Автоматизированные системы ситуационного управления гальваническими производствами со сменными технологиями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Абрамов, Дмитрий Валерьевич

• Абрамов, Дмитрий Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Абрамов, Дмитрий Валерьевич

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ СО СМЕННЫМИ ТЕХНОЛОГИЯМИ КАК ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Режимы работы гальванических линий и алгоритмы управления автооператорами.

1.1.1. Управление по сменным циклограммам.

1.1.2. Управление по стыкуемым циклограммам.

1.1.3. Управление по обобщенной циклограмме.

1.1.4. Управление на основе изменения значения тока.

1.1.5. Управление на основе оперативного планирования.

1.1.6. Ситуационное управление.

1.2. Управление технологическими параметрами гальванических ванн.

1.2.1. Стабилизация режимных параметров.

1.2.2. Управление режимными параметрами по заданной программе.

1.2.3. Ситуационное управление режимными параметрами.

1.3. Постановка задач диссертации.

ГЛАВА 2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ НА БАЗЕ ЛИНГВИСТИЧЕСКИХ

МОДЕЛЕЙ.

Введение.

2.1. Разработка технологических процессов гальванических производств.

2.1.1. Классификация компонентов логической мета модели.

2.1.2. Алгоритм генерации лингвистической модели.

2.2. Этапы проектирования технологических процессов гальванических производств.

2.2.1. Разработка маршрутной технологии.

2.2.2. Разработка операционной технологии.

2.2.3. Разработка управляющей программы.

Выводы.

ГЛАВА 3. СИТУАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ

ЛИНГВИСТИЧЕСКОЙ МО ДЕЛИ.

Введение.

3.1. Постановка задачи проектирования управляющей программы.

3.2. Лингвистическая модель ситуационного управления.

3.3. Алгоритм решения лингвистической модели.

3.4. Алгоритм ситуационного управления.

3.5. Проверка адекватности модели.

Выводы.

ГЛАВА 4. СИТУАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМОЙ МНОГОПРОЦЕССНОЙ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ

ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ ЛИНГВИСТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Введение.

4.1. Постановка задачи синтеза управляющей программы линии.

4.2. Лингвистическая модель ситуационного управления.

4.3. Алгоритм решения модели.

4.4. Проверка адекватности.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизированные системы ситуационного управления гальваническими производствами со сменными технологиями»

Актуальность работы. В настоящее время в гальванических производствах широко используется два типа технологических линий -однопроцессные и многопроцессные.

Однопроцессные линии эксплуатируются в режиме "жесткой" программы управления - циклограммы, когда входной поток постоянен и автооператоры выполняют заданную (рассчитанную заранее) последовательность действий. Следует отметить, что для однопроцессной линии может быть реализован, и так называемый квазимногопроцессный режим с различной требуемой толщиной покрытия (режим "гибкой толщины" покрытия) и, следовательно, с различной продолжительностью времени обработки деталей.

Использование современных методов управления на базе лингвистических моделей позволяет значительно повысить эффективность и безаварийность однопроцессных автоматических линий гальванопокрытия (АЛГ) при любых исходных данных: размеры, состояние поверхности детали, степень предварительной обработки, последовательность технологических операций (ТО), минимальное и максимальное время обработки деталей в данной операции, состав электролитов и т.д.

Многопроцессные линии совмещают широкий спектр технологических процессов и работают как в режиме "гибкой толщины" покрытия, так и в собственно гибком режиме, когда выполняющиеся на них технологические процессы отличаются друг от друга количеством и последовательностью технологических операций. В связи с этим управление многопроцессной линией гораздо сложнее управления однопроцессной. При этом возникают проблемы разработки рациональной маршрутной и операционной технологии, а также управляющей программы.

В современных условиях практически невозможно планирование производства на длительный период из-за неопределенности вхорарго потока деталей, нуждающихся в обработке на автоматических линиях гальванопокрытий. Повышение эффективности указанных процессов возможно с использованием методов ситуационного управления в масштабе реального времени. Задача ситуационного управления заключается в своевременной обработке запросов деталей автооператорами при соблюдении технологических режимов, ограничений и минимизации нарушений качества полученных покрытий. Таким образом, использование новых лингвистических моделей и ситуационных алгоритмов при управлении автоматизированными линиями гальванопокрытий является своевременной и актуальной задачей.

Цель работы. Целью диссертации является повышение эффективности гальванических производств со сменными технологиями на базе лингвистических моделей и ситуационных алгоритмов управления.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• провести анализ автоматизированных линий гальванопокрытий (АЛГ), как объектов управления и автоматизации;

• разработать концептуальную модель информационного обеспечения подсистемы управления АЛГ;

• разработать методику проектирования лингвистических моделей для разработки основных этапов технологических процессов гальванических производств АЛГ;

• разработать алгоритмы реализации маршрутной технологии с использованием лингвистической модели и БД гальванического производства;

• разработать алгоритмы операционной технологии для выбора состава электролита, режима и продолжительности обработки с учетом конструкторско-технологических характеристик (КТХ).

• разработать лингвистические модели для реализации ситуационного управления транспортными системами одно- и многопроцессными АЛГ.

Методы исследования. При выполнении работы использовались методы математического моделирования, информационные технологии разработки автоматизированных систем, математических аппарат нечетких множеств и четкой логики, современные средства объектно-ориентированного программирования, методы теории управления.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика разработки лингвистических моделей АЛГ на основе логической модели компонентов предметной области.

2. Подсистема ситуационного управления транспортными потоками АЛГ при однопроцессном и многопроцессном режимах работы.

3. Подсистема автоматизированного проектирования операционной технологии для процессов гальванических производств.

4. Подсистема проектирования технологических процессов гальванических производств.

Научная новизна диссертации:

1. Предложена стратегия оптимизации технологических процессов гальванических производств, состоящая из трех этапов: выбор рациональной маршрутной технологии, операционной технологии и управляющей программы.

2. В первые разработанные лингвистические модели АЛГ базируются на методах исскуственного интеллекта, позволяя при оперативном управлении АЛГ использовать опыт экспертов-технологов на базе созданной концептуальной модели информационного обеспечения гальванических производств.

3. Разработанная комбинированная лингвистическая модель ситуационного управления операционной технологией включает уравнения и соотношения переменных, отражающих количественную информацию, а также лингвистический модуль, использующий качественную информацию.

4. Подсистема ситуационного управления транспортными потоками однопроцессных АЛГ.

5. Подсистема ситуационного управления транспортными потоками многопроцессных АЛГ.

Практическая значимость. Разработанная автоматизированная система ситуационного управления гальванических производств со сменными технологиями позволяет:

• реализовать технологические процессы гальванопокрытий для «новой» партии деталей.

• корректировать ход процессов при изменении степени загрязнения, размеров и конфигурации деталей.

• подбирать требуемый состав электролитов и растворов.

• корректировать составы электролитов и растворов.

• осуществлять анализ и корректировать ход действующих технологических процессов с целью обеспечения требуемой производительности оборудования, качества и стоимости покрытий.

Для реализации методики разработки лингвистических моделей на основе логической модели компонентов предметной области создана программная подсистема автоматизированного проектирования лингвистических моделей, которая позволила разработать модели для ряда предметных областей, в том числе гальванотехника, компьютерное оборудование.

Подсистема используется на производстве и в качестве учебного пособия для студентов по дисциплинам «Искусственный интеллект» и «Информационное обеспечение САПР».

Апробация. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседании международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-12» г. Великий Новгород, 1999; на международной научной конференции «Математические методы в химии и химической технологии» г.Новомосковск, 1997; на международной научной

12 конференции «Математические методы в химии и технологиях - ММТТ-11» г. Владимир, 1998.

Публикации. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 13 научных работах.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Абрамов, Дмитрий Валерьевич

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 .На основании анализа гальванических производств со сменными технологиями как объектов управления сформулированы задачи по повышению их эффективности на базе использования методов искусственного интеллекта, основными из которых являются:

• разработка лингвистических моделей АЛГ на основе логической модели компонентов предметной области;

• разработка маршрутных технологий для одно- и многопроцессных АЛГ;

• разработка соответствующих операционных технологий;

• разработка оптимальных управляющих программ в зависимости от состава и определенности входного потока деталей на линию.

2. Разработаны методика и алгоритм генерации лингвистических моделей технологических процессов гальванических производств на основе логической модели данных предметной области, описанной при помощи мета структуры.

3.Для описания ситуации на АЛГ разработана комбинированная лингвистическая математическая модель, включающая уравнения и соотношения переменных, отражающих количественную информацию, а также лингвистический модуль, содержащий правила, определяющие состояние линии и обрабатываемых деталей и ряд правил, позволяющих предотвращать аварийные ситуации на линии.

4.Для решения задачи ситуационного управления АЛГ разработана лингвистическая модель, базирующаяся на анализе технологической ситуации с учетом приоритетов обслуживания запросов на обработку деталей.

5.Для повышения эффективности работы технолога разработана подсистема проектирования технологических процессов АЛГ, базирующаяся на методах искусственного интеллекта, позволяющая учитывать изменяющиеся условия производства и оперативно реагировать на внешние и внутренние возмущения, и включающая три этапа: разработка маршрутной технологии, операционной

138 технологии и управляющей программы. Предложена концептуальная модель информационного обеспечения системы.

6.На основе созданных лингвистических моделей разработаны подсистемы ситуационного управления транспортными потоками однопроцессных и многопроцессных автоматических линий гальванопокрытий, что позволило увеличить производительность линий на 13-16%.

7Методика и алгоритмы генерации лингвистических моделей технологических процессов гальванических производств на основе логической модели данных предметной области, описанной при помощи мета структуры внедрены на Экспериментальном механическом заводе «Гранит», г.Уварово и применяется в учебном процессе Тамбовского го университета.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Абрамов, Дмитрий Валерьевич, 2000 год

1. Системы автоматизированного проектирования и управления в гальванотехнике / Лапин A.A., Милованов И.В., Литовка Ю.В., Васильев С.А., Кузнецов A.A., Дьяков И.В. ТГТУ, Тамбов, 1992.-48с.

2. Сиситемы управления гибким автоматизированным производством: Учеб. Пособие / Под ред. A.A. Краснопрошенной. К.: Вища шк., 1987. - 383 с.

3. Лапин A.A., Кузнецов A.A. Автоматизированное построение программ управления РТК с использованием САПР// Вестник машиностроения. 1989. - N10. - 39-42с.

4. Лапин A.A., Кузнецов A.A. Декомпозиционный алгоритм оптимального управления РТК гальванопокрытий в реальном времени // Приборы и системы управления. 1989. - N8. - 59-67с.

5. СССР, МКИ C25D21/12. Система управления многопроцессной линией гальванопокрытий/ А.А.Лапин, Ю.В.Литовка, И.В .Милованов,- N440559/31-02; Заявл. 13.06.88; Опубл. 7.01.90, Бюл.№.-25с.

6. Лапин A.A., Литовка Ю.В. Двухрядовая подсистема управления элетрохимическими процессами РЖ гальванопокрытий // Приборы и системы управления. 1989. - N12. -10-11с.

7. Милованов И.В. Оптимизация процессов и состава оборудования длянанесения электрохимических покрытий: Дис. канд. техн. наук. 1983,- 148с.

8. Кузнецов A.A. Гибкое оптимальное управление обработкой деталей в роботизированных технологических комплексах гальванопокрытий: Дис. канд. техн. наук. 1989. - 143с.

9. Абрамов Д.В., Милованов И.В. Выбор нечетких оценок при моделировании режимов работы автоматической линии гальванопокрытий / Труды молодых ученых и студентов ТГТУ / ТГТУ, Тамбов, 1997.-74-77с.

10. Краткий справочник гальванотехника. Ямпольский A.M., Ильин В.А., JI: Машиностроение, 1972.-224с.

11. ГОСТ 9.305-84 Технологические схемы гальванических производств. М: Издательство стандартов, 1984. - 87с.

12. Справочник: Оборудование цехов электрохимических покрытий, под ред. П.М.Вячеславова, Л.: Машиностроение, 1987.-309с.

13. Ф. Тиори, Д. Фрай Проектирование структур и баз данных / В 2-х кн. М: Мир, 1985.-785с.

14. Н.Г.Малышев, Л.С.Бернштейн, А.В.Боженюк Нечеткие системы для экспертных систем в САПР.- М:Энергоатомиздат, 1991,- 136с.

15. Дейт Д. Введение в системы баз данных,- М.Диалектика, 1998,- 781с.

16. Абрамов Д.В., Милованов И.В., Тюх Р.В. Методика автоматизированного проектирования лингвистических моделей на основе логической модели компонентов предметной области / Труды молодых ученых и студентов ТГТУ/ТГТУ, Тамбов, 1998,- 193-196с.

17. Абрамов Д.В. Обобщенный критерий приоритета использования электролита в гальванических производствах / Тезисы доклада международнойконференции ММТТ/ Математические методы в химии и технологиях / Школа молодых ученых т.З. / Владимир, 1998 - 80с.

18. Поспелов Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления. -Москва: Энергия, 1981 -231с.

19. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика. Москва: Наука, 1986 -284с.

20. Пушкин В.Н. Принципы математического моделирования познания и пути построения систем искусственного интеллекта. В кн.: Вопросы кибернетики. Ситуационное управление теория и практика., Москва:

21. Научный совет по комплексной проблеме «Кибернетика» при Президиуме АН СССР, 1980 -5-ЗЗс.

22. Заде JI. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию решений. Москва: Мир, 1976. - 165с.

23. ЗО.Загадская Л.С., Соколова О.В. Методика проектирования ситуационных моделей управления. Препринт. Москва: Научный совет по комплексной проблеме «Кибернетика» при Президиуме АН СССР, 1973 -40с.

24. Поспелов Д.А. Принципы ситуационного управления. Изв. АН СССР, Техническая кибернетика, 1971, №2 -10-17с.

25. Абрамов Д.В., Милованов И.В. Выбор нечетких оценок при моделировании режимов работы автоматической линии гальванопокрытий / Труды молодых ученых и студентов ТГТУ / ТГТУ, Тамбов, 1997.-78-81с.

26. Прикладные нечеткие системы / Под ред. Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. М: Мир, 1993. - 368с.

27. Дьяков И.А. Автоматизация управления технологическими параметрами электрохимических процессов: Дис. канд. техн. наук. 1995. - 163с.35,Озкарахан Машины баз данных и управление базами данных. М:Мир,1989.-248с.

28. Проектирование информационных систем: Лабораторные работы, Сост. Абрамов Д.В. Тамб. гос. техн. ун-т. Тамбов, 1998. - 36 с.

29. Мешалкин В.П. Экспертные системы в химической технологии. М: Химия, 1995-Зббс.

30. Абрамов Д.В. Подсистема автоматизированного проектирования технологических процессов гальванических производств / Труды молодых ученых и студентов ТГТУ / ТГТУ, Тамбов, 1998,- 196-199с.

31. Абрамов ДВ., Милованов ИВ. Проектирование технологических процессов гальванических производств / Тезисы доклада международной конференции ММТТ/ Математические методы в химии и технологиях / Школа молодых ученых т.З. / Владимир, 1998 - 34с.

32. Поспелов Д.А. Ситуационное управление. Новый виток развития // Теория и системы управления. 1995,-№5. -152-159с.

33. Поспелов Д.А. Теория и практика ситуационного управления:Сб. статей. / Под ред. Д.А.Поспелова, В.Н.Захарова. Москва: Сов. Радио, 1977,- 176с. -Науч.Совет комплекс, пробл. «Кибернетика», (Вопросы кибернетики / АН СССР; Вып. 18).

34. Ситуационное управление и семиотическое моделирование: Сб.статей./Под ред. Д.А.Поспелова. Москва: Науч.Совет по комплекс, пробл. «Кибернетика» АН СССР, 1983 -135с,- (Вопросы кибернетики / АН СССР; Вып. 100).

35. Сорокин С.А. Системы реального времени // Соврем. Технологии автоматизации. 1997.-№2.-7-11с.

36. Управление производством при нечеткой исходной информации / Р.А.Алиев, А.Э.Церковный, Г.А.Мамедова.- Москва: Энергоатомиздат,1991.-240с.:ил.

37. Клыков Ю.И. Ситуационное управление большими системами. -М.Энергия, 1974,- 134с.144

38. Клыков Ю.И. Ситуационное управление большими системами. -М. ¡Энергия, 1974.- 134с.

39. Клыков Ю.И., Поспелов Д.А. Ситуационное управление в АСУ. -Управляющие машины и системы, 1972, №1,- 27-34с.

40. T.Tanaka, J.Ohwi, L.V.Litvintseva, S.V.Ulyanov Soft computing algorithms for intelligent control of a mobile robot for service use// Soft computing v.l, №2, 1997.- p.88-106.

41. E.Pap Pseudo-analysis as a mathematical base for soft computing // Soft computing -v.l, №2, 1997,- p.61-68.