструированным на основе принято­го ТР.

Множество возможных ТР, пройдя через фильтр ограниче­ний, становится множеством допустимых ТР. Указанные мно­жества могут совпадать. Множество допустимых ТР должно иметь хотя бы один элемент, в противном случае может быть вновь создано новое множество возможных ТР.

Альтернативные ТР из множества возможных ТР ранжируют по предполагаемой эффективности. Просматривают множества возможных ТР, ориентированные на обеспечение разных пара­метров качества. Решение, выполнение которого обеспечивает качество по ряду параметров, имеет максимальный приоритет.

Для каждого ТР с использованием модели объекта определя­ют ожидаемый результат (по выходным переменным), дают ком­плексную оценку качества ТР, выполняют тщательный анализ воздействия реализации принятого ТР на другие составляющие вектора выходных переменных.

При наличии множества альтернатив ТР оптимизируют с уче­том принятых критериев и формируют множество равноэффек­тивных ТР (в частном случае это множество может состоять из одного ТР). Окончательный выбор ТР из множества равноэф­фективных осуществляет лицо, принимающее решение.

При необходимости стабилизации нескольких параметров ка­чества возможен вариант, когда для стабилизации каждого из параметров необходима реализация самостоятельного ТР. В этом случае выполняют процедуру синтеза отдельных ТР в комплекс­ные, желательно меньшего числа или даже единственные. Успех выполнения этой процедуры зависит от опыта и знаний ее ис­полнителей. Если принятое ТР связано с применением нового СТО, то выдают задание на разработку необходимого информа­ционно-технического обеспечения.

В ряде случаев принятие ТР не требует строгого соблюдения описанной последовательности действий. Это происходит при достаточной очевидности причин отклонений качества и устра­няющих их действие ТР.

Автоматические управляющие устройства формируют и реа­лизуют управляющие решения, соответствующие конкретной си­туации, с использованием функциональных подсистем, показанных на рис. 3.3. Информация о состоянии объекта управления (ОУ) от датчиков (Д) поступает на вход подсистемы контроля (ПК). Результаты контроля в соответствии с принятой стратеги­ей контроля, поступают в подсистемы диагностики (ПД) и при­нятия решений (ППР). Принятое ТР в форме корректирующих воздействий передается в устройство с числовым программным управлением (УЧПУ) и далее в формате сигналов ЧПУ — к объекту управления. Сообщения о принятых и отработанных ТР, а также данные об изменениях контролируемых параметров как сигналы обратной связи поступают от устройства с ЧПУ к под­системам принятия решений и контроля.

 

Рис. 3.3. Структура автоматизированного управляющего устройства

 

Целью рассмотренного устройства является обеспечение ка­чества продукции при автоматической работе оборудования. Па­раметры качества можно измерять непосредственно на станке, в процессе обработки заготовки либо в специально выделенной контрольной позиции.

Подсистема диагностики предназначена для определения при­чины и места возможного отказа в технологической системе и выдачи информации для подсистемы принятия решений.

Необходимость диагностики при принятии обоснованных ТР рассмотрим на примере контроля сил резания при точении. Из­меряемый силовой параметр может находиться в зоне риска по следующим причинам:

1) затупление инструмента;

2) увеличенный припуск на обработку;

3) изменение твердости материала заготовки;

4) ошибка в управляющей программе.

В зависимости от причины подсистема принятия решения может принять одно из следующих ТР:

1) сменить инструмент;

2) уменьшить глубину резания;

3) уменьшить подачу;

4) скорректировать управляющую программу, например пу­тем генерации и введения исправленного кадра.

Подсистема диагностики, по возможности, должна обеспе­чивать выдачу единственной причины. В противном случае оп­ределяется набор (меню) возможных причин, ранжированных по вероятности их появления. В развитых подсистемах диагности­ки для этого используют специализированное программное обес­печение.

Подсистема принятия решений предназначена для обеспече­ния стабильного качества выпускаемой продукции при действии дестабилизирующих факторов, а также автоматического продол­жения работы после случайного отказа или других нарушений функционирования объекта управления.

Условиями восстановления работоспособности в автомати­зированных производственных системах являются:

наличие резервного механизма (подсистемы);

возможность восстановления отказавшего механизма (подси­стемы);

возможность организации «обходного пути».

В производственных системах металлообработки, как прави­ло, резервных механизмов нет. Определенный резерв имеется в инструментальном обеспечении при условии установки инстру­ментов-дублеров. Можно резервировать заготовки в накопите­лях транспортных систем. При поломках или предельном изно­се инструмента, а также при невозможности продолжения нача­той обработки подсистема принятия решений может выбрать следующие ТР:

1) сменить инструмент и продолжить обработку той же заго­товки;

2)  забраковать обрабатываемую заготовку и заказать новую;

3) отложить начатую заготовку до появления нового инстру­мента;

4) рискнуть и завершить обработку несмотря на сигналы о предельном износе. Решение принимается исходя из конкрет­ных условий обработки: степени автоматизации системы, сто­имости инструмента и заготовки, стоимости простоев оборудо­вания, времени появления нарушений в работе объекта, состоя­ния производственного плана и т. д. Правильность принятого ТР определяется степенью «интеллектуальности» программного обеспечения подсистемы.

Возможность восстановления нормальной работы после от­каза характерна для большинства вспомогательных механизмов, в которых движущиеся части имеют склонности к заеданию или «непопаданию». Часто достаточно повторить движения, чтобы восстановить нормальную работу. Во всяком случае необходимо предусмотреть неоднократное повторение подобной попытки. Восстановление возможно и тогда, когда контроль детали за­фиксировал неисправимый брак. В этом случае подсистема при­нятия решений должна обеспечить проведение необходимой со­ответствующей коррекции для того, чтобы качество изготовле­ния следующих деталей было обеспечено.

Возможность организации «обходного пути» является слож­ной задачей ситуационного управления ТП, связанной с адапта­цией к изменению производственной ситуации. Суть принимае­мых при этом решений сводится к определению наиболее раци­онального в данных условиях продолжения ТП, в общем случае не совпадающего с заданным.

В более простых ситуациях возможности подсистемы приня­тия решений вполне достаточны для обеспечения нормальной ра­боты объекта управления и производственной системы в целом.