The main objectives of many - technological design

Решение задачи сокращения времени на технологическую подготовку производства и выпуска новых изделий, особенно малыми партиями, обеспечивает повышение их конкурентоспособности и дает возможность оперативного реагирования на изменения потребительского спроса. Это, в свою очередь, снижает себестоимость изготовления новой продукции и уменьшает время, которое пройдет от появления новых конструкторских разработок до их внедрения в промышленные образцы.

Для решения этой задачи необходимо определить совокупность необходимых методов и средств образования маршрутов проектирования - последовательностей проектных операций и процедур, ведущих к достижению поставленной цели. При этом методы построения последовательностей проектирования определяются типом проектных задач.

Основой для осуществления многообъектного технологического проектирования являются уже существующие рабочие производственные системы (РПС), ориентированные на выпуск своих производственных заданий (ПЗ) и имеющие фонд свободного времени своего технологического оборудования. Технологическое оборудование, имеющее фонд свободного времени, является ресурсом производственных систем (ПС), необходимым для функционирования виртуальных производственных систем (ВПС). На основе информации о ресурсах ПС оперативно формируется конфигурация (возможно, изменяющаяся во времени), максимально соответствующая требованиям выполняемых ПЗ.

Особенностью такого подхода является использование элементов интеллектуального управления, позволяющее принимать решения по изменению конфигурации ВПС и формированию управляющей информации в реальном масштабе времени с минимальным участием человека-оператора.

Много объектное технологическое проектирование с интеллектуальным управлением в РПС включает в себя методики проектирования технологических процессов, методику обеспечения целеустремленной генерации возможных вариантов конфигурации ВПС, методику осуществления верификации сгенерированных вариантов и отбора лучших, а также методику принятия решения, на основе которого осуществляется управление процессом конфигурирования ВПС во времени. В связи с тем, что принятие решения и формирование на его основе управляющего воздействия осуществляется на основе сложных творческих процессов, управление должно строиться как интеллектуальное.

Solution of the reduction of time for the technological preparation of manufacture and release of new products, especially in small batches, enhances their competitiveness and enables rapid response to changes in consumer demand. This, in turn, reduces the cost of manufacture of new products, and reduces the time it will take on the appearance of new design developments to their implementation in industrial designs.

To solve this problem it is necessary to define a set of necessary methods and means of education of routes Design - design sequences of operations and procedures, leading to the achievement of this goal. Thus methods of construction design sequences determined by the type of project objectives.

The basis for the implementation of many-technological design of existing workers are manufacturing systems (RPS), focused on the issue of its manufacturing jobs (PP) and the Foundation have free time its technological equipment. Technological equipment, funds available free time is resursomproizvodstvennyh systems (PS), necessary for the operation of virtual manufacturing systems (AMS). On the basis of information about the resources of the SS quickly formed configuration (possibly time-varying) that best meet the requirements of running the PP.

A special feature of this approach is the use of intelligent control elements, allowing decisions poizmeneniyu configuration of the UPU and the formation of the control information in real time with minimal human operator.

Many-technological design with intelligent control in the RPM includes techniques design of technological processes, methods to ensure purposeful generation options for the configuration of the UPU, the methodology of the verification of the generated options and selection of the best, as well as decision-making techniques, based on which the process control configuration of the UPU in time. Due to the fact that the decision-making and on its basis the control action is based on the complex creative processes, management should be built as an intellectual.

Таким образом, концептуальная идея построения виртуальной производственной системы заключается в мобильной организации временно функционирующих объектно-ориентированных ПС для выполнения текущих технологических процессов на базе РПС. Другими словами, при наличии некоторого ПЗ необходима стратегия выполнения их в РПС, имеющих фонд свободного времени и ориентированных, в свою очередь, на выпуск других, различных по своим параметрам изделий. При этом выполнение спроектированных технологических процессов не должно негативно сказываться на сроках и себестоимости выпуска основной для этих РПС продукции.

Реализация идеи достигается за счет формирования ВПС рациональной конфигурации, позволяющей выполнять ПЗ в сроки, не превышающие заданные, но близкие к ним, с минимальной себестоимостью. Такой подход обеспечивает отсутствие материальных перестроек при формировании ПС для выполнения ПЗ, минимальные затраты на хранение готовой продукции и минимальные объемы используемых ресурсов оперативных производственных систем (ОПС). Использование свободного технологического оборудования РПС, ориентированных на выполнение своих плановых технологических процессов, обеспечивает существенное снижение времени и трудоемкости технологической подготовки производства.

Данные о предметной области, к которой относится объект, о существующих и разрабатываемых его структурах, известные или прогнозируемые отношения и связи между элементами и свойствами объекта и внешней среды представляют собой порождающую среду. Совокупность информационных потоков, образованных информацией о ПЗ и ОПС, образует порождающую среду, необходимую для генерации вариантов конфигураций ВПС.

При совместном использовании баз знаний и данных особое значение имеют операции выбора и проекции. По значениям атрибутов, которые рассчитаны на основе информации, полученной из баз знаний, с помощью этих операций проводится отбор необходимой информации из базы данных.

На этапе принятия решения, в соответствии с требованиями и ограничениями более высокого уровня, принимается решение о выполнении некоторого объема ПЗ.

На этапе проектирования производится анализ выбранного ПЗ, разработка технологического процесса в виде набора маршрутов, описаний, выбор оборудования, оснастки и т. д.

На этапе планирования составляется план изготовления изделий по соответствующей технологии на технологическом оборудовании, составляющем ВПС.

Thus, the conceptual idea of ​​building a virtual production system is the mobile company is temporarily operating object oriented substation to meet current technological processes on the basis of the CPF. In other words, if a PP strategy is needed in the performance of their RPS, with the fund of free time and oriented in ordered, to produce other, different in their characteristics of products. At the same time implementation of processes designed not to adversely affect the timing and the cost of the primary issue for these RPS products.

The idea of ​​formation is achieved by the UPU rational configuration, allowing to carry out a PP in a period not exceeding specified, but close to them, with a minimum cost. This approach ensures that no material transformations in the formation of the SS for the implementation of the PP, the minimum cost of storing finished products and minimal amounts of resources used operational production systems (OPS). Using Free CPF manufacturing equipment aimed at the implementation of its planned production processes provides a significant reduction in the time and complexity of technological preparation of production.

Data on the subject area to which the object of the existing and developing its structures, known or predicted relationships and connections between the elements and the properties of the object and the external environment are generating medium. The collection of information streams formed by information on the PP and OPS, generates a medium to generate the necessary configuration options UPU.

When sharing data and knowledge bases are particularly important operation selection and projection. In attribute values, which are calculated on the basis of information derived from knowledge bases, with the help of these operations is carried out selection of necessary information from the database.

At the stage of making a decision, in accordance with the requirements and limitations of a higher level, a decision on the implementation of a certain volume of the PP.

During the design phase, an analysis of the selected PP development process as a set of routes, descriptions, selection of equipment, accessories and so on. D.

At the planning stage is made up of manufacturing products of appropriate technology on the process equipment constituting the UPU.

На этапе приобретения осуществляется фактическое приобретение сырья, полуфабрикатов, комплектующих, информации, необходимых для производства продукта по соответствующей технологии.

На этапе производства реализуется план изготовления изделий, в результате которого выполняется ПЗ.

На этапе контроля качества готового продукта осуществляется сравнение продукта с его спецификацией и извещение о несоответствиях, если таковые имеются.

На этапе поставки готовый продукт, прошедший контроль качества, направляется потребителю.

Функции, выполняемые на перечисленных этапах, взаимосвязаны и могут использовать специфичные для той или иной функции данные, разделяемые между несколькими функциями или общие для всех функций.

При решении задачи формирования ВПС необходимо формирование и применение баз данных, которые содержат информацию, полученную на основе основных научных положений технологии проектирования, методов математического моделирования, системно-структурного анализа, теории информации, множеств, математической логики, управления, автоматизированного проектирования и технологии программирования.

Модель системы многообъектного технологического проектирования позволяет не только представить функции и виды деятельности в автоматизированном производстве, но является основой для его системного проектирования. Модель базируется на понятии "управляемое динамическое производство ", на котором выполняются следующие последовательные этапы: принятие решения, оценка конструкции, технологическое проектирование, верификация, контроль прохождения ПЗ через ВПС.

Реализация математических моделей функционирования ВПС учитывает, что современное гибкое автоматизированное производство базируется на массовом применении вычислительной техники - начиная от ПС, имеющих, как правило, встроенные микропроцессоры, и кончая автоматизированными рабочими

 местами конструкторов, технологов, диспетчеров и т. д. В силу физической распределенности этих компонентов объективно возникает задача создания соответствующей распределенной вычислительной системы ЭВМ, охватывающей участки, цеха, заводы, отрасли и т. д.

In the acquisition phase for the actual purchase of raw materials, semi-finished products, components, information necessary for the production of the product on the appropriate technology.

On the stage of the production plan for the manufacture of products sold as a result of which you are the PP.

At the stage of quality control of the finished product is carried out comparing the product to its specifications and notice discrepancies, if any.

At the stage of final product delivery, quality controlled, directed to the consumer.

The functions performed on these stages are interrelated and can use specific to a particular function data is shared between several functions or features common to all.

In solving the problem of formation of the UPU is necessary to create and use databases that contain information derived from basic research positions design technology, mathematical modeling, system-structural analysis, information theory, sets of mathematical logic, control, computer-aided design and programming technologies.

Model of multi-site technological design allows not only to introduce the functions and activities in automated production, but it is the basis for system design. The model is based on the concept of "controlled dynamic production", in which the following successive stages: decision making, evaluation design, process design, verification, monitoring the passage of the PP through the UPU.

Implementation of mathematical models of functioning of the UPU considers that the current flexible automated proizvodstvobaziruetsya the mass use of computer technology - from the SS, which usually, embedded microprocessors, and ending with the automated work

places of designers, engineers, managers, and so on. d. Due to the physical arrangement of these components is an objective problem arises of creating an appropriate computer systems, distributed computing, covering areas, shops, factories, industries, and so on. d.

Эффективность управления реальной ПС зависит от последовательности и значений принимаемых решений, а также от оперативности получаемой информации. Для принятия необходимых решений требуется получение соответствующей информации о ПС в реальном времени, а также о прошлом или возможном будущем. Поскольку время на обработку поступающей информации ограничено, анализ складывающейся производственной ситуации и формирование соответствующей команды управления требуют автоматизации выполнения указанных действий. Это приводит к необходимости использования моделей, имитирующих основные действия оператора при управлении ПС. Такая система должна обладать элементами интеллектуального управления.

На рис. 5.1 представлена структурная модель процесса определения конфигурации ВПС. Генерация вариантов осуществляется на основе эволюционного метода, применяющего генетические алгоритмы.

Для реализации генерации вариантов известен метод комбинирования эвристик. Этот метод позволяет уменьшить требуемую вычислительную мощность всего генетического алгоритма в целом.

По завершении формирования очередных вариантов конфигурации ВПС выполняется процесс их верификации. Целью верификации полученных результатов является оценка вариантов и выбор наилучшего среди них. В случае если на каком-либо этапе генерации сформированный вариант оказывается работоспособным (отвечает условиям целевых функций), такой вариант рассматривается как рабочий, и на его основе формируется команда на практическую реализацию в ПС.

Effective management of real SS depends on the sequence of decisions and values, as well as receives information. To take the necessary decisions required to obtain relevant information about MS in real time, as well as past or possible future. As the time for processing incoming information is limited, analizskladyvayuscheysya production situation and the formation of the corresponding commands require automate these actions. This leads to the need to use models that simulate the main activities of the operator a tControl. Such a system must have the elements of intelligent control.

Fig. 5.1 is a structural model of the process of determining the configuration of the UPU. Generation of options is based on evolutionary method of applying genetic algorithms.

To implement the generation of variants known method of combining heuristics.This method allows reducing the required computing power of the entire genetic algorithm as a whole.

Upon completion of the formation of the next version of the configuration process is performed UPU their verification. The aim is to assess the results verification options and choose the best among them. If, at any stage of the generation shaped version is workable (meets the requirements of the target functions), this option is considered as a worker, and his team formed the basis of the practical implementation of the PS.

Рис. 5.1. Структура процесса формирования конфигурации ВПС

Fig. 5.1. The structure of the process of forming the configuration of the UPU

Верификация является комплексной процедурой, в основе которой лежит имитационное моделирование процессов, протекающих в ВПС. На отдельных этапах имитационного моделирования осуществляется локальная оптимизация с применением таких методов, как линейное программирование, динамическое программирование и т. д. Выбор конкретного метода зависит от типа текущей задачи.

Имитационное моделирование позволяет выделить из общей задачи моделирования отдельные локальные, для решения которых могут быть применены указанные методы. Целью этого этапа является попытка нахождений в рамках сгенерированной текущей конфигурации ВПС наилучшего варианта с точки зрения объемов используемых в ней производственных ресурсов при обеспечении заданных условий.

Если наилучший полученный вариант конфигурации не соответствует заданным условиям, происходит ранжирование сгенерированной популяции. На основе ранжированной популяции осуществляется формирование новой популяции, и далее процесс повторяется до получения рабочего варианта.

После получения массивов данных о технологических операциях, выполнение которых в том или ином составе и последовательности обеспечивает выполнение ПЗ, необходимо формирование окончательных маршрутов их выполнения и последовательности запуска в ВПС.

Эта задача является сложной ввиду высокой вычислительной мощности вследствие высокой размерности. Как показывают исследования, при решении подобных задач следует применять методы эволюционного поиска рационального решения.

Одним из таких методов является метод на основе использования генетических алгоритмов. Согласно методу генетических алгоритмов, возможные решения представляются в виде набора хромосом (популяций). Процесс формирования хромосом может осуществляться двумя способами. При первом способе в качестве генов используются непосредственно проектируемые параметры. Тогда каждому локусу соответствует одна технологическая операция, а генами являются операции из маршрута выполнения ПЗ. Значением i-го гена будет технологическая операция, выполняемая i-й в маршруте обработки.

Verification is a complex procedure, which is based on simulation of processes occurring in the UPU. At certain stages of the simulation is performed using local optimization techniques such as lineynoeprogrammirovanie, dynamic programming, and so on. D. Selection of a particular method depends on the type of the current task.

Simulation allows you to select from the general problem of modeling separate local for solutions that can be applied these methods. The purpose of this stage is to try to stay in the framework of the current generated konfiguratsiiVPS the best option in terms of volumes used in its manufacturing resources while maintaining the set conditions.

If the best the variant configuration does not meet these criteria, there is a ranking generated population. On the basis of the population ranked carried out the formation of a new population, and then the process is repeated until a working draft.

After receiving the data sets of technological operations that are in a particular composition and sequence ensures that the PP is necessary to form the final destinations of their performance, and the startup sequence in the UPU.

This task is difficult because of the high computational power due to the high dimensionality. Research has shown that when solving such problems should apply the methods of evolutionary search of rational solutions.

One of these methods is based on the use of genetic algorithms. According to the method of genetic algorithms, the possible solutions are presented as a set of chromosomes (populations). The process of formation of chromosomes can be carried out in two ways. In the first method as genes used directly projected parameters. Then, every locus corresponds to one process step, and the genes are the operation of the route, the PP performance. The value of i-gene technological operation is performed in the i-th machining route.

При втором способе генами являются не параметры технологического процесса (проектируемые параметры), а номера эвристик, используемых для определения последовательности технологического маршрута.

Такой подход получил название метода комбинирования эвристик. Этот метод предполагает поиск последовательности эвристик, обеспечивающий оптимальный вариант технологических маршрутов и их состав. При использовании указанного метода число требующихся генов в хромосоме в два раза меньше, чем при использовании первого способа. Если число применяемых эвристик равно К, то мощность W множества возможных хромосом составляет

In the second method, genes are not the parameters of the process (projected parameters), and the number of heuristics used to determine the sequence of the process flow.

This approach is called the method of combining heuristics.This method involves finding a sequence of heuristics, providing the optimal variant of technological routes and their composition. When using this method the required number of genes in the chromosome is twice less than in the first method. If the number of heuristics used is equal to K, the power W of the set of chromosomes is possible

(5.1)

где - число наименований элементов, составляющих ПЗ.

where - the number of elements that make up the PP.

Для организации алгоритма поиска рабочего варианта распределения ТП в ВПС вводят ограничения целевой функции:

· задействование минимального числа слоев ОПС, т. к. в этом случае сокращается объем транспортных расходов, уменьшается количество договоров и производственных связей;

· выполнение заданных сроков, т. к. срыв сроков недопустим;

· обеспечение минимальной себестоимости.

• For the organization of the working version of the search algorithm distribution TA YOU impose restrictions target function:
• • involvement of the minimum number of layers ops, t. To. In this case, reducing the amount of transport costs, reduces the number of contracts and industrial relations;
• • implementation of defined terms, ie. A. Disruption of the schedule is not valid;
• • ensuring minimum cost.

Для решения поставленной задачи используются следующие эвристики.

Эвристики для выбора очередной технологической операции:

1. выбирается ПЗ с наиболее "коротким" сроком;

2. выбирается ПЗ с наименьшим временем окончания обслуживания на предыдущей стадии;

3. выбирается ПЗ с наименьшей длительностью выполнения очередной операции;

4. выбирается ПЗ с наибольшей длительностью выполнения очередной операции;

5. выбирается ПЗ с аналогичной выполняемой операцией на данном виде технологического оборудования.

To solve this problem, the following heuristics.

Heuristics to select the next process step:

1. PP is chosen with the most "short" period;

2. select the PP with the lowest time of termination of service in the previous stage;

3. PP chosen the least the length of a regular operation;

4. PP selected with the greatest long-running regular operation;

5. select the PP with a similar operation performed on this type of process equipment.

Эвристики для выбора ПС

1. выбирается ПС, в которой есть возможность выполнения необходимых специфических технологических операций;

2. выбирается ПС, в которой есть возможность осуществления всего необходимого набора технологических операций;

3. выбирается ПС, в которой выполнение ПЗ будет иметь минимальную себестоимость;

4. выбирается ПС, в которой выполнение очередной операции ПЗ закончится раньше, чем в других;

5. выбирается ПС, в которой время выполнения очередной операции минимально.

 

Heuristics to select the substation

1. selected PS, which has the ability to perform the necessary specific technological operations;

2. The selected substation, where it is possible to implement all the necessary set of technological operations;

3. The selected substation in which the implementation of the PP will have a minimum cost;

4. The selected substation, which perform the next operation, the PP will end earlier than others;

5. PS selected in which the execution of the next operation is minimal.

Полученные две группы эвристик обозначим, соответственно, символами и . Тогда каждую эвристику первой группы обозначим как , а каждую эвристику второй группы обозначим как . Используя разработанные эвристики в их обозначениях, формируют комбинации из 30 возможных вариантов.

Two groups received heuristics denote, respectively, and symbols and .. Then every heuristics denoted as  the first group and second group each heuristics denoted as . Using heuristics developed in their notation, form a combination of 30 possible options.

Применение метода комбинирования эвристик предусматривает формирование популяции хромосом, состоящей из генов - аналогов каждой из перечисленных в табл. 5.1 комбинаций эвристик. Размер каждой хромосомы определяется числом задействованных единиц технологического оборудования в ВПС. Размер популяции определяется количеством ПЗ. Структура популяции на некотором промежуточном этапе имеет следующий вид (табл. 5.2):

Application of the method involves forming a combination of heuristics population of chromosomes, genes consisting of - each of the analogs listed in Table. 5.1 The combination of heuristics. The size of each chromosome is determined by the number of units involved in the process equipment of the UPU. The population size is determined by the amount of the PP. The structure of the population at some intermediate stage is as follows (Table 5.2.):

 

Таблица 5.1. Table 5.1.
Таблица 5.2. Table 5.2.

На основании анализа эволюции хромосом от популяции к популяции производится модификация конфигурации ВПС. Если в результате эволюции формируется рабочий вариант, удовлетворяющий целевой функции, производится попытка исключения из состава ВПС технологического оборудования или даже целой РПС, использованию которой соответствуют эвристики, минимально повторяющиеся в последовательности генов хромосомы.

В случае если в результате эволюционных преобразований не удается получить работоспособный вариант, в состав формируемой ВПС вводят дополнительные единицы технологического оборудования используемых РПС, или элементы других, не используемых до этого частей РПС, которые отвечают эвристикам, максимально часто встречающимся в последовательности генов хромосомы.

Based on the analysis of the evolution of chromosomes from the population to the population modifies the configuration of the UPU. If as a result of evolution formed a working version that meets the objective function tries to exclude from the VPS technological equipment or even entire RPM, which correspond to the use of heuristics in minimally repetitive sequences of the genes of the chromosome.

If as a result of evolutionary transformations cannot get a workable option in the formed VPS additional piece of equipment used by the RPM, or other elements which are not used before the RPS parts that meet the heuristics, the most frequent in the gene sequence of the chromosome.