авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Методы и средства выбора и оценки эффективности технического оснащения технологических процессов

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ПищухинА Татьяна Александровна

Методы и средства выбора и оценки эффективности технического оснащения технологических

процессов

05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка информации

(информационные и технические системы)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Краснодар 2007

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом
университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Лойко Валерий Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Макаров Валерий Федорович

кандидат технических наук, доцент

Григорьев Николай Федорович

Ведущая организация:

МНТК «Микрохирургия глаза»
(Оренбургский филиал)

Защита состоится 07 ноября 2007 года в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д212.100.04 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, дом 2,
корпус А, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Кубанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан ___ октября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. техн. наук, доцент Власенко А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования.

Концептуальной теорией, определяющей выбор технического оснащения технологических процессов при массовом производстве, является теория производительности труда Шаумяна Г.А., подразумевающая в конечном итоге выбор самых производительных технических средств. Однако производительность не всегда является решающим критерием, а от технических средств и систем в современных условиях требуется высокая гибкость.

Синтез гибких технических средств можно осуществлять, пользуясь идеологией групповой технологии Митрофанова С.П., при которой производственные процессы объединяются в группы с близкой технологией, что повышает загрузку технического оборудования. Но выбор технических средств при этом носит организационный эвристический характер, лишь косвенно учитывает эффективность и совсем не учитывает готовность технических средств к внедрению, а также возможность их модернизации.

С применением метасистемной идеологии Дж. Клира намечен подход к структурному синтезу гибких производств. На основе подобного подхода, названного в системологии метасистемным, может быть развита общая методология для синтеза гибких технических систем.

Выбор технических средств оснащения технологических процессов связан с анализом огромного количества вариантов систем. Оно растет пропорционально mn, где m – количество элементов, включенных в техническую систему, а n – количество вариантов реализации этих элементов. Метасистемная идеология позволяет создать компьютерную систему оценки эффективности синтезируемых технических средств оснащения, решающую проблему множественности выбора.



Целью исследования является разработка методов и средств для выбора и оценки эффективности технического оснащения технологических процессов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач научного характера, вызванных противоречиями между состоянием теории и практики:

1 Развить основные теоретические положения в части методологии оценки эффективности технического оснащения технологических процессов.

2 Исследовать и разработать критерии эффективности технических средств и систем.

3 Разработать архитектуру системы компьютерной поддержки для выбора и оценки эффективности технического оснащения.

4 Разработать методики выбора и оценки эффективности технического оснащения и на их основе – соответствующую программу.

В качестве объекта исследования выбран процесс технического оснащения заданной технологии изготовления продукции.

Предметом исследования являются методы и средства выбора и оценки эффективности технических систем.

Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, теории стохастических марковских процессов, оптимального управления, дифференциальное и интегральное исчисления функций одной и многих переменных, методы компьютерного моделирования, векторная алгебра и геометрия.

Научная новизна работы заключается в применении метасистемного подхода к решению задач синтеза высокоэффективного технического оснащения технологического процесса и включает следующие результаты:

- метасистемная модель и комплексный критерий для выбора технического оснащения технологического процесса, позволяющие методом иерархического перебора альтернатив выбрать наиболее эффективный вариант технического оснащения;

- траекторный метод планирования стратегии выбора технического оснащения, заключающийся в построении на многомерном пространстве параметров, границ областей эффективности технических систем, что позволяет прогнозировать последовательность и моменты начала обновления технических систем;

- модель управления интенсивностью приложения управляющих воздействий в функции времени и рыночной стоимости продукции, позволяющая организовать техническое оснащение технологии изготовления этой продукции в виде сетевого графика;

- критерий и методика оценки комплексной сложности технологического процесса, основанные на применении принципов дескриптивности и нечеткости, с помощью которых определяются затраты на техническое оснащение;

- архитектура и алгоритмы функционирования системы компьютерной поддержки для адаптивного выбора и оценки эффективности технического оснащения технологических операций.

Практическая значимость. Разработанный программный инструмент можно использовать в качестве базовой компоненты при синтезе текущего и перспективного технического оснащения технологических процессов.

Практический интерес представляет методика оценки сложности технологических процессов, а также методика оценки эффективности интегрирования технических средств.

Реализация результатов работы. Результаты работы применены в МНТК «Микрохирургия глаза» (Оренбургский филиал), а также в учебном процессе Оренбургского государственного университета, что подтверждается соответствующими актами внедрения.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на региональной научно-практической конференции "Современные информационные технологии в науке, образовании и практике" в г. Оренбурге в 2002 г.; на международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Компьютеры. Программы. Интернет. 2003» в г. Киеве; на Всероссийской научно-практической конференции «Современные аспекты компьютерной интеграции машиностроительного производства» в г. Оренбурге в 2003 г.; на I Всероссийской научно-практической конференции «Здоровьесберегающие технологии в образовании» в г. Оренбурге в 2003 г.; на 24 Российской конференции «Новые технологии микрохирургии глаза» в г. Оренбурге в 2003 г.; на Всероссийской научно-практической конференции "Современные информационные технологии в науке, образовании и практике" в г. Оренбурге в 2004 г.; на научно – техническом совете Всероссийского научно – исследовательского и испытательного института медицинской техники в Москве; на научных семинарах кафедры медико-биологической техники, кафедры программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем и расширенном заседании кафедры систем автоматизации производства Оренбургского государственного университета в 2003-2006 г, на Всероссийской научно – практической конференции «Методологические особенности и проблемы совершенствования преподавания финансово – экономических дисциплин» в г.Краснодаре в 2006г.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, 4 главы, заключение, список литературы из 114 наименований и приложения. Общий объем работы составляет 122 страницы, в том числе 81 страница машинописного текста, 25 рисунков и 4 таблицы.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 работ, в том числе две статьи в издании, рекомендованном ВАК РФ, получен патент РФ на изобретение и зарегистрирована программная система.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы проблема, цель и задачи исследования, раскрыты его теоретико-методологические основы, представлены полученные результаты и их научная новизна, теоретическая и практическая значимость исследования, а также апробация результатов.

В первой главе рассматриваются существующие теории, схемы и технические средства, повышающие эффективность технологических процессов. Конкретизируется проблема адаптивного выбора технических средств. Проводится подробный анализ имеющейся по этому вопросу патентной и научно – технической литературы и констатируется, что в последнее время главной тенденцией в техническом оснащении технологических процессов является повышение его гибкости.

В теоретическом плане для выбора технических средств применяется либо теория производительности труда Шаумяна Г.А., либо идеология групповой технологии Митрофанова С.П. Первая справедлива лишь для массового производства, а вторая не доведена до математической оценки. Поэтому, на взгляд автора, преимущество имеет метасистемная идеология выбора технических средств, основы которой разработаны для структурного синтеза гибких производственных систем.

В соответствии с выявленными противоречиями между потребностями практики и состоянием теории в конце главы ставится научная задача, формулируется цель и задачи исследования.

В начале второй главы показано, что процесс выбора эффективных технических средств носит иерархический и метасистемный характер. Предложена метасистемная модель для оптимального их выбора (рисунок 1). На вход метасистемы поступает информация о технологии, нуждающейся в техническом оснащении. Система компьютерной поддержки анализирует требования, задаваемые ею, а также опыт прошлой работы, и выбирает один или несколько вариантов однократного технического оснащения либо стратегию пооперационного внедрения технических средств.

На основе метасистемной модели поставлены и рассмотрены возможности решения шести метасистемных задач:

1 Выявление областей применимости каждой из систем технического оснащения или их сочетаний к группе технологических процессов и операций.

2 Разработка оптимальной стратегии модернизации путем замены данной системы технического оснащения на новую одиночную или группу одновременно используемых.

3 Выявление и обеспечение степени готовности систем технического оснащения к использованию.

4 Решение вопросов о сочетаемости различных технических систем путем поиска согласованных технических средств.

5 Задача оптимального перераспределения общесистемных ресурсов при техническом оснащении технологического процесса.

6 Задача синтеза метасистемы – формирование оптимального портфеля технических средств.

Рассмотрены существующие методы решения этих задач. Особое внимание уделено разработке новой методики траекторного планирования стратегии выбора технических средств, а задача управления готовностью системы технического оснащения к внедрению вынесена в отдельную главу.

Траекторный метод заключается в построении в многомерном пространстве параметров (под которыми понимаются: быстродействие, точность, геометрические размеры, тип привода, степень автоматизации, технико-экономические показатели, уровень потребности в техническом оснащении, финансовое и кадровое состояние предприятия) границ областей эффективности технических систем (рисунок 2). В каждый момент времени признаки многомерного пространства имеют конкретные значения, и, стало быть, задают изображающую точку. На основе движений этой точки можно прогнозировать последовательность и моменты начала модернизации технического оснащения технологического процесса.





При изменениях координат, обусловленных возмущающим процессом, изображающая точка начинает двигаться. В результате за некоторый промежуток времени имеем вектор перемещения. По этому вектору осуществляется прогноз, отвечающий на вопросы: какие методы и технические средства и в какой момент времени необходимо будет готовить в текущей ситуации, чтобы

  Траекторный метод-1

Рисунок 2 – Траекторный метод планирования стратегии выбора технического оснащения

успеть своевременно переключиться на них при прохождении изображающей точкой через границы областей эффективности.

В конце главы обосновывается понятие адаптивного выбора. При этом под выбором понимают выделение подмножества В из множества систем технического оснащения А (В А), наиболее соответствующего цели выбора.

В данном исследовании целью выбора является повышение эффективности технологии, оцениваемое коэффициентом удельного эффекта, готовностью к внедрению и сочетаемостью с прогнозируемой модернизацией. Причем в разных задачах составляющие этой цели выступают на первый план, изменяя цель и делая выбор технических средств адаптивным. Следовательно, комплексный критерий выбора должен включать с соответствующим весом (оцениваемым коэффициентами ) коэффициент удельного эффекта (), готовность технической системы к внедрению (Г) и сочетаемость ее (С) с модернизирующей

. (1)

Выбранные технические средства будут наиболее эффективными, если интегрированная из них система будет иметь самое высокое значение этого коэффициента, названного комплексным критерием выбора.

В третьей главе рассмотрен вопрос об оценке и оптимальном управлении уровнем готовности системы технического оснащения к внедрению.

Математически постановка задачи выглядит следующим образом.

Внешним (возмущающим) процессом при техническом оснащении является изменение потребности и, соответственно, рыночной стоимости продукции, для изготовления которой используется данный технологический процесс. Считая его марковским, воспользуемся уравнением Колмогорова с правой частью:

, (2)

где – плотность вероятности превышения рыночной стоимостью X данной продукции уровня себестоимости ее изготовления;

а – коэффициент сноса;

b – коэффициент диффузии;

f(t) – возмущающее воздействие.

Для адекватного функционирования метасистема, включающая набор систем технического оснащения, перспективных для данного технологического процесса, должна подчиняться тому же уравнению, что и внешний процесс с добавлением в правой части управляющего воздействия u(X,t). Самостоятельность метасистемы выражается в другой величине - плотности вероятности, которая отражает готовность соответствующей системы технического оснащения к использованию 1. Таким образом, уравнение (2) преобразуется к следующему виду:

. (3)

Принимая, что оба процесса подвергаются одинаковым возмущениям, и подставляя сюда вместо f(t) его выражение из уравнения (2), после приведения подобных членов получаем:

. (4)

Или, принимая для упрощения

, (5)

преобразуем уравнение (4) к следующему виду

. (6)

Примем в соответствии с теорией аналитического конструирования оптимальных регуляторов, предложенной профессором Летовым А.М., в качестве критерия оптимальности сумму квадратов потерь (с размерным коэффициентом q), зависящих от разности вероятностей (5) и затрат управляющих воздействий:

. (7)

В такой постановке задача оптимизации включает критерий (7), уравнение (6) с соответствующими начальными и граничными значениями. Кроме того, в зависимости от времени начала подготовительных операций по отношению к возникающей потребности в техническом оснащении, меняется интенсивность подготовки и, соответственно, затраты на управление. Это означает, что имеет место задача с подвижной верхней границей, и, следовательно, на этой границе должно выполняться условие трансверсальности экстремалей функционала (7) кривой, по которой скользит верхняя граница.

Данная задача оптимизации относится к классу задач на условный экстремум и сводится к классическому случаю с помощью одного множителя Лагранжа :

. (8)

Для нахождения экстремалей данного функционала составляем три уравнения Остроградского.

Сюда же добавляем условия трансверсальности на подвижной границе функционала:

, (9)

где - уравнение кривой, по которой скользит верхний предел функционала, f – подинтегральная функция в (7). Здесь штрих сверху символа означает дифференцирование по параметру, приведенному в качестве нижнего индекса, а точка - дифференцирование по времени.

Чем больше времени на подготовку, тем интенсивность проведения подготовительных мероприятий ниже. И, наоборот, она возрастает до бесконечности, если время на подготовку приближается к нулю. Следовательно, в качестве кривой скольжения можно принять гиперболу:

, (10)

где k – коэффициент пропорциональности, А - виртуальная работа управляющих воздействий.

Подстановки и упрощения дают:

. (11)

Из этого уравнения можно определить оптимальное время , необходимое на подготовительные мероприятия.

Для определения управляющих воздействий имеем:

. (12)

Ввиду отсутствия стандартного программного обеспечения для решения уравнений в частных производных третьего порядка, данное уравнение решалось с помощью специально разработанной программы. Некоторые результаты представлены на рисунках 3 и 4.

  Изменение управляющих-17

Рисунок 3 – Изменение управляющих воздействий во времени

  Изменение управляющих-18

Рисунок 4 – Изменение управляющих воздействий в зависимости от

рыночной стоимости продукции

Таким образом, поставлена и решена задача оптимизации степени готовности технической системы к внедрению. В результате найдена оптимальная зависимость распределения управляющих воздействий, готовящих техническую систему к внедрению во времени.

В четвертой главе рассмотрено практическое исследование и программная реализация системы компьютерной поддержки выбора технического оснащения технологических процессов.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.