Дискретный производственный процесс

При моделировании дискретного производственного процесса он расчленяется на отдельные акты – производственные операции.

Большинство дискретных производственных процессов могут быть описаны как системы массового обслуживания и исследованы методами имитационного моделирования по принципу особых состояний («по ∆z»).

Для систем массового обслуживания особые состояния появляются в моменты поступления новых заявок или в моменты окончания обслуживания и освобождения каналов (количество свободных каналов или заявок в очереди меняется скачком).

Свойства таких систем оцениваются по информации об особых состояниях, неособые состояния для оценки свойств систем интереса не представляют.

В соответствии с принципом особых состояний определяется момент Т_i наступления очередного события i-ого процесса, и, если таких событий будет r, то выбирается наиболее ранний момент наступления особого состояния в соответствии с операцией

Т _n = min T_i,

где n – номер процесса, в котором наступило ближайшее событие.

Моменты T_i, в отличие от реального времени, называются моментами системного времени.

Различают две стороны моделирования – процесс производственной операции (обработки, сборки) как процесс переработки информации о полуфабрикатах и процесс функционирования сборочного оборудования (учитывает синхронизацию операций и влияние возмущающих факторов).

В основе моделирования лежит учет различных возмущающих факторов: нарушение режима синхронизации (очереди полуфабрикатов, простои станков и т.д.), выход из строя элементов оборудования и их ремонт, периодическая наладка оборудования.

Моделирование нарушения синхронизации может быть учтено при имитации очереди заявок и порядка выбора свободных каналов для обслуживания пришедшей заявки.

Моделирование выхода из строя оборудования и его ремонта (система массового обслуживания с ненадежными элементами): реализация жребия с вероятностью сбоя оборудования, формирование возможных значений самих моментов сбоя и сравнение их с узловыми моментами производственного процесса (начало процесса, ожидание, конец процесса и др.) - результаты сравнения интерпретируются как всевозможные следствия выхода из строя оборудования.

При моделировании периодической наладки моменты остановки производственного процесса для наладки могут быть заранее известны (постоянство интервала наладки), либо определяться в процессе производства как функции суммарного времени работы оборудования, или в зависимости от поведения характеристик обработанных полуфабрикатов: увеличения процента брака, увеличения разброса параметров изделий или длительности операции τ^оп. Моделирование комплексного процесса обработки, сборки и управления при поточном производстве

Пусть процесс поточного производства штучных изделий складывается из операций обработки, сборки и управления.

Линия сборки (совокупность устройств, обеспечивающих сборку изделия) состоит из l устройств. Каждое устройство выполняет только одну сборочную операцию.

На сборку поступают ведущий полуфабрикат (основа сборного узла) и присоединяемые к узлу ведомые полуфабрикаты (детали) с номерами 1, 2, .... 1.

Будем предполагать, что режим перемещения сборного узла от места выполнения одной операции к месту выполнения последующей операции является жестким (конвейер). Тогда t_ij^н – момент начала i-й сборочной операции над j-м узлом. Очевидно, что момент t_ij доставки j -го узла к месту выполнения i-й сборочной операции удовлетворяет условию t_ij ≤ t_ij^н .

t_1j - момент подачи j-го узла к месту выполнения первой сборочной операции одновременно является моментом подачи (j-1)-го узла к месту выполнения второй операции, а (j - 2)-го узла - к месту выполнения третьей операции и т. д. Поэтому

t_ij = t_{i+1, j-1} = t_{i+2, j-2} = t_{i+к, j-к}, если i < l, j – k > 0.

В момент времени t_ij^н начинается проверка качества очередной детали i-гo типа, которая длится τ_ij^пр. С вероятностью р^бр* деталь может оказаться бракованной. В этом случае она исключается из процесса и выбирается новая деталь. Продолжительность сборки τ_ij^сб. Если к моменту t_ij^* данная сборочная операция не закончена, то происходит срыв операции сборки.

Каждой из l сборочных операций соответствует линия, обеспечивающая обработку деталей (изготовление детали, ее наладку, доставку со склада и т. д.). Для простоты будем считать, что на каждой линии выполняется только одна операция обработки. Формализованная схема операции обработки рассмотрена ранее.

Процесс функционирования соответствующего станка (преобразование параметров полуфабриката) сопровождается основными возмущающими факторами: занятостью станка и возникновением очереди полуфабрикатов, возможными отказами ненадежных элементов оборудования, возможностью появления брака, постепенным износом оборудования и т. д.

Формализованная схема комплексной операции.

Полуфабрикат с номером k (заготовка i-го типа) поступает к линии обработки в момент времени t_iк^п. Если соответствующий станок свободен, то начинается обработка полуфабриката. Если станок занят, то полуфабрикат ждет момента освобождения станка.

Поскольку время ожидания предполагается неограниченным, возникает очередь полуфабрикатов, но не более чем из т = т* штук в очереди, иначе подача полуфабрикатов временно прекращается. Возобновление подачи полуфабрикатов производится по признаку т < т**. Операция обработки длится τ_iк^обр, причем, τ_iк^обр – случайная величина с заданным законом распределения.

Допускаются сбои (отказы) оборудования двух типов (кратковременный с заменой отказавшей детали и длительный, при котором наряду с устранением неисправности в каком-то конкретном блоке, попутно производится наладка многих других блоков и элементов).

Продолжительности ремонта равны τ₁^р и τ₂^р соответственно, время доработки полуфабриката равно τ^д а время наладки станка есть τ^н. В результате обработки может быть получен брак с вероятностью p^бр. В этом случае требуется подналадка станка длительностью τ₃^р.

Прекращение моделирования производственного процесса производится в случаях, когда очередной ведущий полуфабрикат поступает на сборку позднее момента времени Т или когда момент начала операции обработки t_iк^н≥Т.

Комбинация операций обработки со сборкой изделия (а также с простейшими операциями управления) и дает тот абстрактный процесс поточного производства штучных изделий.

Особенности, характерные для конкретных процессов.

В производственном комплексе каждая линия обработки может состоять не из одного станка - количество станков в каждой линии обработки может быть произвольным. Это обстоятельство приводит к необходимости установления в моделирующем алгоритме счетчика количества операций и логического оператора, проверяющего условие, что количество станков в одной линии обработки не больше заданного.

На том же принципе может быть построен моделирующий алгоритм для многоступенчатой сборки, когда изделие собирается из отдельных узлов, а каждый узел собирается из более мелких узлов и блоков и т.д., наконец, имеются узлы и блоки, которые собираются из отдельных деталей.

На первой ступени из отдельных деталей собираются узлы, а на второй ступени из узлов собираются изделия. Затем получаемые узлы представляются как отдельные детали, и полученный алгоритм приспосабливается для моделирования сборки изделия из отдельных узлов. Объединение таких алгоритмов и будет представлять собой моделирующий алгоритм для двухступенчатой сборки.

Аналогичным образом могут быть учтены и такие особенности производственного комплекса, как наличие параллельно работающих линий сборки или обработки – используются рассмотренные ранее моделирующие алгоритмы для каждой из параллельных линий, а для построения сводного алгоритма целесообразно воспользоваться приемами моделирования многоканальных или обобщенных систем массового обслуживания.

Типичные прикладные задачи, которые решаются методом имитационного моделирования: определение оптимальных заделов деталей и полуфабрикатов, оценка оптимальных объемов карманов и местных складов, определение узких мест, ограничивающих производительность оборудования, и другие.

Основные блоки моделирующего алгоритма:

- моделирование собственно операции с учетом различных типов сбоев станка и соответствующего времени наладки и ремонта (с учетом случайных значений величин);

- обеспечение связи и синхронизации операции с другими актами производственного процесса (подача полуфабрикатов, регулирование операции и т.д.), а также управление самим процессом моделирования (фиксация и обработка результатов, переход к очередному полуфабрикату и т.д.). Эта часть алгоритма моделирует некоторую систему массового обслуживания.

Алгоритм управления операцией включается в общий моделирующий алгоритм в виде подалгоритма, учитывающего, при необходимости, надежность функционирования управляющих устройств.

Моделирующий алгоритм состоит из двух частей:

- моделирование собственно операции с учетом различных типов сбоев станка и соответствующего времени наладки и ремонта (с учетом случайных значений величин);

- обеспечение связи и синхронизации операции с другими актами производственного процесса (подача полуфабрикатов, регулирование операции и т.д.), а также управление самим процессом моделирования (фиксация и обработка результатов, переход к очередному полуфабрикату и т.д.). Эта часть алгоритма моделирует некоторую систему массового обслуживания.

Алгоритм управления операцией включается в общий моделирующий алгоритм в виде подалгоритма, учитывающего, при необходимости, надежность функционирования управляющих устройств.