Моделирование в проектировании сложных систем

 

 

Рисунок 7.2

 

 

Промоделируем работу линии в течение смены  при коэффициенте использования  времени 0,9. учтем равномерный закон распределения продолжительности интервалов получения заготовок и размещения деталей на складе, пусть он будет (2 ± 1) мин (на диаграмме указано среднее значение – 2 мин).

Алгоритм  моделирования гибкой линии как  замкнутой СМО приведен на рис. 7.3.  

 

Рисунок 7.3 Алгоритм моделирования гибкой линии как замкнутой СМО

 

При разработке программы используем для моделирования разветвлений оператор SPLIT, а для моделирования блока 11 – оператор ASSEMBLE. При единице модельного времени 1 мин. продолжительность времени моделирования будет 480 × 0,9 = 432 единицы.

Программа модели представлена ниже.

 

GENERATE   , , , 1

MET1 SEIZE    SKL

ADVANCE    2, 1

RELEASE    SKL

SPLIT    1, MET2

SEIZE    TRM

ADVANCE    4

RELEASE    TRM

SEIZE    OMO

ADVANCE    4

RELEASE    OMO

SEIZE    TRM

ADVANCE    4

RELEASE    TRM

SEIZE    SKL

ADVANCE    2, 1

RELEASE    SKL

TRANSFER   , MET3

МЕТ2                  SEIZE    SKL

ADVANCE    2, 1

RELEASE    SKL

SEIZE    TRM

ADVANCE    4

RELEASE    TRM

SEIZE    OMO

ADVANCE    4

RELEASE    OMO

SEIZE    TRM

ADVANCE    4

RELEASE    TRM

SEIZE    SKL

ADVANCE    2, 1

RELEASE    SKL

МЕТ3 ASSEMBLE   2

TEST LE    M1, 432, KONEC

TRANSFER   , MET1

KONEC TERMINATE   1

  START   1

 

Результаты  моделирования: за смену обработано 44 детали двух типов; при этом загрузка обрабатывающего модуля составила 40,1 %; загрузка  
склада – 39,0 %; загрузка транспортного робота – 80,1 %.

Для повышения  производительности ГАЛ можно использовать более быстродействующие либо транспортный робот, либо обрабатывающий модуль.  Как показало моделирование, применение в этой линии транспортного робота со временем перемещения 2 мин. приводит к возрастанию загрузки основного  оборудования и количества обработанных деталей (табл. 7.1).

 

Таблица 7.1

 

Зависимость показателей ГАЛ механообработки  от времени перемещения 
транспортного робота

 

Время перемещения TRM, мин	Коэффициент загрузки, %			Количество обработанных   деталей,   шт.
	OMO	SKL	TRM
4	40,1	39,0	80,1	44
2	50,0	50,3	50,0	54

 

Применение двух транспортных роботов (одного для доставки заготовок к  ОМО, а другого для транспортировки  готовых изделий на склад) не приводит к росту количества выпущенных изделий, а лишь снижает загрузку ТРМ. Аналогичный  эффект обеспечит и применение более  быстродействующего обрабатывающего  модуля. Однако замена оборудования связана  с коренной модернизацией действующего производства. Кроме того, рост производительности линии сдерживается длительностью  цикла изготовления обеих партий деталей, так как только после  завершения их размещения на складе начинается новый цикл поступления заготовок  для этих партий со склада в линию.

Более рациональный путь повышения  эффективности работы линии - организация  разомкнутой СМО.  При этом заготовки  могут поступать в линию с  большей интенсивностью, чем в  случае замкнутой системы. Моделирование  такого варианта работы рассматриваемой  линии показало, что количество выпущенных деталей при использовании того же оборудования может быть значительно  больше (при поступлении заготовок  в линию с интервалом 10±3 мин, количество обработанных деталей достигнет 63 шт. за смену).

Сопоставление рассмотренных способов организации производства показывает, что более эффективным является построение разомкнутой линии механообработки. При этом существенно возрастает производительность, однако присутствует незавершенное производство, которое  можно устранить при дополнительных мерах, связанных с прекращением подачи заготовок в линию перед  окончанием рабочей смены.

7.5 Моделирование гибкого  автоматического участка (ГАУ) 

штамповки

Рассмотрим ГАУ штамповки деталей из штучных заготовок. участок содержит пресс PRESS, четырехпозиционное поворотное загрузочное устройство ZNU, приемное устройство PRU, промежуточный приемный стол PRS (рис. 7.4).

Рисунок 7.4

 

 

Движение заготовок, полуфабрикатов и деталей осуществляется слева  направо. Продолжительность цикла  работы манипулятора (опустить руку, взять  заготовку, поднять руку, повернуться  на 90°, опустить руку, положить заготовку, поднять руку, возвратиться в исходное положение) составляет 3,7 с. Кассета  вмещает 300 заготовок, тара под отштампованные детали – 2100 деталей. Продолжительность  поворота загрузочного устройства на 90° – 10 с, перегрузка приемного устройства после его заполнения – 180 с, рабочего цикла прессования детали – 60/63 с.

Промоделируем работу участка в  течение двух смен при коэффициенте использования рабочего времени  равном 0,8. Оценим производительность участка и загрузку оборудования.

При составлении  алгоритма моделирования введем следующие обозначения: k_<![endif]> – количество деталей, n – счетчик тары под готовые детали (так как емкость тары под детали – 2100, а кассеты – 300 деталей, то n_<![endif]> = 1, 2,..., 7). С учетом коэффициента использования времени и сменности работы участка модельное время будет 0.8*2*28800=46080 _<![endif]>единиц.

Алгоритм моделирования участка  представлен на рис. 7.5.

Принимаем за единицу модельного времени 0,01 с. При разработке программы для  организации цикла используем оператор TRANSFER в режиме безусловной передачи. При моделировании счетчиков используются операторы SAVEVALUE в режимах замещения и приращения, а также оператор TEST.  

 

Рисунок 7.5 

 

 

 

Программа имеет вид:

 

GENERATE   , , , 1

ASSIGN   1, 46080

MET1  SEIZE    РRМ

ADVANCE   3.7

RELEASE   РRМ

МET2  SAVEVALUE  1+, 1

ТEST GE   X1, 300, MET 5

SEIZE    ZNU

ADVANCE   10

RELEASE   ZNU

SAVEVALUE   1, 0

SAVEVALUE   2+, 1

TEST E   X2, 7, МET 1

SEIZE    PRU

ADVANCE   180

RELEASE   РRU

SAVEVALUE   2, 0

TRANSFER   , MET 1

MET5  SEIZE    РRМ

ADVANCE   3.7

RELEASE   РRM

SEIZE    PRESS

ADVANCE   (60/63)

RELEASE   РRESS

TEST LE   M1, P1, KONEC

TRANSFER   , MET 2

KONEC  TERMINATE   1

START   1

 

 

В результате моделирования установлено, что  за время 46080 с  отштамповано 9765 деталей; коэффициенты загрузки оборудования составили: пресса 19 %, манипулятора 78,6 %.

Моделирование ГАУ штамповки выявило следующие  особенности организации такого производства. При штамповке деталей  из штучных заготовок необходима организация циклов и счетчиков. При этом целесообразно обеспечивать кратность емкости тары под детали и кассеты с заготовками.

Кроме того, с целью увеличения коэффициента использования рабочего времени  и обеспечения отсутствия незавершенного производства рекомендуется делать проверки оставшегося времени работы участка перед каждым циклом, а  не только в конце всего технологического маршрута.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

В данном конспекте лекций рассмотрены основы построения языка  имитационного моделирования GPSS, изложены инструментальные средства пакета GPSS World применительно к проектированию сложных дискретных промышленных и других систем.

Поскольку язык GPSS предназначен для моделирования систем массового обслуживания, в первом разделе конспекта приведены краткие сведения о моделях массового обслуживания, необходимые для понимания последующего материала.

Второй раздел посвящен изложению  концептуальной сущности языка GPSS  и представлению на нем моделей.

Наиболее объемным является третий раздел, в котором раскрывается базовая часть языка GPSS, дающая представления о внутренней логике работы пакета, основных операторах языка, приемах разработки программ при создании моделей систем с одноканальными и многоканальными устройствами.

Четвертый раздел посвящен изложению особенностей применения объектов вычислительной категории.

В пятом разделе рассмотрены  наиболее часто встречающиеся средства, применяемые для упрощения моделей  при их большой размерности, сложных  дисциплинах обслуживания, необходимости  рационального представления обширной информации о результатах моделирования.

Последние разделы посвящены  изложению материала, связанного с  возможностями пакета при моделировании  реальных промышленных систем различного назначения, как в обычных режимах, так и в нештатных ситуациях.

Рассмотренные примеры иллюстрируют возможности языка при проектировании сложных систем различного назначения. Особую значимость этот подход приобретает  при различных законах поступления, обработки транзактов и реализации дисциплин обслуживания. В таких случаях имитационное моделирование является наиболее приемлемым методом определения характеристик систем и является незаменимым инструментом проектирования новых и модернизации существующих производственных подразделений уровней участка, линии, цеха и предприятия.

Конспект лекций полезен  студентам, выполняющим дипломные  работы, а также магистрантам, готовящим  магистерские диссертации.

 

Литература

 

1. Боев В. Д. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World: Учеб. пособие. – СПб.:  БХВ–Петербург, 2004. – 368 с.
2. Кудрявцев Е. М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. – М.: ДМК Пресс, 2004. – 320 с.
3. Томашевский В. И., Жданова Е. Г. Имитационное моделирование в среде GPSS. – М.: Бестселлер, 2003. – 416 с.
4. Шрайбер Т. Дж. Моделирование на GPSS.–М., 1980.–592 с.
5. Лукьянец С. В., Пашкевич А. П. Моделирование гибких производственных систем и роботизированных комплексов. – Мн.: БГУИР, 2005. – 232 с.
6. Климчик, А. С. Лабораторный практикум для студентов специальности 1-53 01 07 «Информационные технологии и управление в технических системах» всех форм обучения / А. С. Климчик, П.  А. Орда, С. В. Снисаренко; под общ. ред. С. В. Лукьянца – Минск: БГУИР, 2009.– 30 с.