Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой
Предложен подход к формализации технологических процессов производства с иерархической структурой на основе инструментальных средств симулятора MICIC4. В процессе постановки имитационных экспериментов было показано, что разработанный инструментарий является эффективным средством изучения данных объе...
Saved in:
| Published in: | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
|---|---|
| Date: | 2006 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50855 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой / В.Д. Левчук // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 3. — С. 89-103. — Бібліогр.: 3 назв. — pос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859837393899618304 |
|---|---|
| author | Левчук, В.Д. |
| author_facet | Левчук, В.Д. |
| citation_txt | Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой / В.Д. Левчук // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 3. — С. 89-103. — Бібліогр.: 3 назв. — pос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Реєстрація, зберігання і обробка даних |
| description | Предложен подход к формализации технологических процессов производства с иерархической структурой на основе инструментальных средств симулятора MICIC4. В процессе постановки имитационных экспериментов было показано, что разработанный инструментарий является эффективным средством изучения данных объектов.
Запропоновано підхід до формалізації технологічних процесів виробництва з ієрархічною структурою на основі інструментальних засобів симулятора MICIC4. У процесі проведення імітаційних експериментів було показано, що розроблений інструментарій є ефективним засобом вивчення даних об’єктів.
The approach to the formalization of technological processes of production with the hierarchical structure on the base of the simulator MICIC4 tools is offered. It is shown by simulation experiments designing that developed tools are effective for these objects studying.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:35:52Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 3 89
УДК 007; 681.3
В. Д. Левчук
Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины
ул. Советская, 104, 246699 Гомель, Республика Беларусь
Имитационное моделирование технологического
процесса производства с иерархической структурой
Предложен подход к формализации технологических процессов произ-
водства с иерархической структурой на основе инструментальных
средств симулятора MICIC4. В процессе постановки имитационных
экспериментов было показано, что разработанный инструментарий
является эффективным средством изучения данных объектов.
Ключевые слова: технологический процесс производства с иерархиче-
ской структурой, программно-технологический инструментарий
MICIC4, имитационная модель, сборочно-разборочное производство,
имитационный эксперимент, апробация.
Введение
Имитационное моделирование является эффективнейшим методом изучения
технологических процессов (ТП) как внутренней, так и внешней логистики пред-
приятия. К внутренней логистике относится перемещение объектов внутри всей
территории предприятия или в отдельных его подразделениях. Для решения задач
внутренней логистики традиционно создаются следующие виды моделей:
— сборочно-разборочных конвейеров на производственных линиях;
— перемещения материалов и продукции по территории предприятия с по-
мощью транспортных средств (автокаров, грузовых машин, погрузчиков и т.п.);
— управления складскими запасами: прием грузов, перемещение грузов в
зоны хранения и обратно, комплектация, упаковка, отправка грузов, списание не-
нужных запасов.
К внешней логистике относится перевозка грузов и товаров между различ-
ными географическими пунктами с применением обычных средств транспорта
(например, автомобильного или железнодорожного). Чаще всего модели процес-
сов внутренней и внешней логистики создаются и исследуются отдельно друг от
друга, но в некоторых случаях создаются и комплексные модели. Например, ком-
мерческое торговое предприятие можно рассматривать как центр управления за-
пасами и розничную сеть. Возобновление запасов центра и перемещение товаров
в розничную сеть связано с внешней логистикой. Процессы обработки товаров
внутри
В. Д. Левчук
90
© В. Д. Левчук
сети и операции с клиентами относятся к внутренней логистике предприятия.
Одним из наиболее сложных типов логистических систем является конвей-
ерное производство со сборочно-разборочными операциями. Для данного класса
систем разработаны как отдельные модели, так и предметно-ориентированные
пакеты имитационного моделирования [1, 2]. Характерной особенностью извест-
ного инструментария, используемого на постсоветском пространстве, является
то, что объект моделирования рассматривается в виде одноуровневой сети. Рас-
смотрение конвейерного производства на нескольких иерархических уровнях по-
зволяет построить имитационные модели (ИМ) достаточно широкого класса дан-
ных систем.
На кафедре математических проблем управления Гомельского государствен-
ного университета им. Ф. Скорины был разработан програмно-технологический
инструментарий (ПТИ) имитационного моделирования технологических процес-
сов производства (ТПП) с иерархической структурой. Основные компоненты дан-
ного инструментария рассматриваются в настоящей статье.
Краткая характеристика схемы реализации проекта
на имитационное моделирование
В любом исследовании, связанном с применением имитационного модели-
рования, можно выделить три этапа:
1) разработка концептуальной модели;
2) создание программы модели с помощью инструментальных средств авто-
матизации имитационного моделирования (симулятора);
3) планирование и проведение экспериментов с работающей моделью.
Построение концептуальной сетевой модели является наиболее сложным
этапом исследования, связанного с применением имитационного моделирования
при анализе ТПП. Разработка концептуальной модели включает в себя определе-
ние взаимодействия объектов на трех уровнях:
а) операционном, где рассматриваются возможные (типовые) последова-
тельности выполнения операций с различными типами продукции, сырья и мате-
риалов вплоть до получения выходного продукта;
б) обрабатывающем, на котором приводится структура всех обрабатывающих
участков и обрабатываемых на них изделий, преобразования изделий (разборка,
сборка);
в) обеспечивающем, где рассматривается структура ресурсов, т.е. всех ста-
ционарных и мобильных технических средств выполнения операций производст-
ва, транспортировки, складирования и перевалки продукции.
Конкретный способ описания взаимодействия этих типов структур, в первую
очередь, определяется тем симулятором, который использует исполнитель проек-
та на этапе 2. Наш коллектив применяет универсальную блочно-сетевую концеп-
цию формализации объекта моделирования, принятую в разработанном нами
симуляторе MICIC4 [3]. Он представляет собой программный интерфейс для оп-
ределения структуры ИМ, описания информационного взаимодействия между ее
элементами, обработки результатов моделирования в процессе реализации ими-
Имитационное моделирование
технологического процесса производства с иерархической структурой
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 3 91
тационных экспериментов (ИЭ). После завершения ИЭ осуществляется передача
результатов моделирования во внешнюю программную среду, позволяющую наи-
лучшим для заказчика образом презентовать достигнутый эффект исследований.
Главные положения концептуальной модели технологического
процесса производства с иерархической структурой
Изучение объекта моделирования начинается на верхнем операционном
уровне. Он представляет собой множество иерархических ТП, характеризующих-
ся технологической картой. Под нею понимается совокупность микротехнологи-
ческих операций (МТХО), которые следуют в определенном порядке. МТХО вы-
полняются на фиксированных производственных участках (ПУ).
Объекты обработки назовем заданиями. Они отображают отдельные едини-
цы потока деталей, агрегатов, изделий, заготовок, товаров, которые прибывают
на вход в объект моделирования для обработки. Поток заданий может иметь как
детерминированную, так и вероятностную природу произвольного типа. Внутри
ПУ находится приемник ограниченного объема для ожидания заданий. Из-за ог-
раниченности объема в ТП возможно возникновение нежелательного эффекта
блокировки. При освобождении блокирующей МТХО простаивание ТП прекра-
щается, и ожидавшие задания перемещаются на очередной ПУ.
Графическим отображением операционного уровня ТПП служит сетевой
граф (см. пример на рис. 1), в котором вершины соответствуют паре (ПУ; МТХО),
а дуги определяют последовательность МТХО по обработке заданий. Среди всех
МТХО выделены две специальные операции: Разборка и Сборка . Первой из
них на графе соответствует вершина, из которой исходят две или более дуг. Каж-
дая дуга является началом нового подчиненного ТП. Вторая операция завершает
выполнение подчиненных ТП. Очевидно, на графе дуги сходятся в одну вершину.
Нужно подчеркнуть, что выше не вводится ограничение о том, чтобы ТПП начи-
нался из единственной вершины, т.е. чтобы некоторый ТП являлся родительским
(например, на рис. 1 для производства продукции требуется объединить два ис-
ходных ТП). Аналогично отсутствует требование завершения в единственной
вершине, т.е. на выходе возможно появление нескольких видов конечного про-
дукта.
Операция транспортировки между ПУ (точнее выходом одного ПУ и прием-
ником другого ПУ) реализуется на обрабатывающем уровне по той же схеме, как
и другая МТХО. Поэтому в данной формализации, в отличие от известных подхо-
дов [1, 2], операция транспортировки не специализируется.
Обрабатывающий уровень ТПП представлен ПУ и является промежуточным
между операционным и обеспечивающим уровнями (см. рис. 2). Множество раз-
деляемых между МТХО ресурсов (людских и материальных) может быть как ло-
кальным для ПУ, так и глобальным для всего ТПП. Очевидно, что взаимосвязь
между уровнями должна осуществляться через атрибуты задания, появившегося в
очередной вершине технологической карты. В задании сохраняются текущие но-
мера МТХО и ПУ. Задание из МТХО переходит на ПУ по его номеру. Множество
необходимых ресурсов есть функция МТХО. Поэтому в ПУ, зная номер МТХО,
можно определить необходимые ресурсы.
В. Д. Левчук
92
ТП 1
УОi
МТХОj
Раз-
борка
Сбор-
ка
Раз-
борка
Сбор-
каТП 2
ТП 3
ТП 4
Рис. 1. Пример ТПП с иерархической структурой
На ПУ допускается параллельное выполнение нескольких заданий. Время
выполнения МТХО на ПУ определяется согласно уникальных вероятностных за-
конов распределения. Время, через которое ресурс станет доступным, зависит, в
первую очередь, от его наличия. При необходимости данное время можно увели-
чить на некоторый стохастический интервал.
Взаимодействие подсистем и элементов имитационной
модели технологического процесса производства
Формальная модель ТПП составлена на основе базовой схемы формализации
симулятора MICIC4 [3]. На первом этапе были выделены компоненты ИМ и их
параметры:
— информационные транзакты с именами Задание_1 , Задание_2 , …, по-
ступающие в ИМ согласно заданного вероятностного закона;
— генератор транзактов типа Задание;
— источник обработки (ИО) — это узел, соответствующий операцион-
ному уровню ИМ и включающий два устройства: Приемник — очередь для ожи-
дания обслуживания и Операция — обслуживающий прибор (если на приборе
имеется неограниченное количество каналов или объем приемника равен нулю,
то очередь отсутствует);
— ПУ — узел, включающий в себя выполнение и управление ресурсами
МТХО;
— выполнение МТХО на соответствующем ПУ представлена устройствами
ЗахватРесурсов и ВыполнениеМТХО;
— управление ресурсами МТХО обеспечивается множеством пар устройств
(ОчередьКРесурсу; Ресурс);
— управляющий транзакт Заявка , связанный с парой (ИО; МТХО), содер-
жащий объемы всех необходимых ресурсов для выполнения МТХО;
Имитационное моделирование
технологического процесса производства с иерархической структурой
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 3 93
— управляющий транзакт ЗаявкаНаРесурс, имеющий объем в необходи-
мом количестве одного ресурса и хранящий номер родительского транзакта;
— управляющий транзакт ВозвратРесурса , имеющий объем 0.
Схематически процесс обслуживания представлен на рис. 2. Генератор
вводит транзакты типа Задание в ИМ по заданному закону распределения. Зада-
ние по присвоенному номеру ТП направляется на первый узел ИО , который оп-
ределяется из технологической карты. Далее этот транзакт из узла ИО попадает в
очередь и находится там до освобождения обслуживающего прибора. На нем За-
дание по номеру МТХО генерирует транзакт типа Заявка и отправляет его в
ПУ, соответствующий МТХО. Сам транзакт Задание переходит в состояние «за-
держан».
ВозвратРесурса
. . .. . .
ПУi
ЗаявкаНаРесурсЗадание
. . .П
У
i,
М
ТХ
О
j
Опера-
ция
Выполнение
МТХО
Захват
ресурсов
Ресурс
1
Ресурс
N
операционный обрабатывающий обеспечивающий
Транзакты: Заявка
Генератор
заданий
ПУm,
МТХОn
ПУm
Глоб.
ресурс
u
Рис. 2. Схема процесса обслуживания
Транзакт Заявка на устройстве ЗахватРесурсов с неограниченным коли-
чеством каналов также переходит в состояние «задержан», а перед этим согласно
номера МТХО отправляет совокупность транзактов типа ЗаявкаНаРесурс на
В. Д. Левчук
94
свой узел Ресурс. Каждый транзакт ЗаявкаНаРесурс поступает в очередь и
ожидает там освобождения устройства управления ресурсом. Когда устройство
Ресурс освободится, транзакт ЗаявкаНаРесурс выходит из очереди, задержи-
вается на время захвата ресурса, устанавливает на родительский транзакт Заявка
признак захвата ресурса и проверяет, выделены ли все ресурсы. При положитель-
ном ответе транзакт Заявка возвращается в состояние обслуживания. Независи-
мо от ответа ЗаявкаНаРесурс переходит в состояние «задержан».
Транзакт Заявка направляется на устройство обработки МТХО, где задержи-
вается на интервал модельного времени, определяемый по случайному закону
распределения, соответствующему данной МТХО. По окончании обработки За-
явка переводит родительский транзакт Задание в состояние обслуживания. За-
дание, если ТП еще не завершен, перемещается по технологической карте на
следующий узел ИО , если в его очереди имеются свободные каналы; иначе За-
дание остается на том же ИО до освобождения очереди; а в случае завершения
ТП транзакт удаляется из модели.
Транзакт Заявка отправляет совокупность транзактов типа ВозвратРе-
сурса на свое устройство Ресурс и удаляется из модели. Каждый транзакт Воз-
вратРесурса , имеющий нулевой объем занимаемых каналов, минуя очередь к
ресурсу, сразу поступает на устройство управления ресурсом. Этот транзакт за-
держивается на время возврата ресурса, а затем находит парный транзакт Заяв-
каНаРесурс, переводит его в состояние обслуживания, а сам удаляется из моде-
ли. Транзакт ЗаявкаНаРесурс также удаляется из модели, автоматически воз-
вращая захваченный ранее объем ресурса.
МТХО Разборка порождает дополнительный транзакт Задание, которому
присваивается номер ТП. Если этот транзакт приходит на МТХО Сборка раньше
родительского, то он просто переходит в состояние «задержан». Иначе сообщает
родительскому транзакту Задание о завершении ТП и удаляется из модели. Ро-
дительский транзакт Задание, приходя на МТХО Сборка , проверяет наличие
порожденных транзактов, фиксирует факт их прибытия и удаляет из модели. Если
устройством собраны не все транзакты, то Задание задерживается на нем, а ина-
че двигается по технологической карте.
Приведенная схема обслуживания не зависит от количества ТП, ИО, МТХО,
ПУ и ресурсов. Она позволяет с помощью MICIC4 реализовать ИМ довольно
большого класса ТПП с иерархической структурой.
Реализация экспериментов с имитационной моделью
В современных экономических реалиях наметился ряд потенциальных заказ-
чиков, которые имеют потребность в постановке экспериментов с моделью, но
симулятор покупать не намерены. С другой стороны, пользователи, а особенно на
производстве, вообще не хотят знакомиться с симулятором, даже если они его
уже и купили: у них на это просто нет ни людей, ни времени, ни желания «опять
учиться». Они хотят оставаться в среде офисного, пусть не постоянно используе-
мого, то хотя бы от случая к случаю загружаемого приложения, и выполнять в
этой среде все три фазы работы с готовыми моделями: подготовка данных, экс-
перимент с моделью, анализ и презентация результатов. В качестве подходящей
Имитационное моделирование
технологического процесса производства с иерархической структурой
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 3 95
для инженерного персонала среды может использоваться табличный процессор
Excel.
Именно под такую категорию заказчиков настроена реализованная инстру-
ментами MICIC4 модель ТПП с иерархической структурой. Исходные данные за-
даются либо в простейшем текстовом редакторе, либо в Excel, затем запускается
загрузочный модуль ИМ, представляющий собой консольное приложение, кото-
рое создает текстовый файл с результатами моделирования, как показано на рис.
3. Данный файл уже адаптирован под обработку в Excel. По результатам модели-
рования инженер, знакомый с концептуальной моделью ТПП, может получить
различные варианты их графического отображения, а затем соответствующим
образом интерпретировать.
Открытие файла
параметров input.txt в
Excel
Корректировка
параметров модели в
Excel
Запуск исполняемого
модуля ИМ
Открытие файла
результатов result.txt в
Excel
Анализ результатов,
построение графиков,
диаграмм…
Получен
требуемый
результат?
нет да
Рис. 3. Схема работы с ИМ
Структурная схема тестового объекта моделирования
Для апробации технологии создания и испытания ИМ ТПП с иерархической
структурой с помощью разработанного ПТИ было выбрано тестовое изделие
(ТИ) сложной структуры. ТИ состоит из 108 деталей, сложным образом соеди-
ненных в три блока: основа изделия (блок № 1), блок № 2, в который входят 3
элемента (ЭЛ № 3, ЭЛ № 4 и ЭЛ № 6), блок № 3, в который входят элементы с
номерами 2, 5, 7–10. До начала ремонта всех элементов необходимо отсоединить
от основы и отремонтировать шесть деталей (Д1–Д6). На рис. 4 приведены состав
и структура ТИ.
Поэтому технология ремонта ТИ начинается выполнением шести МТХО11–
МТХО16, в ходе которых осуществляется ремонт деталей Д1–Д6. После этого с
помощью операции РАЗБОРКА1 от основы изделия (БЛ1) отделяется блок БЛ2,
который состоит из трех элементов (ЭЛ3, ЭЛ4, ЭЛ6). После отделения БЛ2 на-
В. Д. Левчук
96
правляется для ремонта в цех № 4. В цехе № 4 над элементом ЭЛ4 осуществляет-
ся шесть операций МТХО4 1–МТХО4 6. С помощью операции РАЗБОРКА8 от блока
БЛ2 отделяется элемент ЭЛ6, поступающий для ремонта в цех № 6. В цехе № 6
выполняется последовательно 16 операций ремонта деталей элемента (МТХО6 1–
МТХО6 16). После этого на блоке БЛ2 выполняются операции ремонта двух дета-
лей Д47–Д48 элемента ЭЛ4 в цехе № 4. С помощью операции РАЗБОРКА9 от блока
БЛ2 отделяется элемент ЭЛ3, который направляется для ремонта в цех № 3. В
этом цехе над изделиями, входящими в элемент ЭЛ3, последовательно осуществ-
ляется 15 операций ремонта (МТХО3 1–МТХО3 14). После ремонта элемента ЭЛ3 в
цехе № 3 осуществляется операция СБОРКА9 элементов ЭЛ3 и ЭЛ4 в один блок
БЛ2. С помощью двух операций МТХО4 11 и МТХО4 12 завершается ремонт деталей
Д4 11 и Д4 12 элемента ЭЛ4. Эти операции позволяют присоединить к обоим эле-
ментам отремонтированный в цехе № 6 элемент ЭЛ6 с помощью операции
СБОРКА8. Далее завершается ремонт остальных деталей ЭЛ4 с помощью опера-
ций МТХО4 13, МТХО4 14 и МТХО4 15, что означает окончание ремонта блока № 1 и
его готовности присоединения к основе изделия во время операции СБОРКА1.
БЛ1 БЛ2 БЛ3 БЛ4
ЭЛ1 ЭЛ6 ЭЛ4 ЭЛ3 ЭЛ7 ЭЛ5 ЭЛ2 ЭЛ1
Д6.1 Д3.0 Д2.16Д21
Д6.2 Д3.1 Д2.15
Д24Д4.1
Д3.2
Д7.1 Д5.1
Д2.14Д20 Д6.10 Д6.3
Д3.3 ЭЛ8 Д2.13
Д23
Д3.4 Д2.12Д19 Д6.11 Д6.4
Д4.2
Д3.5
Д5.2
Д2.11
Д22
Д3.6
Д8.1
Д2.10Д17 Д6.12 Д6.5
Д3.7 ЭЛ9
Д5.3
Д2.9
Д18Д4.3
Д3.8 Д2.8Д15 Д6.13 Д6.6
Д3.9
Д5.4
Д2.7
Д16
Д3.10
Д9.1
Д2.6Д13 Д6.14 Д6.7
Д4.4
Д3.11 ЭЛ10
Д5.5
Д2.5
Д14
Д3.12 Д2.4Д11 Д6.15 Д6.8 Д4.5
Д3.13
Д5.6
Д2.3
Д12
Д8
Д9 Д6.16 Д6.9 Д2.2 Д10
Д7
Д6 Д6.17
Д4.6 Д3.14
Д10.1
Д5.7
Д2.1 Д3
Д5 ЭЛ1 Д2
Д4 Д26 Д27 Д28 Д29 Д30 Д31 Д32 Д33 Д34 Д25 Д1
Рис. 4. Состав и структура ТИ
С помощью операции РАЗБОРКА2 от блока БЛ2 отделяется элемент ЭЛ6,
который поступает в цех № 3, образуя при этом ветвь ремонта № 3 (деталей Д3 1–
Д3 18). Выполнив операцию МТХО1 9 над деталью Д1 9, входящей в состав блока
БЛ1, появляется возможность выполнения операции РАЗБОРКА3, в ходе которой
от основы изделия отделяется деталь Д10 1, направляя ее в цех № 11 для ремонта,
образуя таким образом ветвь ремонта № 10. Появляется возможность осущест-
вить ремонт детали Д1 10. Затем от основы изделия с помощью операции
Имитационное моделирование
технологического процесса производства с иерархической структурой
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 3 97
РАЗБОРКА4 отделяется блок БЛ5, который в составе деталей (Д51–Д57) поступает
в цех № 5, образуя при этом ветвь ремонта № 5.
Далее следует ремонт двух деталей Д1 11 и Д1 12 основы изделия с помощью
операций МТХО1 11 и МТХО1 12. Потом следует операция СБОРКА3 детали Д10 1,
отремонтированной в цехе № 10 путем подсоединения ее к основе детали. Затем
с помощью двух операций МТХО1 13 и МТХО1 14 осуществляется ремонт деталей
соответственно Д1 13 и Д1 14. После этого к основе изделия уже можно подсоеди-
нить элемент ЭЛ5, отремонтированный в цехе № 5 с помощью операции
СБОРКА4. Далее следуют друг за другом операции МТХО1 15 и МТХО1 16 ремонта
деталей Д1 15 и Д1 16 основы изделия, по окончании которых приступают к опера-
ции РАЗБОРКА5, в ходе которой от основы отделяется деталь Д8 1, которая по-
ступает для ремонта в цех № 8. А затем над основой проводятся две операции
МТХО1 17 и МТХО1 18 ремонта изделий Д1 17 и Д1 18. Потом от основы изделия отде-
ляется элемент № 9 с помощью операции РАЗБОРКА6, который затем поступает
в цех № 9 для последующего ремонта детали Д9 1. По окончании ремонта этот
элемент с помощью операции СБОРКА6 вновь подсоединяется к основе изделия.
Далее осуществляется три операции ремонта основы изделия МТХО1 19–МТХО1 21.
После этого осуществляется операция РАЗБОРКА7, в ходе которой от основы от-
деляется деталь Д7 1, которая поступает в цех № 7, образуя при этом ветвь ремон-
та № 7 (с помощью операции МТХО7 2). Далее с помощью операции МТХО1 22
осуществляется ремонт детали Д1 22 основы изделия. После этого с помощью
операции СБОРКА5 к основе подсоединяется, отремонтированная в цехе № 8, де-
таль Д8 1. Это подсоединение позволяет совершить ремонт детали Д1 23 основы
изделия с помощью операции МТХО1 23. К этому моменту к основе подсоединяет-
ся элемент ЭЛ2, отремонтированный в цехе № 2, с помощью операции СБОРКА2.
Деталь Д1 24 основы изделия с помощью операции СБОРКА7 к основе подсоеди-
няется элемент ЭЛ7, отремонтированный в цехе № 7. Далее осуществляется ре-
монт деталей Д1 25 и Д1 26 основы с помощью соответствующих МТХО1 25 и МТХО1
26. В итоге основа изделия уже подготовлена для последней операции СБОРКА1,
в ходе которой к ней подсоединяется отремонтированный в цехе № 4 блок 2, со-
стоящий их четырех отремонтированных элементов (ЭЛ2, ЭЛ3, ЭЛ6 и ЭЛ4) со-
ответственно в цехах 2, 3, 6 и 4. Завершается технология ремонта ТИ ремонтом 8
деталей основы (Д1 27–Д1 34) с помощью соответствующих МТХО1 27–МТХО1 34.
Матрица вероятностей неисправностей деталей в ТИ была определена экс-
пертным путем. Все производство ремонта ТИ реализуется в 10-ти цехах пред-
приятия на 16-ти ПУ.
Результаты апробации имитационного моделирования
производства тестового изделия
В качестве исходной информации в ИМ ремонта ТИ, являющейся конкрет-
ной реализацией описанной выше ИМ ТПП с иерархической структурой, задавали:
— матрицы вероятностей неисправностей деталей ТИ;
— список запросов ресурсов, необходимых для выполнения МТХОij при ре-
монте ТИ;
В. Д. Левчук
98
— список интенсивности поступлений ТИ в ИМ, у которых технология ре-
монта совпадает: l1 = 0,4 изделий/сутки; l2 = 1,5 изделий/сутки; l3 = 7,2 изде-
лий/сутки;
Целью апробации ИМ ремонта ТИ явилась проверка результатов имитации
при решении следующих задач.
1. «Оценка пропускной способности ТП (u)» при различных интенсивностях
(l1 < l2 < l3). При этом необходимо было проверить наличие зависимости пропу-
скной способности u от различных стратегий (St1, St2, St3) анализа результатов
имитации.
2. «Поиск узких мест в технологии ремонта ТИ».
3. «Поиск узких мест в составе ресурсов предприятия», используемых в ходе
ИЭ с моделью ремонта ТИ.
При решении первой задачи параметр «Интенсивность поступления ТИ на
предприятие» изменялся на трех уровнях (l1, l2, l3).
Первая стратегия ремонта ТИ (St1) состояла в том, что обрабатывается шесть
изделий по одной и той же технологии, но при этом каждое изделие ремонтиру-
ется друг за другом. Только после завершения ремонта всех шести изделий начи-
нается ремонт следующей партии из шести изделий строго последовательно. Ре-
зультаты среднего значения времени ремонта каждого изделия в партии приведе-
ны в таблице. Следовательно, общее время выполнения партии из шести изделий
равно сумме этих времен (см. таблицу). Пропускная способность u представляет
собой обратную величину от общего времени и ее статистические оценки также
приведены в таблице.
Оценки откликов ИМ ремонта ТИ
Время ремонта группы изделий
в партии (номера партий)
Общее время Пропускная способность, ×
И
нт
ен
си
вн
ос
ть
№
с
тр
ат
ег
ии
St
1 2 3 4 5 6 Сред-
нее
Дис-
персия
Среднее Дисперсия
1 1695 1690 1695 1678 1680 1691 10129 2532 0,987 0,25
2 3145 3142 6287 1571 1,590 0,401
3 6145 6145 1536 1,627 0,41
1 2349 2342 2333 2344 2335 2351 14053 2532 0,711 0,18
2 4354 4371 8726 1571 1,146 0,292
3 8488 8488 1536 1,178 0,29
1 19320 19453 19494 19359 19264 19455 116346 2532 0,085 0,02
2 36206 50139 86344 1571 0,115 0,033
3 70390 70389 1536 0,142 0,04
Вторая стратегия ремонта ТИ (St2) состояла в том, что ремонтировалось па-
раллельно по три изделия по одной и той же технологии. Только по завершении
ремонта двух троек изделий снова начинается ремонт следующей пары троек из-
Имитационное моделирование
технологического процесса производства с иерархической структурой
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 3 99
делий. Время выполнения каждой тройки изделий стратегии St2 и пропускная
способность также приведены в таблице.
Третья стратегия ремонта ТИ (St3) состояла в том, что образовывались шесть
параллельных ветвей ремонта каждого изделия. По окончании ремонта каждого
изделия начинался параллельный ремонт следующих шести изделий. Время ре-
монта всей группы из шести изделий равно максимальному времени ремонта од-
ного изделия (см. таблицу).
Итак, в таблице приведены результаты ИЭ для трех интенсивностей (l1, l2,
l3) и трех стратегий ремонта (St1, St2, St3). По данным таблицы построены зави-
симости )(lu при различных стратегиях ремонта )3,1 ( =jSt j , которые изобра-
жены на рис. 5. Из этого рисунка следует, что стратегии 2 и 3 практически не от-
личаются друг от друга. Это означает, что для предприятия при имеющемся со-
ставе ресурсов эти стратегии неразличимы.
Более существенно отличие от них стратегии St1 (строго последовательный
характер ремонта ТИ). При этом, если взять за единицу интенсивность поступле-
ния изделий (l1) при стратегии St1, то из рис. 6 видно, что рост производительно-
сти за счет распараллеливания работ увеличивается в 1,6 раза. По-видимому, это
обстоятельство имеет место из-за существенной конкуренции МТХОij за ресурсы
предприятия при ремонте деталей ТИ.
При увеличении интенсивности поступления ТИ с l1 до l2 имеет место паде-
ние производительности предприятия соответственно для стратегии St1 на 30 %, а
для стратегий St2 и St3 падение больше (соответственно с 1,6 до 1,2 раза). Если
интенсивность поступления ТИ на предприятие возрастает до l3, то из рис. 5
можно сделать очевидные выводы:
— пропускная способность падает до 10 % от начального значения;
— пропадает разница от изменения стратегий, поскольку отсутствие необхо-
димых ресурсов и их распыление по МТХОij приводит к тому, что каждая МТХОij
тормозит выполнение остальных операций ремонта ТИ.
st1
st2
st3
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
l1 l2 l3
l3 l3 l3
l2
l2 l2
l1
l1 l1
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
st1 st2 st3
Рис. 5. Зависимость пропускной способности от
интенсивности при различных стратегиях (Stj)
Рис. 6. Зависимость пропускной способности от
стратегий при различных уровнях интенсивности
В. Д. Левчук
100
На рис. 6 приведена зависимость пропускной способности при различных
стратегиях. Эти столбчатые диаграммы изменения пропускных способностей при
различных стратегиях (Sti) и интенсивностях (lj) только подтверждают в более
наглядной форме изложенное выше. Из рис. 5 видно, что рациональными следует
считать интенсивность l2 и стратегию St2 при имеющемся составе ресурсов у
предприятия. В этом случае достигается баланс между стратегией ремонта дета-
лей (Sti) и интенсивностью их поступления в систему (lj).
Анализ графиков и диаграмм, приведенных соответственно на рис. 5 и 6, по-
зволяет сделать вывод о необходимости поиска узких мест в существующей тех-
нологии выполнения МТХОij и существующем составе ресурсов у предприятия,
т.е. найти те из ресурсов предприятия, которые не позволяют повысить пропуск-
ную способность, особенно если интенсивность поступления ТИ возрастает.
На рис. 7 приведена диаграмма ранжирования {МТХОij} в системе координат
(η, LT) (где η — коэффициент использования МТХО, LT — коэффициент Литла)
при различных уровнях интенсивности (l1, l2, l3) поступления изделий и страте-
гиях ремонта изделий (St1, St2, St3). Как видно из рис. 7, при стратегии St1 (строго
последовательный ремонт ТИ) все МТХОij находятся в режиме недогрузки и прак-
тического простоя. Только одна МТХО11 является узким местом 2-го типа (несба-
лансированная загрузка МТХОij) и то при весьма высоком уровне интенсивности
поступления деталей (l3). При переходе на вторую стратегию ремонта изделий
(St2) ряд МТХОij становится узким местом, но уже при существенном увеличении
интенсивности поступления деталей (l2 и l3).
На рис. 7 показаны номера МТХОij, у которых повышается коэффициент ис-
пользования с ростом интенсивности поступления ТИ. На эти МТХОij технологам
нужно обратить внимание в первую очередь. При переходе на стратегию St3 ре-
монта ТИ отметим рост коэффициента использования МТХОij. При малой же ин-
тенсивности поступления изделий очередей к МТХОij практически нет. Поэтому,
с точки зрения технологии организации ремонтных работ, у исследуемого ТП нет
существенных замечаний. Это обстоятельство подтверждает тот факт, что сдер-
живающим фактором у исследуемого ТПП ремонта ТИ является отсутствие ре-
сурсов предприятия в необходимом количестве.
На рис. 8 приведена диаграмма ранжирования ресурсов в той же системе ко-
ординат (η, LT) при различных значениях интенсивности поступления на пред-
приятие ТИ и разных стратегиях обслуживания Stj. Анализ этих диаграмм пока-
зал, что при стратегии St1 только два ресурса (Res2 и Res7) являются тормозом в
пропускной способности ремонта изделий, причем ресурс Res7 с увеличением ин-
тенсивности поступления деталей (с l1 до l3) постепенно превращается из узкого
места № 2 (несбалансированность загрузки ресурса) в узкое место № 1 (не справ-
ляется с потребностями в этом ресурсе всех МТХОij).
При второй и третьей стратегиях (St1 и St2) ресурсы Res2 и Res7 продолжают
лимитировать пропускную способность ТПП, но узким местом они становятся
только при высокой интенсивности изделий l3. Все остальные ресурсы практиче-
ски мало используются. Итогом анализа рис. 8 является необходимость увеличе-
ния ресурсов Res2 и Res7, что обеспечит возможность увеличения пропускной
способности ремонта изделия.
Имитационное моделирование
технологического процесса производства с иерархической структурой
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 3 101
Классификация МТХО (st3)
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
Классификация МТХО (st3)
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
Классификация МТХО (st3)
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
Классификация МТХО (st2)
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
Классификация МТХО (st2)
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
Классификация МТХО (st2)
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
Классификация МТХО (st1)
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
Классификация МТХО (st1)
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
Классификация МТХО (st1)
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
Рис.7. Диаграммы ранжирования {МТХОij} в системе координат (h, LT)
при различных значениях интенсивности l и стратегиях обслуживания St
В. Д. Левчук
102
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999 0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
0
0,333
0,666
0,999
0 0,333 0,666 0,999
Рис. 8. Диаграммы ранжирования ресурсов в системе координат (h, LT)
при различных значениях интенсивности l и стратегиях обслуживания St
Приведенный выше анализ рис. 5–8 показывает, что программа ИМ ремонта
ТИ дает предсказуемые результаты. На этом можно считать завершенной апроба-
цию ПТИ ТПП с иерархической структурой.
Заключение
В процессе постановки ИЭ было показано, что разработанный ПТИ имита-
ционного моделирования ТПП с иерархической структурой является эффектив-
ным средством изучения данных объектов. Инструментарий симулятора MICIC4
Имитационное моделирование
технологического процесса производства с иерархической структурой
ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2006, Т. 8, № 3 103
позволяет внести всевозможные изменения в базовую ИМ ПТИ и настроить ее на
конкретную производственную ситуацию.
1. Технология системного моделирования / Под общ. ред. С.В. Емельянова, В.В. Калашнико-
ва и др. — М.: Машиностроение; Берлин: Техник, 1988. — 520 с.
2. Лоу А., Кельтон В. Имитационное моделирование. Классика CS. 3-е изд. — СПб.: Питер;
К.: BHV, 2004. — 847 с.
3. Левчук В.Д. Базовая схема формализации системы моделирования MICIC4 // Проблеми
програмування. — 2005. — № 1. — С. 85–96.
Поступила в редакцию 27.06.2006
Введение
Введение
Краткая характеристика схемы реализации проекта
на имитационное моделирование
Главные положения концептуальной модели технологического
процесса производства с иерархической структурой
Взаимодействие подсистем и элементов имитационной
модели технологического процесса производства
Реализация экспериментов с имитационной моделью
Результаты апробации имитационного моделирования
производства тестового изделия
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50855 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1560-9189 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:35:52Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут проблем реєстрації інформації НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Левчук, В.Д. 2013-11-05T00:41:24Z 2013-11-05T00:41:24Z 2006 Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой / В.Д. Левчук // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2006. — Т. 8, № 3. — С. 89-103. — Бібліогр.: 3 назв. — pос. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50855 007: 681.3 Предложен подход к формализации технологических процессов производства с иерархической структурой на основе инструментальных средств симулятора MICIC4. В процессе постановки имитационных экспериментов было показано, что разработанный инструментарий является эффективным средством изучения данных объектов. Запропоновано підхід до формалізації технологічних процесів виробництва з ієрархічною структурою на основі інструментальних засобів симулятора MICIC4. У процесі проведення імітаційних експериментів було показано, що розроблений інструментарій є ефективним засобом вивчення даних об’єктів. The approach to the formalization of technological processes of production with the hierarchical structure on the base of the simulator MICIC4 tools is offered. It is shown by simulation experiments designing that developed tools are effective for these objects studying. ru Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Експертні системи та підтримка прийняття рішень Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой Імітаційне моделювання технологічного процесу виробництва з ієрархічною структурою Simulation of a Technological Process of Production with the Hierarchical Structure Article published earlier |
| spellingShingle | Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой Левчук, В.Д. Експертні системи та підтримка прийняття рішень |
| title | Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой |
| title_alt | Імітаційне моделювання технологічного процесу виробництва з ієрархічною структурою Simulation of a Technological Process of Production with the Hierarchical Structure |
| title_full | Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой |
| title_fullStr | Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой |
| title_full_unstemmed | Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой |
| title_short | Имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой |
| title_sort | имитационное моделирование технологического процесса производства с иерархической структурой |
| topic | Експертні системи та підтримка прийняття рішень |
| topic_facet | Експертні системи та підтримка прийняття рішень |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50855 |
| work_keys_str_mv | AT levčukvd imitacionnoemodelirovanietehnologičeskogoprocessaproizvodstvasierarhičeskoistrukturoi AT levčukvd ímítacíinemodelûvannâtehnologíčnogoprocesuvirobnictvazíêrarhíčnoûstrukturoû AT levčukvd simulationofatechnologicalprocessofproductionwiththehierarchicalstructure |