<<
>>

1.3. Анализ схем обслуживания заявок в расписаниях ГПС

В большинстве работ, касающихся формирования расписаний в системах ОКП ГПС, используется традиционный характер обслуживания заявок всеми устройствами - заявка имеет время ее выполнения на устройстве-процессоре и время передачи между устройствами при наличии нескольких стадий (рис.
1.4.а).

NMOT* ¦"

N.

N,

а,

Ъ. I с„ 1

1 I с2

щ

а,

а) б)

Рис. 1.4. Традиционная схема расписания

Начиная с работ Джонсона СМ. [48], а затем и во многих последующих работах других авторов, посвященных вопросам ОКП [242, 181, 258 и др.] в расписаниях работы станочных и автоматизированных систем использовались длительности процессов переналадок технологических объектов (станков, РТК и ПГМ), которые присутствуют в структуре расписаний как отражение реальной структуры технологического процесса (рис. 1.4.6).

В то же время данные расписания строились только с учетом одного класса обслуживающих устройств (ОУ) - технологических систем (станков, РТК и ГПМ). В работах [63-65] в качестве ОУ были учтены транспортные средства (ТС). Анализ расписаний в данных работах показал существенное их

30

отличие от расписаний с одним типом ОУ в плане оптимальности и большей адекватности реальным расписаниям в ОКП ШС.

Чтобы понять влияние всех типов ОУ на оптимальность формируемых расписаний, особенно для автоматизированных производственных систем, и особенность их построения необходимо проанализировать как соответствие существующих подходов при обслуживании заявок в автоматизированном производстве, так и различные схемы обслуживания на основных типах ОУ -ГПМ, ТС и складских системах.

1.3.1. Проблемы управляемости автоматизированных систем при использовании традиционных схем обслуживания заявок в существующих системах ОКП

В автоматизированном производстве каждое обслуживающее устройство - технологическое оборудование, транспортное средство, складская система и другие объекты выполняют свои функции по управляющей программе, в основе которой закладываются требуемые действия (основные и вспомога-тельные операции) и моменты начала выполнения этих действий во времени.

Для любой из существующих систем ОКП мы можем наблюдать картину, аналогичную представленному на рис. 1.5 фрагменту расписания.

Такие расписания, как правило, всегда дают моменты начала обработки гй (не закрашенные прямоугольники на диаграмме), моменты начала операций переналадок rjynp (заштрихованные прямоугольники) и моменты начала транспортных операций djjL (ломаные линии). При этом обычно не задаются

вопросом - как и кем будут выполняться те или иные операции транспортирования и переналадки, поскольку в производственных системах с невысоким уровнем автоматизации общей системы управления указанные операции вы-

31

полняются по принципу самоорганизации, т.е. те или иные затраты времени учитываются в общей сумме затрат времени.

-гН тН Г1*

ГПЕР' ТР ТТР

N<

а,

а,

N„

гН

О 551

1-Ж

п

N..

Рис. 1.5. Фрагмент расписания в системе ОКП

Для автоматизированного производства, гибких производственных систем такой подход к построению расписаний практически невыполним, поскольку транспортные операции не расписаны за конкретными обслуживающими устройствами, а значит, для них невозможно составить управляющие программы. Кроме того, такие расписания не показывают - какое количество транспортных средств (ТС) должно быть использовано. Попытки назначить эти операции за отдельными ТС приводят к неоправданному увеличению их количества (рис. 1.6), которое начинает возрастать в арифметической прогрессии.

Точно такая же картина наблюдается при попытке упорядочить управляющие параметры в виде моментов начала действий для бригад наладчиков (БН), для которых также необходимо четкое расписание во времени для случая автоматизированного производства, когда функции оператора станка и наладчика обычно разграничиваются.

32

Рис.1.6. Неоптимальное сочетание числа ГПМ и ТС

Кроме того, ситуация еще более осложняется тем, что в существующих системах ОКП время переналадки ГПМ, как правило входит в общее цикловое время вьшолнение партии деталей (рис.

1.7). Это обусловлено, обычно, спецификой алгоритмов, построенных, в большинстве случаев, по принципу поиска кратчайшего пути на графе.

ТПЕР тО

N,

^

а

1ОЬ

V

Рис. 1.7. Совмещение времени переналадки и обработки в цикловом времени

33

Данный подход с отсутствием дифференциации таких различных работ, как переналадки и обработка, приводит к тому, что большинство расписаний является невыполнимым для случаев, когда за переналадки оборудования отвечают отдельные БН (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Проблемы выполнения операций переналадок

Перечисленные проблемы возникают вследствие того, что в существующих системах ОКП учитывается только один класс обслуживающих устройств - технологическое оборудование. При этом другие классы - технологическое оборудование, ТС, БН, складские системы не учитываются при построении расписаний, т.е. количество управлений меньше, чем количество управляемых процессов.

Перечисленные факторы не только снижают оптимальность расписаний, но в ряде случаев вносят сложности, которые приводят к тому, что построенные расписания являются изначально невыполнимыми для автомати-зированных производственных систем.

aaan 1.3.2. Особенности обслуживания ГПК складскими системами aaak sssn

Рассмотрим особенности обслуживания заявок складскими системами в ГПК с помощью ТС и влияние структур складских систем на расписания.

Самым простым случаем является операция удаления ресурсов (единиц планирования, инструментов или оснастки) из ГПМ на склад (рис. 1.9.а).

а

1 ^

ПДа

*->

N,

R,

ш

FT!

L

а) б)

Рис. 1.9. Особенности обслуживания заявок СС

После обработки единицы планирования (ЕП) а заявку на обслуживание принимает ТС, которое перемещается из какой-либо произвольной точки «О» к ГПМ за время *Tpft ,, принимает ЕП в пределах ГПМ и перемещает к

позиции загрузки-разгрузки ресурсов (ПЗР) s склада за время ffL, . Индекс

«е» у величины времени указывает, что в данный момент перемещение ТС происходит не порожнее, а вместе с ЕП. Далее происходит установка ЕП на ПЗР склада с помощью складского штабелёра (операция установки) за время

tLy , после чего склад обрабатывает заявку - устанавливает тару с ЕП в не-

35 обходимую ячейку за время ггр . После установки ЕП ТС свободно и перемещается из склада в произвольную позицию «О» за время f-_> ft.

В ряде случаев, при занятости ТС (рис. 1.9.6) в требуемый момент обслуживания возникает время пролеживания деталей *п~ на ТС и время

процесса удаления ЕП на склад увеличивается на эту величину. Если данная ЕП со склада должна транспортироваться в дальнейшем на другую технологическую позицию, то наличие времени пролеживания может сказаться на сроках последующей операции.

Рассмотрим вариант получения ГПМ ресурсов со склада. На рисЛЛО.а представлен наилучший случай обслуживания ГПК, состоящего из двух ГПМ, склада и ТС. В данном случае все заявки, выполняемые на складе, не перекрываются на временной оси, т.е. не совмещены во времени.

а)

Рис. 1.10. Схема обслуживания заявок

36

В данном примере представлены еще один тип затрат времени - затраты времени, приходящиеся на операцию съема ресурсов со склада транспорт-

р

ным средством - tt,c . Данная величина входит как во временную структуру

ТС, так и во временную структуру склада, поскольку в процессе съема ресурса позиция выборки (промежуточная позиция склада) является занятой.

В ряде случаев на временной оси склада с одним обслуживающим устройством возникает совмещение работ по обслуживанию заявок (рис. 1.10.6). Поскольку склад имеет только одно ОУ в виде крана-штабелера S*, то все заявки могут быть выполнены только последовательно, что влечет в некоторых случаях появления запаздывание в выполнении работ на ГПМ. При этом не важен тип задерживаемого ресурса - ЕП, инструмент или оснастка. В любом случае обработка ЕП на ГПМ может начаться только после своевременной поставки всех видов ресурсов. Тогда во временной структуре ГПМ появляется время простоя по причине занятости склада - *ог.г • Кроме того, в ряде

случаев появляется необходимость в увеличении ТС (R- на рис. 1.10.6).

В таких случаях проблема ликвидации простоя какого-либо ГПМ может быть решена за счет структурных изменений склада - путем увеличения складских ОУ (кранов-штабелёров), что представлено на рис. 1.11. В случае нехватки ОУ на складе задержавшуюся заявку должен обслуживать первый же освободившийся штабелер.

Таким образом, временная структура обслуживания как ТС, так ГПМ и склада зависит, что показал данный пример, от структурных особенностей склада и, следовательно, от последующего характера и схем обслуживания заявок структурно изменяемого объекта.

Рассмотрим схему с одновременной приемом и выдачей объектов на складе. На рис. 1.12.а представлена схема с доставкой объекта на склад,

37

имеющий одно ОУ и ПЗР для выборки объектов на складе с одним местом, т.е. рассчитанный на одну ЕП.

Рис. 1.11. Увеличение количества складских устройств

ЛЛ

2^

*-,Ш

R

Ел

EZ

г+

' *ОТСс {YlJ\c

4->

а) б)

Рис.1.12. Схема обслуживания заявок на складе

В данном примере ТС вынуждено дожидаться осуществляемый на требуемый момент времени операции выдачи объекта со склада на другой ГПМ

38

и в структуре ТС появляется время простоя по причине занятости склада в процессе транспортирования ЕП с - ^™ • Данная величина простоя ТС

входит также в структуру самой ЕП как время пролеживания детали t^-.* . В

ряде случаев может возникать очередь из ТС, дожидающихся обслуживания складом.

В этом случае, несмотря на возможную комбинаторику в порядке обслуживания считаем, что обслуживание ТС складом осуществляется по принципу FIFO, поскольку на каждом шаге алгоритма формирования расписания возможно оформление транспортной операции только от одной ЕП. Возможная комбинаторика вариантов обслуживания в этом случае будет присутствовать по всем вариантам поиска на общем графе поиска.

В случае использования многоместной ПЗР склада с одним ОУ на складе возможен вариант с отложенным обслуживанием складским ОУ заявки (рис.1.12.б). При этом проверяется наличие свободного места в ПЗР склада. Если имеется свободное место, то ТС разгружается и остается свободным.

После освобождения ОУ склада отложенная заявка может быть обработана (складирована в ячейку склада). В то же в ряде случаев время возникают варианты - либо обрабатывать отложенную заявку, либо приступить к выдаче очередного объекта по запросу ГПМ (см. рис.1.12.6). В этом случае необходимо установить порядок обслуживания заявок. Возможны варианты:

а) Первой всегда обслуживается заявка, которая первой поступила на

обслуживание, независимо от того - работает склад на выдачу или прием

объектов хранения.

б) В первую очередь обслуживаются заявки на выдачу объектов, по

скольку откладывание процесса выдачи может задерживать работу отдельных

39

ГПМ. Данный вариант является обоснованным с точки зрения построения «жадных алгоритмов» с локальным значением оптимума.

в) Комбинаторный вариант. В этом случае рассматриваются оба предыдущих случая («а» и «б») на различных ветвях решения. В итоге остается тот вариант обслуживания для каждого конкретного случая, который является оптимальным.

В случае нескольких ОУ на складе и многоместной ПЗР картина обслуживания практически не отличается от случая использования склада с одним ОУ и многоместной ПЗР (рис. 1.13).

Рис. 1.13. Схема обслуживания заявок при нескольких ОУ на складе

В данном случае заявка, поступившая на склад на момент занятости всех ОУ, обслуживается тем ОУ, которое освобождается первым (устройством & в данном случае).

40

В общем случае при учете склада как множества его ОУ в общую модель формирования расписания вносятся:

количество ОУ на каждом складе;

ограничение по фонду времени работы каждого всего склада и каждого ОУ;

количество ГОР на складе и количество мест в ПЗР;

порядок обслуживания заявок в случае их поступления в очередь;

условие непересечения во времени выполнения заявок для каждого ОУ;

схемы обслуживания склада при выдаче и поступлении ресурсов, зависящие от структуры склада.

Исходя из анализа вышерассмотренных частных примеров расписаний видно, что каждый объект в ШС порождает в процессе функционирования заявки на обслуживание [75]. Источником порождения заявок служит ГПМ, выступающий в роли технологического процессора. ГПМ потребляет ресурсы в виде заготовок, инструментов и оснастки и выделяет их из своего состава, переадресовывая на другие ГПМ и склады. Заявки можно классифицировать на два типа:

заявки на получение ресурсов;

заявки на удаление ресурсов.

Кроме того, на получение и удаление ресурсов существуют схемы:

из ГПМ на склад;

из одного ГПМ на другой;

из склада на ГПМ.

Рассмотрим различные схемы формирования заявок (см.рис.1.14). На рис.1.14.а представлена схема формирования заявки на получение ресурсов со склада.

41

РОССИЙСКАЯ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ

БИБЛИОТЕКА

а)

-Заявка—W ТС )

'ОСТ

'ТР

б)

А:, 5

ос.--'''

в)

Рис. 1.14. Схемы формирования заявок

42

Общее время обслуживания ТС складывается из времени перемещения ТС из какой-либо произвольной точки «О» к позиции s склада - /^р , вре-

мени обслуживания на складе t~, которое зависит от структурной схемы

склада и характера его обслуживания, времени перемещения ТС от позиции

склада s к к-му ГПМ - t^n > которое зависит от топологии путевода и заняли

тости отдельных его участков и времени обслуживания ТС в процессе установки ресурсов на ГПМ - t^, величина которого зависит от структурных

особенностей ГПМ и соответствующих им схем обслуживания. Кроме того, возможно появление потерь времени во временной структуре ГПМ, связанных с занятостью ТС - t и занятостью склада - t .

Таким образом, для процесса получения ресурсов из склада общее время обслуживания ТС имеет следующий вид.

ТР •*

(

'ТРЛ ''С'ТР , ''ТУ'ОСС

0,s s,k

(1.1)

Общее время занятости ГПМ при обработке какой-либо ЕП е на данной схеме загрузки ресурса будет иметь зависимость

t1 =f Ое J

( \

WnEPe''TPrt ''С'ТР , ''ТУ'ОСГ'ОСС

0,s s,k

(1.2)

Все составляющие в (1.1) и (1.2) могут иметь как последовательный ха-рактер, так и совмещаться во времени в зависимости от характера обслужи-вания того или иного ОУ.

43

На рис. 1.14.6 представлена схема доставки ресурсов из ШМ на склад. Время занятости ТС при этом

t1 =f ТР

'ТР ''TC'TP, ''C'OCC'OTO

(1.3)

где tnrn- время простоя ТС по причине занятости ГПМ, tZr - время, отво

ТС

'ОТО

димое ТС на съем ресурсов с ГПМ.

Время занятости ГПМ при этом имеет зависимость вида

t г t

ТРЛ . 'ГТС ОСТ

л

(1.4)

На рис. 1.14.в представлена схема доставки ЕП с одного ГПМ на другой. Время занятости ТС при этом

ТР /

(

Р Р

'ТРП ''ТС'ТР. - ''ТУ''OTOI''OTO2

\

(1.5)

Время занятости ГПМ, на который передаются ЕП имеет вид

t1 =f lOe J

/

t fit fi t t

ТРЛ1' ТС ТР, „ 'ТУ' ОС* ОСТ

v 0,1 1,2

\

(1.6)

где tnr - время простоя ПГМ2 по причине занятости ГПМ1.

44

Из рассмотренных схем видно, что временная цепь представляющая в ГПС процесс обслуживания любой заявки является многоступенчатой и носит сложный характер.

Таким образом, можно сказать, что расписания для реальных производственных систем невозможно строить без анализа структуры отдельных подсистем, выступающих в качестве обслуживающих устройств, и анализа схем их обслуживания. Поэтому для реальных технологических систем - ГПК и ГПМ необходимо проанализировать все их элементы с точки зрения теории расписаний на основе системного подхода - учесть особенности временных структур всех элементов ГПС и их влияние на общее расписание. Без учета структурных особенностей системы и основного состава ОУ с их схемами обслуживания параметры расписания являются усредненными, что снижает точность расписания и не позволяет составить управляющие программы для транспортных и складских систем. Для того чтобы определить для любой из заявок время занятости того или иного ОУ и сформировать расписание, необ-ходимо детально проанализировать отдельные операции обслуживания каж-дого из ОУ с учетом его структурных вариантов, рассмотренных в данной главе, и соответствующих схем обслуживания.

Необходимо отметить, что в работе не рассматриваются вопросы баланса складских мощностей, т.к. по анализу материальных потоков было выявлено [85], что емкость склада по отношению к расписаниям работы оборудования, и, следовательно, - к моделям ОКП, является выходной характеристикой и зависит от производительности системы при условии оптимально составленного расписания работы, минимизирующего общее время операций транспортирования и переналадок оборудования. Поэтому актуальность задачи минимизации емкости цеховых СС ввиду непостоянства назначений номенклатуры запуска М{т) в рамках моделей ОКП представляется спорной. Вопрос оптимизации емкостей складских систем имеет смысл в случае постановки задачи их минимизации в рамках

45

становки задачи их минимизации в рамках предприятия. Результаты имитационного моделирования [86] показали, что для разгрузки транспортной системы, упорядочения грузопотоков и увеличения показателя интенсивности обслуживания ТС складской системой возможны такие конструктивные меры, как разграничение цеховых складских систем на складские секции (или отдельные склады) для заготовок, готовой продукции и для промежуточного хранения.

<< | >>
Источник: Загидуллин Равиль Рустэм-бекович. Система оперативно-календарного планирования автоматизированного механообрабатывающего мелкосерийного производства на основе комплексных моделей [Электронный ресурс] : диссертация... д-ра техн. наук : 05.13.06. - Москва: РГБ,2007. - (Из фондов Российской Государственной Библиотеки).. 2007

Еще по теме 1.3. Анализ схем обслуживания заявок в расписаниях ГПС:

  1. Структура работы.
  2. 1.2. Влияние структурно-компоновочных особенностейавтоматизированных производственных систем на эффективность загрузки оборудования
  3. 1.3. Анализ схем обслуживания заявок в расписаниях ГПС
  4. 1.5. Задачи, решаемые в системах оперативно-календарного планирования современного производства
  5. 1.7. Обзор существующих моделей и состояния работ в области оперативно-календарного планирования
  6. 1.8. Выводы. Цели и постановка задачи исследования
  7. СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ СИСТЕМ ОПЕРАТИВНО-КАЛЕНДАРНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
  8. 2.7. Имитационная модель формирования расписания в ГПК
  9. 3.1. Задача анализа схем обслуживания заявок в зависимости от структуры элементов ГПС
  10. 3.2. Схемы обслуживания объектов в ГПССхемы обслуживания ГПМ
  11. Схемы обслуживания складских систем