Автоматизация производства железобетонных изделий с изменяемыми критериями управления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Корнилов, Юрий Владимирович

• Корнилов, Юрий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Корнилов, Юрий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОИЗВОДСТВО СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА В

РОССИИ.

1.1. Текущее состояние отрасли в целом и тенденции ее развития.

1.2. Динамика спроса на сборные железобетонные изделия на примере существующих предприятий.

1.3. Контроль качества сырья, технологического процесса и готовой продукции в современных условиях.

1.3.1. Общие положения контроля качества.

1.3.2. Организация контроля качества при производстве бетона и железобетонных изделий.

1.3.3. Система управления качеством в соответствии со стандартом ИСО 9000.

1.4. Существующие методы управления качеством бетона на заводах ЖБИ.

1.4.1. Управление на основе методов подбора состава бетона.

1.4.2. Статистические методы управления.

1.4.3. Использование контрольных карт в управлении.

1.4.4. Системы управления по отклонению с учетом динамики процесса.

1.4.5. Системы управления по возмущению.

1.4.6. Комбинированная система управления прочностью.

1.5. Повышение экономической эффективности производства сборного железобетона.

1.6. Задачи диссертационной работы.

2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ.

2.1. Технологический процесс производства сборного железобетона.

2.1.1. Виды технологий производства сборного железобетона.

2.1.2. Перечень и последовательность технологических операций.

2.1.3. Показатели качества и свойства бетона.

2.2. Методологические основы управления качеством железобетона.

2.2.1. Основные технологические зависимости.

2.2.2. Математические методы управления качеством железобетона.

2.3. Влияние спроса на производственный процесс завода ЖБИ.

2.4. Система управления в условиях переменного спроса.

2.4.1. Общие принципы управления производством сборного железобетона в условиях переменного спроса.

2.4.2. Критерии управления.

2.4.2.1. Критерии управления в условиях стабильного спроса.

2.4.2.2. Критерии управления в условиях переменного спроса.

2.4.3. Управление себестоимостью продукции.

2.4.3.1. Структура себестоимости.

2.4.3.2. Эффективность управления себестоимостью.

2.5. Выводы.

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА.

3.1. Цели и задачи моделирования.

3.2. Анализ и обоснование структуры модели.

3.3. Методика моделирования.

3.4. Принципы разработки блоков модели.

3.4.1. Блок задания исходных данных - параметров технологического процесса и начальных условий производства.

3.4.2. Блок проверки исходных данных.

3.4.3. Блок предварительной обработки исходных данных и инициализации используемых при моделировании переменных, массивов и структур.

3.4.4. Блоки моделирования функциональных связей.

3.4.5. Блок моделирования склада исходных компонентов.

3.4.6. Блок моделирования управляемого технологического процесса производства сборного железобетона.

3.4.7. Блок моделирования склада выпускаемой продукции.

3.4.8. Блок обработки и представления информации.

3.5. Результаты моделирования.

3.5.1. Изменения входных величин.

3.5.2. Изменение производительности и спроса на выпускаемую продукцию.

3.5.3. Изменения состояния склада исходных компонентов.

3.5.4. Изменения состояния склада выпускаемой продукции.

3.5.5. Экономические результаты моделирования.

3.5.6. Сведения о выпускаемой продукции.

3.6. Выводы.

4. ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

ПРОИЗВОДСТВА СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА.

4.1. Цели и задачи системы управления.

4.2. Место автоматизированной системы управления в производственном процессе.

4.3. Технические и программные средства системы управления.

4.4. Адаптация имитационной модели для построения системы управления.

4.4.1. Адаптация блоков задания и проверки исходных данных.

4.4.2. Адаптация блоков моделирования функциональных связей

4.4.3. Адаптация блока предварительной обработки исходных данных и инициализации используемых при моделировании переменных, массивов и структур.

4.4.4. Адаптация блока моделирования управляемого технологического процесса производства сборного железобетона.

4.4.5. Адаптация блока представления и обработки информации.

4.5. Стратегии управления.

4.5.1. Влияние на производственный процесс времени включения в технологическую линию комплексов домола цемента.

4.5.2. Влияние на производственный процесс изменения режимов тепловлажностной обработки.

4.5.3. Влияние на производственный процесс изменения состава бетонной смеси.

4.6. Организация и перспективы внедрения системы управления.

4.7. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация производства железобетонных изделий с изменяемыми критериями управления»

Актуальность проблемы

В современном строительстве широко используются в настоящее время изделия и конструкции различного назначения, отличающиеся по виду сырья, технологии производства в сборном и монолитном возведении зданий и сооружений.

Одними из самых массовых конструкций являются сборные железобетонные, изготовленные на заводах или полигонах и доставляемые на объекты строительства в готовом виде. На предприятиях, выпускающих сборные железобетонные изделия (ЖБИ), внедряются системы управления для стабилизации качества производимой продукции [17,18,51,74], что позволяет согласно ГОСТ 18105 экономить наиболее дорогой компонент бетона - цемент.

В то же время существование подобных предприятий в условиях рынка предполагает наличие возможности гибкого изменения производственного процесса. Так, например, при скачкообразном, но непродолжительном повышении спроса на продукцию необходимо настроить технологическую линию на выпуск изделий, достигающих предъявляемых требований в более короткие сроки. А при снижении спроса на продукцию - как можно больше снизить затраты на производство.

Таким образом, помимо систем управления, стабилизирующих качество выпускаемых изделий, для заводов ЖБИ актуальным является внедрение автоматизированных систем управления, позволяющих разработать такую стратегию управления производственным процессом, которая смогла бы обеспечить жизнедеятельность предприятия адекватную сложившейся рыночной ситуации.

Цели и основные задачи диссертационной работы

Целью диссертационной работы является разработка автоматизированной системы управления производством сборных железобетонных изделий с изменяемыми критериями управления в условиях изменяющегося спроса.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать технологический процесс (ТП) производства сборного железобетона как объект управления: a) Исследовать существующие технологии производства сборного железобетона; b) Изучить технологические операции; c) Рассмотреть показатели качества и свойства бетона; с1) Провести анализ возможности контроля и управления свойствами бетонной смеси и железобетонных изделий; е) Изучить влияние переменного спроса на производственный процесс завода ЖБИ; Изучить влияние изменений режимов производственного процесса на показатели качества и себестоимость изделий.

2. Разработать имитационную модель технологического процесса производства сборного железобетона в условиях изменяющегося спроса: a) Исследовать перечень исходных данных, необходимых для обеспечения моделирования ТП; b) Разработать структуру и алгоритмы работы имитационной модели; c) Разработать средства обработки результатов моделирования.

3. Разработать автоматизированную систему управления производством сборного железобетона с изменяемыми критериями управления: a) Обеспечить возможность задания различных стратегий управления для имитационной модели ТП; b) Исследовать влияние различных стратегий управления на результаты производственного процесса; c) Выявить способы уменьшения отрицательного влияния изменения спроса на производственный процесс; d) Разработать перечень необходимых мероприятий для внедрения разработанной системы управления на конкретное предприятие; e) Рассмотреть перспективы внедрения разработанной системы управления.

Методы исследования

В качестве теоретической основы диссертационной работы использовались: теория вероятностей и математическая статистика, методы имитационного моделирования, теория автоматического управления, теории алгоритмов и методы проектирования программного обеспечения.

Моделирование производственных процессов и системный анализ проводились с использованием профессиональных математических пакетов (MatLab, MS Excel).

Научная новизна работы

В диссертационной работе впервые проведен анализ технологического процесса и систем управления производством сборных железобетонных изделий в условиях изменяющихся критериев управления, вызванных переменным спросом на выпускаемую продукцию. На основе данного анализа разработана автоматизированная система управления производством сборных железобетонных изделий.

Научную новизну работы также определяют: Разработанная имитационная модель технологического процесса производства сборных железобетонных изделий в условиях изменяющегося спроса; Разработанные на основе имитационной модели принципы, методика, алгоритмы и автоматизированная система управления производством сборных железобетонных изделий с изменяемыми критериями управления; Результаты исследований применения различных стратегий управления производственным процессом и их эффективности.

Практическая значимость работы В результате выполненных исследований получены следующие значимые практические результаты: Определены способы уменьшения отрицательного влияния переменного спроса на технологический процесс производства сборных железобетонных изделий; Разработана автоматизированная система управления производством, позволяющая оценить результаты применения различных стратегий управления производственным процессом; Рассмотрены дальнейшие перспективы внедрения данной разработки - построение системы автоматического управления предприятием в условиях изменяющихся критериев управления.

Материалы диссертации используются в учебном процессе Московского автомобильно-дорожного института (Государственного Технического Университета).

Апробация работы, публикации

Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технических конференциях МАДИ (ГТУ) (2003-2006 гг.).

По теме диссертации опубликовано пять работ.

Структура и объем диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, приложений, списка использованной литературы, насчитывающего 101 наименование, и содержит 270 страниц машинописного текста, 168 рисунков, 17 таблиц.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Корнилов, Юрий Владимирович

5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате проведенных исследований разработана концепция построения автоматизированной системы управления процессом производства сборных железобетонных изделий с изменяемыми критериями управления, характерными для условия изменяющегося спроса на выпускаемую продукцию. В качестве объекта управления был выбран поточно-агрегатный способ производства, как наиболее распространенный в нашей стране.

2. Рассмотрены основные свойства и показатели качества бетонных изделий. В качестве основного показателя качества, который необходимо обеспечивать, определена прочность бетона на сжатие. Проведен анализ возможности управления свойствами бетонной смеси и железобетонных изделий в условиях нестабильного спроса. Исследованы основные технологические зависимости. Проведен анализ структуры себестоимости сборных железобетонных изделий. Исследовано влияние изменений режимов производственного процесса на качество и себестоимость продукции в условиях нестабильного спроса.

3. Разработана имитационная модель управляемого технологического процесса производства сборного железобетона, обеспечивающая возможность исследования производственного процесса в условиях изменяющегося спроса на выпускаемую продукцию. Разработаны средства задания исходных данных для моделирования и обработки результатов моделирования.

4. Рассмотрено влияние спроса на производственный процесс завода ЖБИ. Выявлены способы уменьшения отрицательных последствий изменения спроса для предприятия. Рассмотрены и исследованы три возможных контура управления производством ЖБИ в условиях нестабильного спроса: a. включение в технологическую линию оборудования для домола цемента, b. изменение режимов тепловлажностной обработки, c. изменение состава бетонной смеси.

5. Результаты имитационного моделирования показали, что возможно эффективное управление производством железобетонных изделий в условиях нестабильного спроса: a. применение оборудования для домола цемента с целью восстановления его активности целесообразно только, когда требуются сборные железобетонные изделия повышенного качества или при длительном нахождении цемента на складе без принятия мер по поддержанию его активности. Правильное определение времени включения в технологическую линию операции домола цемента увеличивает количество готовой к реализации продукции на складе за моделируемый интервал при рассмотренных параметрах производства на 10-15%. Однако, нежелательно применять оборудование для домола цемента при работе с бетонной смесью с повышенным цементно-водным отношением из-за резкого снижения производительности технологического процесса; b. изменением режима тепловлажностной обработки можно достигать различных целей - будь то увеличение прибыли или постоянная способность предприятия поставлять изделия с требуемыми показателями качества. Причем уменьшение длительности изотермического прогрева может приводить не только к уменьшению себестоимости изделий, но и к общему увеличению производительности технологического процесса. Так, например, при изменении режима тепловлажностной обработки с формулы 3+10+2 на формулу 3+6+2 расход цемента увеличился на 7%, заполнение склада выросло на 26%, расход энергии снизился на 28%, а прибыль возросла на 15%. К тому же, как показывают результаты практических экспериментов, сборные железобетонные изделия при уменьшении длительности тепловлажностной обработки со временем набирают большую прочность, чем изделия, подвергавшиеся длительному прогреву; с. управление технологическим процессом производства сборного железобетона при помощи изменения состава бетонной смеси показало, что при совмещении этого метода с правильным выбором времени включения в технологическую линию операции домола цемента позволяет увеличить производительность на 15-20%, однако при этом расход цемента увеличивается на 4045%, а расход энергии - на 20-25%. Поэтому такой способ управления нежелательно использовать для повышения производительности ТП из-за значительного удорожания продукции. Тем не менее, поскольку зависимость прочности бетона от цементно-водного отношения линейная, то в случае уменьшения спроса на продукцию данный способ управления позволяет соответственно значительно снизить себестоимость выпускаемых изделий. Однако при этом следует учитывать, что с изменением состава бетонной смеси необходимо повышать величину требуемой прочности по отношению к нормируемой согласно действующим ГОСТам.

6. Разработана на основе имитационной модели автоматизированная система управления производством сборных железобетонных изделий с изменяемыми критериями управления, которая обеспечивает возможность гибкой настройки производства в условиях нестабильного спроса на продукцию предприятия.

7. Разработаны необходимые мероприятия для внедрения на конкретное предприятие автоматизированной системы управления производством сборных железобетонных изделий с изменяемыми критериями управления. Рассмотрены перспективы внедрения разработанной системы управления.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Корнилов, Юрий Владимирович, 2006 год

1. Ануфриев И.Е. Самоучитель Ма^аЬ 5.3/б.х СПб.: БХВ-Петербург, 2004. - 736 с.

2. Артамонов В.П. Качество труда. М., Стандарты, 1977. 148 с.

3. Баженов Ю.М. Способы определения состава бетона различных видов. -М.: Стройиздат, 1975. 272 с.

4. Баженов Ю.М. Технология бетона. Учебник. 3-е издание. М.: Изд-во АСВ, 2003. 500 с.

5. Баженов Ю М., Алимов Л.А., Воронин В.В., Магдеев У.Х. Технология бетона, строительных изделий и конструкций. М.: Изд-во АСВ, 2004. 256 с.

6. Баженов Ю.М., Комар А.Г. Технология бетонных и железобетонных изделий: Учебник для вузов. -М.: Стройиздат, 1984. 672 с.

7. Баринова Л., Песцов В. Сборный и монолитный железобетон в российском строительстве (по материалам 1-й Всероссийской конференции по проблемам бетона и железобетона) http://www.esservice.ru

8. Батышев С.Я. Формирование квалифицированных рабочих кадров в СССР. М., Экономика, 1971. 85 с.

9. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. СПб, Изд-во "Профессия", 2004.-752 с.

10. Брюханов В.Н., Схиртладзе А.Г., Вороненко В.П. Автоматизация производства. М.: Высш. шк., 2005. 367 с.

11. Бусленко В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. -М.: Наука, 1977. 240 с.

12. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и математической статистике. Изд-во: Высшее образование, 2006. 476 с.

13. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Изд-во: Высшая школа, 2003.-479 с.

14. Гордон С.С. Теоретические основы и направления прогресса производства железобетона. Механизация строительства №4, 2000 г.

15. Город на рубеже веков "Федеральный справочник. Российское строительство", №2, 1999-2000 гг.

16. Горчаков Г.И. Строительные материалы. -М.: Стройиздат, 1981.-386 с.

17. Горшков В А Параметрическая система управления прочностью бетона. // Автоматический контроль и управление технологическими процессами в строительном производстве: Сб. научн.тр./МАДИ. -М.:,1987. с. 4-11

18. Горшков В.А. Синтез цифровых систем стабилизации качества в производстве дорожно-строительных материалов. -М.:МАДИ, 1988. 72 с.

19. Горшков В.А., Касимова Б.Р., Нециевская К.А. Моделирование цифровых систем управления: /Учебное пособие/ МАДИ -М.:, 1988. с. 29-34

20. ГОСТ 10180-90 (СТ СЭВ 3978-83). Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам.22