Використання генетичних алгоритмів в САПР ТП

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Курсова робота

На тему:

Використання генетичних алгоритмів в САПР ТП

факультет: Приладобудівний

кафедра: Виробництва приладів

Київ - 2009

План

Вступ

1. Класифікація інформаційних технологічних систем

2. Задачі технологічної підготовки виробництва, що розв'язуються за допомогою математичного моделювання

3. Аналіз інформаційних зв'язків в технологічних системах виготовлення деталей та складання приладів

4. Моделювання процесів з використанням методів лінійного і нелінійного програмування

5. Перспективи використання генетичних алгоритмів в САПР ТП

5.1 Теоретична частина

5.2 Застосування генетичних алгоритмів

5.3 Проблеми при використанні генетичних алгоритмів

Висновки

Summary

Список використаних джерел

Вступ

Інформаційні системи на базі сучасних комп'ютерів, оснащених відповідним програмним забезпеченням, відіграють важливу роль в організації, керуванні та плануванні виробництва, і технологічних процесів в ньому.

Застосування комп'ютерів при рішенні задач технологічного проектування дозволяє оперувати досить складними схемами і формулами, проте інколи, із-за недостатньої формалізації завдань, ці залежності неадекватні реальним виробничим процесам. В зв'язку з цим, одним з методів оцінки рішень і вибору оптимального рішення є моделювання. При моделюванні рішень широко використовують методи математичного та імітаційного моделювання. Для цього створюються спеціальні засоби. Методи математичного та імітаційного моделювання зазвичай реалізуються на комп'ютерах.

Виробнича система, як і більшість систем, являє собою сукупність підсистеми, що керується (об'єкт управління), та керованої підсистеми (суб'єкта управління, який має у своєму розпорядженні відповідні механізми управління). В системі управління формування управляючої дії здійснюється на базі прийняття управлінського рішення. Тому управління можна представити як процес підготовки, прийняття та реалізації рішень, що спрямовані на досягнення цілей, які були поставлені. Технологічний процес повинен здійснюватися на базі принципів системного підходу, тому що він являє собою сукупність багатьох взаємопов'язаних процесів.

Таким чином ефективне розв'язання задач технологічного проектування виробництва можливе при наявності адекватних математичних та імітаційних моделей параметрів і показників технологічних процесів виготовлення виробів приладобудування.

Коли управляюча підсистема належить виробничій системі, управління її діяльністю та розвитком здійснюється у замкненому контурі за допомогою зворотного зв'язку виходу системи (результатів діяльності) із входом до неї (факторами діяльності, у тому числі, факторами виробництва). Наявність зворотного зв'язку забезпечує вплив на виробничі фактори за рахунок власних ресурсів, завдяки чому й досягається самоорганізація виробничої системи.

1. Класифікація інформаційних технологічних систем

На основі опублікованих джерел [3], можна сказати, що ефективність для виробництва своєчасно отриманої інформації у 3 рази вища від ефективності освіти для цієї ж сфери діяльності, у 6 разів - від темпів розвитку науково-технічного прогресу, у 12 разів - від вкладеного капіталу, та у 18-25 разів - від нерухомості.

Для розв'язку проблем, які пов'язані з інформаційним забезпеченням технологічних процесів, сьогодні використовуються автоматичні системи управління технологічними процесами (АСУТП) типу SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) або DCS (Distributed Control Systems). Обидва вказаних типи систем належать класу MMI (Man-Machine Interface), що означає „людино-машинний інтерфейс” у контексті забезпечення двобічного зв'язку „оператор - технологічне обладнання”.

Проте головну увагу слід звернути на САПР (системи автоматизованого проектування), без яких не може обійтися жодне промислове підприємство, чия продукція потребує конструкторської та технологічної документації. Сучасні технології САПР для підприємств представлені системами CAD/CAM/CAE/PDM (Сomputer Aided Design, Manufacturing, Engineering, Product Data Management). Ці системи дозволяють обійтися без „паперової” документації, здійснюючи прямий зв'язок між процесами розробки виробу та його виробництвом, що дозволяє підвищити якість продукції та скоротити час розробки.

Поволі між ММІ та ERP утворилася проміжна група систем, що зветься MES (Manufacturing Execution Systems). Вона виникла внаслідок відокремлення задач, що не відносяться до жодної з раніше визначених груп. До системи MES прийнято відносити додатки, що відповідають:

· за управління виробничими та людськими резервами у межах технологічного процесу;

· планування та контроль послідовності операцій технологічного процесу;

· керування якістю продукції;

· зберігання вихідних матеріалів та виробничої продукції по технологічних підрозділах;

· технічне обслуговування виробничого обладнання;

· зв'язок систем ERP та SCADA/DCS.

Одна з причин виникнення таких систем - спроба виділити задачі управління виробництвом на рівні технологічного підрозділу. Але дуже швидко були виявлені недоліки розділення задач планування та управління виробництвом на два рівня. Досвід показав, що інформаційна база цих задач повинна бути єдиною.

Інший шлях виникнення систем MES - знизу, від АСУТП. Так здійснилося відділення тактичних задач оперативного управління технологічними процесами від стратегічних задач ведення процесу у цілому. Так, зокрема, у хімічній, металургійній, харчовій та деяких інших галузях промисловості можна виділити задачі управління технологічними послідовностями (batch control). Їх суть - забезпечення випуску продукції у потрібному об'ємі із заданими технологічними характеристиками за наявністю можливого переходу на новий вид продукції. Були відокремлені також й задачі ведення архіву значень технологічних змінних з можливістю відновлення виробничих ситуацій попередніх періодів та аналізу нештатних ситуацій. З'явилися програми навчання технологічного персоналу та оптимізація ведення технологічних процесів.

Аналіз існуючих в даний час на підприємствах України автоматизованих інформаційних систем свідчить про їх незначну кількість та велику застарілість. Вони, з різних причин, обмежують розвиток технології виробництв, особливо якщо це стосується таких виробництв, які характеризуються високими технологіями, а саме підприємств приладобудівного профілю. Тому нагальною потребою є створення автоматизованих систем збирання, обробки технологічної інформації та проектування технології виробництва, особливо для приладобудівної галузі.

Широкий спектр задач, що вирішується технологами, пред'являє високі вимоги до таких систем. Відомі складності останніх років призвели до того, що на підприємствах приладобудівного профілю залишилися фахівці з великим досвідом та знаннями виробництва, але без достатніх навичок роботи на персональних комп'ютерах, а поповнення технологічних кадрів випускниками вузів виявилося явно недостатнім. Тому вимоги, що ставляться до розроблюваних систем такого роду, повинні бути такими, щоб системі були притаманні:

· простота освоєння;

· розвинені функціональні можливості;

· зручність у роботі;

· гнучкість у надбудові.

Все це дозволить розробленій автоматизованій системі зайняти достойне місце в приладобудівному виробництві, а також дасть можливість не тільки забезпечити технологічний цикл всім необхідним для його нормального функціонування, але й надасть змогу виробництву до саморозвитку, удосконалення та опанування нових технологічних розробок.

2. Задачі технологічної підготовки виробництва, що розв'язуються за допомогою математичного моделювання

Автоматизація виробництва вимагає інтеграції і автоматизації всіх робіт з технологічної підготовки виробництва (ТПВ). Інтеграція конструкторської, технологічної, організаційної і економічної підготовки виробництва полягає в забезпеченні достовірних своєчасних прямих і зворотних зв'язків між завданнями в цілях вибору оптимальних рішень на всіх етапах підготовки виробництва. Забезпечити безперервний ефективний зв'язок між завданнями зазвичай можливо лише в умовах автоматизації підготовки виробництва на основі єдиної інформаційної бази, яка включає постійну (нормативно-довідкову) і змінну інформацію, що формується в процесі рішення задачі.

Але, не дивлячись на інтеграцію робіт, в підготовці виробництва можна виділити два самостійні види робіт, що відрізняються за складом і метою:

1. проектування або реорганізація виробництва (пряме завдання) (рис. 1);

2. експлуатація організованого виробництва (обернена задача проектування) (рис. 2).

Рис. 1. Прямі завдання проектування

Рис. 2. Обернені завдання проектування

Метою проектування виробництва є побудова виробничої системи і створення таких умов, які забезпечували б протягом тривалого часу виготовлення запланованих і прогнозованих виробів в заданий термін, і з мінімальними затратами. При проектуванні багатономенклатурної виробничої системи формується одна з найважливіших їх властивостей виробництва - його перенастроюваність (гнучкість). Метою сучасного виробництва є максимальне використання технічного рівня виробничої системи при виготовленні запланованих виробів. Це припускає максимізацію термінів проектування і виготовлення виробів при мінімальних витратах на ТПВ.

Інтеграція двох видів робіт при сумісному їх розгляді полягає в створенні, при проектуванні виробництва, технічної, організаційної і інформаційної баз, на основі яких приймаються рішення при експлуатації виробництва і досягається необхідна гнучкість виробничої системи.

В наведених схемах (рис. 1, 2) передбачені оцінки рішень і вибір ефективних рішень, для чого організовуються складні образні зв'язки (на схемах вказані не всі). У схемі проектування виробничої системи оптимізація проводиться при уніфікації, а також при проектуванні технологічного оснащення і виробничих підрозділів. При рішенні задач уніфікації визначається оптимальний склад уніфікованих виробів. При проектуванні групових операційних технологічних процесів (ТП) оптимізуються план обробки, склад інструментальних переходів, поєднання в обробці, при проектуванні технологічного оснащення - склад комплектів базових поверхонь і маршрутних ТП, при проектуванні виробничих підрозділів - маршрутний ТП, склад допоміжного, транспортно-накопичувального і складського устаткування, розміщення устаткування. У схемі (рис. 2) оптимізація виконується в процесі проектування ТП і формування плану-графіка при оперативному управлінні виробничими підрозділами. Очевидно, для розробки оптимальних варіантів робочих ТП необхідно допустити, щоб деяка сукупність деталей могла бути віднесена не до однієї, а до декількох груп. За рахунок такого „перетину” груп спрощується вибір оптимального варіанту ТП і плану-графіка виконання робіт.

Оцінка і порівняння варіантів рішення в обох схемах може проводитися по логічних і аналітичних залежностях. Застосування ЕОМ при рішенні задач ТПВ дозволяє оперувати при оцінці досить складними схемами і формулами, але часто із-за недостатньої формалізації завдань ці залежності неадекватні реальним виробничим процесам. У зв'язку з цим основним методом оцінки рішень і вибору оптимального рішення є моделювання. При моделюванні рішень в даний час широко застосовують методи математичного та імітаційного моделювання. Для цього створюються спеціальні засоби. Методи математичного та імітаційного моделювання реалізуються на ЕОМ.

До моделювання рішень вдаються в обох схемах (рис. 1, 2). Але в схемі проектування виробництва моделювання і вибір оптимального рішення проводять на основі довгострокового прогнозу розвитку виробів і технології, а в схемі експлуатації виробництва використовують реальні схеми організації технологічних процесів, устаткування, інструменти, пристосування і т.д. У зв'язку з цим в схемі проектування особливу увагу слід приділяти роботам по коротко- і довгостроковому прогнозуванню розвитку технології, виробів, устаткування.

Таким чином ефективне розв'язання задач ТПВ можливе при наявності адекватних математичних та імітаційних моделей параметрів і показників технологічних процесів виготовлення виробів приладобудування.

3. Аналіз інформаційних зв'язків в технологічних системах виготовлення деталей та складання приладів

Основна задача системи інформації підприємства полягає у максимальному задоволенні потреб підприємства в інформації, що необхідна для його безвідмовного функціонування. Це відноситься до всіх господарчих одиниць підприємства і відповідних підсистем їх інформації. Таким чином, про задовільну систему інформації підприємства можна казати лише у тому випадку, якщо ця система є комплексною, приймаючи до уваги як структуру організації, так і характер та зміст самої інформації.

При розробці загальної системи інформації підприємства необхідно враховувати два фактори [4]: по-перше, у відповідності з двома основними видами інформації - економічною та технічною - на підприємстві повинні бути створені дві специфічні підсистеми інформації - економічна і технічна; по-друге, кожна окрема господарська одиниця підприємства у процесі своєї діяльності повинна користуватися як економічною, так і технічною інформацією.

Таким чином, структура систем інформації підприємства відповідає його організаційній структурі, а інформаційна діяльність підприємства нерозривно пов'язана з його господарчою діяльністю. З усього сказаного випливає, що розробка та удосконалення системи інформації не можуть виконуватися тільки шляхом простих організаційних змін, а лише завдяки забезпеченню комплексних зв'язків між системою інформації та управлінським, оперативним і контролюючим відділами підприємства, а також його виробничим сектором.

Управління виробничим процесом займає центральне місце в системі керування підприємством та в системі його інформації. У той же час при плануванні процесу управління виробництвом і в ході його здійснення виникає ряд спірних питань, пов'язаних з тим, що вимоги, які пред'являються до виробничого процесу, є надзвичайно широкими.

Система інформаційних зв'язків в технологічних процесах відіграє одну з найважливіших ролей у виробництві. Це стосується як конвеєрного засобу виробництва, так і інших форм виробничого процесу.

Зупинимося детально на аналізі деяких видів технологічних процесів та необхідності їх інформаційного забезпечення, яке може бути побудованим як на традиційній системі обліку руху матеріальних потоків та супроводжувальної технологічної документації, так і з застосуванням сучасних методів інформаційного забезпечення на базі обчислювальної техніки.

Майже усі виробництва, у тому числі й приладобудівне, мають справу з власним виготовленням деяких деталей та вузлів з матеріалів та сировини, а також з напівфабрикатів або комплектуючих. В цьому виробництві використовуються потужності механічних цехів. Механічні цехи різних виробництв мають як традиційне обладнання, так і станки та установки з числовим програмним керуванням (ЧПК), які входять до складу обладнання цеху як окремі одиниці, так і у складі технологічних ліній. В обох цих випадках комплектації обладнання цеху установками або станками виникає потреба в інформаційному забезпеченні їх роботи відповідними програмами, за якими здійснюється технологічний процес з виготовлення деталей.

При цьому послідовність операцій технологічного процесу в такому підрозділі загального виробництва виглядає таким чином:

- надходження програмного забезпечення для виготовлення деталей певного виду;

- надходження сировини, матеріалів або напівфабрикатів для виготовлення цих деталей, його облік в автоматизованій інформаційній системі поетапного супроводження всього заводського виробничого циклу;

- встановлення (інсталяція) цього програмного забезпечення в обладнання та тестові виготовлення виробів за допомогою цих програмних пакетів;

- серійне (потокове) виготовлення деталей на обладнанні з ЧПК та проведення контролю параметрів технологічного процесу;

- вибірковий контроль якості виготовлених деталей із застосуванням автоматизованих методів технічного тестування;

- облік результатів виготовлення продукції на цьому етапі технологічного процесу та передача відповідних даних про проходження продукції на наступний етап виробничого процесу.

Процес виготовлення або деяких вузлів чи агрегатів продукції, або загальної збірки готового виробу може здійснюватися конвеєрним або звичайним засобами. При цьому послідовність операцій технологічного процесу в такому підрозділі загального виробництва виглядає таким чином:

- надходження програмного забезпечення для виконання технологічних операцій в умовах автоматизованого обладнання складального виробництва (наприклад, автоматизована система компанії Philips для збирання друкованих плат на базі товстошарової клеєної технології; автомати чи напівавтомати технології мікрозварки тощо);

- надходження комплектуючих, напівфабрикатів або вузлів для виготовлення цих агрегатів, блоків чи готових виробів; облік продукції, що надходить, в автоматизованій інформаційній системі по-етапного супроводження всього заводського виробничого циклу;

- серійне (потокове) виготовлення деталей на автоматизованому чи працюючому в ручному режимі керування обладнанні та проведення контролю параметрів технологічного процесу;

- вибірковий, на базі методів статистичного аналізу, контроль якості виготовлених вузлів, агрегатів або готових виробів із застосуванням автоматизованих методів технічного тестування;

Управління виробничим процесом будується у відповідності з річним планом підприємства, якій ділиться на місячні завдання. Місячний

план-завдання (програма) містить інформацію про об'єм та асортимент накресленого випуску окремих видів продукції, про терміни і виробничі витрати.

Для визначення термінів випуску продукції необхідно мати інформацію про:

- робочий час, необхідний для виробництва продукції на окремих виробничих одиницях та агрегатах і машинах та який розраховується на основі норм витрат часу;

- тривалість і фази повного виробничого циклу;

- виробничі потужності;

- фондомісткість та потреби в інструментах для виконання виробничої програми;

- наявний парк машин і стан машинного обладнання і т.д.

Служба керування виробництвом (диспетчерська служба) повинна мати правильно розроблену та побудовану інформаційну систему, тому що це необхідно для безперебійного здійснення процесу виробництва. Диспетчерська служба повинна бути інформованою про всі суттєві моменти виробничого процесу з тим, щоб вона могла попередити можливі або несподівано виникаючі складності.

В системі управління виробничим процесом диспетчерська служба займає центральне місце і виступає у ролі оперативного інформаційного центру, куди надходить інформація про виробництво і пов'язані з ним проблеми. Диспетчерська служба цю інформацію групує та своєчасно передає органам, що приймають рішення. Управління виробничим процесом на заводах має у своєму розпорядженні у більшості випадків добре розроблену мережу диспетчерської служби. У центральної диспетчерської служби є цехові диспетчерські служби, у функцію яких входить отримання та передача інформації.

Однією з найважливіших умов ефективного керівництва виробничим процесом є обробка даних, що забезпечує отримання інформації у необхідному об'ємі та потрібної якості.

Для того, щоб виробництво могло враховувати всі тонкощі технологічного процесу, необхідно максимально механізувати обробку даних, використовуючи при цьому комп'ютерну техніку.

У процесі керівництва виробничим процесом постійно приходиться вивчати зворотні зв'язки, оскільки вони характеризуються системою взаємопов'язаних та взаємозалежних задач. Тому організацію та управління виробництвом доцільно розглядати як кібернетичну систему, що має свої особливості у приладобудівному виробництві [4].

Страницы: 1, 2

МЕНЮ

Використання генетичних алгоритмів в САПР ТП

Використання генетичних алгоритмів в САПР ТП

ИНТЕРЕСНОЕ