close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Эффективное проектирование транспортно-складских систем..pdf

код для вставкиСкачать
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 11. Ч. 2
УДК 658.512.6
ЭФФЕКТИВНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ТРАНСПОРТНО-СКЛАДСКИХ СИСТЕМ
К.А. Куцелап, В.П. Вороненко, А.Э. Шалдов
Рассматривается методика проектирования транспорто-складских систем с
учетом решения таких задач, возникающих в процессе машиностроительного производства, как рациональная загрузка оборудования и минимизация величины грузопотока, проходящего по транспортной системе. Эта методика применима при линейном
расположении технологического оборудования и рассматривает различные вопросы
проектирования механообрабатывающего производства, от вопроса о совмещении
входа и выхода в производстве и определения характеристик стеллажей и до размещения оборудования в цехе.
Ключевые слова: расстановка оборудовании, эвристические алгоритмы,
транспортно-складская система, принципы формирования производственных участков.
При формировании и эксплуатации производственных систем современного предприятия по производству машиностроительной продукции
большую роль играет организация высокоэффективной транспортноскладской системы и обеспечение рациональной загрузки основного оборудования, позволяющей сократить количество «узких» мест на производственных участках.
Это объясняется тем, что до 95 % времени производственного цикла изготовления детали составляет время, затрачиваемое на транспортировку, загрузку, хранение, включая установочно-разгрузочные операции и
ожидание заготовок на станках.
Эффективность производственного процесса во многом зависит от
способа реализации транспортирования, поскольку транспортные операции являются непосредственным выражением материальных связей между
отдельными этапами технологического процесса. Транспортная система
должна своевременно и в требуемой последовательности обеспечить выполнение всех запросов основного оборудования, накопителей и склада в
необходимых полуфабрикатах, а также в ряде случаев режущими инструментами и технологической оснасткой.
Современное машиностроение характерно значительным повышением серийности выпуска продукции. Предприятия вынуждены расширять
и периодически обновлять номенклатуру выпускаемых изделий, что объясняется непрерывным совершенствованием конструкций машин и технологии их производства. В связи с этим, в настоящее время во всем мире
широкое распространение получают гибкие автоматизированные участки
механообработки. На таких участках целесообразно применять линейную
планировку (рис. 1), так как она наиболее эффективна для использования
84
Машиностроение и машиноведение
при многономенклатурном производстве [1]. В этом случае автоматический стеллажный кран-штабелер выполняет одновременно две функции:
обслуживает склад и исполняет роль транспортной системы по обслуживанию основного оборудования.
Концепция создания автоматизированных транспортно-складских
систем (АТСС) включает комплексный подход к вопросам проектирования
и эксплуатации основного технологического оборудования, транспортноскладских и погрузочно-разгрузочных средств.
1
2
3
4
5
1
6
Вст
6
Lст
Lс
5
4
Lк
3
Впр
2
Рис. 1. План расположения оборудования участка ГПС
механообработки: 1 – гибкие производственные модули;
2 – устройство приема-выдачи грузов у ГПМ (накопитель);
3 – подкрановые пути для крана-штабелера; 4 – конвейер-накопитель;
5 – стеллажи трехъярусные; 6 – автоматический стеллажный
кран-штабелер
В качестве исходной информационной базы для проектирования
АТСС используют следующие данные:
номенклатура выпускаемых изделий;
габаритные размеры и масса заготовок или деталей;
перспективная программа предприятия по выпуску изделий;
технология изготовления деталей или сборки изделий;
основные технико-экономические показатели предприятия и
отдельных производств и т.д.
Большое внимание надо уделить оптимизации материальных потоков, так как оптимальные материальные потоки и структура транспортноскладской системы в значительной степени определяет загруженность
оборудования, величину занимаемой площади, количество потребляемой
энергии, эксплуатационные расходы и мобильность производственной
системы. При оптимальной схеме расстановки станков на производственном участке потребуется меньшее количество транспортных средств, сократятся простои оборудования, и улучшится управление производством.
85
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 11. Ч. 2
Критерием для оценки при выборе оптимальной схемы размещения технологического оборудования принимается минимум мощности грузопотока
(материального потока) [2].
При выполнении компоновочных и планировочных этапов проектирования может быть использован интегральный критерий, представляющий собой векторный функционал: f (W1, W2)→ ext, где W1, W2 — оптимизационные критерии; W1 — критерий минимума мощности грузопотока, тм/год.
n
ω
W1 = ∑ ∑ Qi lαγi ,
i =1αγ =1
(1)
где п — число наименований изделий, перемещаемых в год; ω — число
операций в производственном процессе изготовления i-ro изделия; Qi —
масса изделий i-го наименования, перемещаемых за год, т; lαγι — расстояние между α-й и γ-й производственными операциями, между которыми
происходит перемещение i-ro наименования изделия, м; W2 — критерий
максимального съема продукции с единицы объема цеха (участка) в год;
W2 = N/V, шт/м3год, где N — программа выпуска изделий в цехе, шт/год; V
— общий объем цеха, м3.
Оптимизация по критерию максимума съема продукции с единицы
объема позволит создавать компактные производственные системы, экономить производственные площади и снизить стоимость производственных зданий.
При многокритериальной оценке качества проектного решения ряд
частных показателей может иметь различную размерность, но они приводятся к одной путем введения весовых коэффициентов, которые определяют на основании статистических данных и в общем случае отражают
степень влияния каждого показателя на приведенные затраты. Таким образом, интегральный показатель оценки качества проектного решения определяется как сумма частных показателей, взвешенных по их значимости:
m
Wи = ∑Wi ki ,
i =1
где ki - весовой коэффициент при i-м частном критерии; m – количество
частных критериев.
Точность принятия решений при многокритериальной оценке зависит от объективности принятых весовых коэффициентов ki, которые
должны отражать конкретные производственные условия. В ряде случаев
число частных показателей может возрасти по сравнению с вышерассмотренным двухкритериальным случаем. В частности, могут дополнительно
быть введены другие частные критерии: трудоемкость и станкоемкость изготовления изделий, цикл их изготовления, коэффициент загрузки основного оборудования, протяженность коммуникаций и др. Однако при выбо86
Машиностроение и машиноведение
ре числа критериев следует учесть, что чрезмерное их число может не привести к желаемому эффекту вследствие роста суммарной погрешности интегрального критерия и трудоемкости проектных работ.
Основным путем снижения трудоемкости транспортных операций
является применение автоматизированных транспортных средств на производственных участках (подвесные толкающие конвейеры, самоходный
тележечный транспорт с управлением от ЭВМ, робокары, роликовые конвейеры и др.). Использование однотипных транспортных средств в производственной системе упрощает их управление и обслуживание.
Для автоматизации загрузки и разгрузки основного оборудования, а
также стыковки его с транспортной системой следует использовать промышленные роботы или агрегаты загрузки спутников.
Далее рассмотрим методику создания высокоэффективных производственных систем. Для проектных расчетов необходимы следующие исходные данные:
номенклатура изготавливаемых деталей;
объем их выпуска;
массы изготавливаемых деталей;
маршруты изготовления с указанным оборудованием и штучнокалькуляционным временем для каждой операции;
эффективный годовой фонд времени работы оборудования.
1. Выбор схемы расположения оборудования на производственном участке. Типовые схемы установочных мест при линейном расположении технологического оборудования (Т.О.) приведены на рис.2. Оптимальное значение мощности грузопотока достигается при двустороннем
расположении оборудования вдоль транспортной трассы (рис. 2, в, г).
Схемы, приведенные на (рис. 2, а, б), используют в стесненных условиях,
чаще всего при реконструкции производства, а также при применении
крупногабаритного оборудования на производственном участке [4].
а
б
в
г
Рис. 2. Типовые схемы при линейном расположении оборудования
При совмещении входа и выхода с участка (рис. 2, б, г) происходит
сокращение холостых пробегов межоперационного транспорта, при распределении технологических операций по станкам в зависимости от вре87
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 11. Ч. 2
мени их изготовления сократится длина транспортных перемещений, повысится концентрация работ по приемке и отпуска грузов с производственного участка. Такие схемы используют при незначительных грузопотоках (не более 3 тыс. т/год), при больших грузопотоках используют схемы с
раздельными входом и выходом (рис. 2, а, в).
2. Расчет числа позиций загрузки и разгрузки. Функционально позиции загрузки, где производится установка заготовок в производственную
тару, и разгрузки, где изготовленные детали снимаются с производственной тары, могут быть либо разделены (рис. 2, а, в), либо объединены (рис.
2, б, г). При разделении этих функций на участке должно быть минимум
два рабочих места. При объединении на одном рабочем месте обеих операций таких позиций может быть и одна, если на ней успевают по времени
выполнить весь объем работ. Расчет необходимого числа позиций производят по формуле
где t – средняя трудоемкость операций на позиции (только загрузки или
разгрузки, если операции разделены, или суммарная, если обе операции
выполняются на одной позиции), (время формирования или расформирования транспортной партии в среднем около 5 мин); kдет - количество
транспортных партий; Фпоз – эффективный годовой фонд времени работы
позиции.
Для обеспечения нормальной работы производственного участка
при n>1 требуется две позиции загрузки/разгрузки, т. е. раздельный вход и
выход (рис. 2, а, в), при n<1 – одна – совмещенный вход и выход (рис. 2,
б, г).
3. Выбор принципа формирования производственных участков и
цехов. Важным этапом при технологическом проектировании участков и
цехов является выбор принципа их формирования, который, в свою очередь, зависит от сложности выпускаемой продукции, программы выпуска
изделий и режима работы производства. Существуют три принципа формирования производственных участков и цехов, определяющих форму организации производства: линейный, предметный и технологический.
При поточной форме организации производства используется линейный принцип, характеризующийся строго определенной последовательностью выполнения операций технологического процесса в каждый
момент времени. Чаще всего этот принцип реализуется в виде поточных
линий.
С повышением номенклатуры изготовляемых изделий становится
целесообразным использовать общность технологических маршрутов и
формировать производственные подразделения, используя предметный
88
Машиностроение и машиноведение
принцип. Применительно к формированию цехов — это создание механосборочных предметно-специализированных производств (например, цеха,
двигателей, шасси и т.п.), где сосредоточивается все оборудование, которое необходимо для полного изготовления сборочной единицы. Формирование участков по этому принципу производится в зависимости от конструктивного вида изделий, например, участок корпусных деталей, участок валов, и характеризуется использованием разнотипного основного
оборудования. Основным преимуществом данного принципа является повышенная ответственность за выпуск качественной продукции, короткие
материальные потоки и упрощается структура управления производством[5].
При значительной номенклатуре изготовляемых изделий эффективен технологический принцип формирования производственных
подразделений, характеризующийся выполнением однотипных операций
технологического процесса и использованием однотипного технологического оборудования. Применительно к созданию цехов этот принцип реализуется путем формирования специально механических и сборочных цехов, а участки создают в зависимости от вида выполняемой операции (например, участок токарный, фрезерный и т. п.). К преимуществам данного
принципа можно отнести: более полная загрузка основного оборудования,
единство системы управления для всех сборочных или механообрабатывающих работ, единый уровень требований к качеству выполнения операций и упрощение структуры управления на участке благодаря специализации работ.
Выбор принципа формирования участков и цехов оказывает большое влияние на синтез структуры производственной системы, т. е. обоснованное определение ее состава. При формировании структуры автоматизированных участков и цехов следует учитывать и ряд ограничений, например по виду обрабатываемого материала на участке, который накладывает
определенные условия по сбору и переработке стружки, по совместимости
основного оборудования и т.д [6].
Для выбора принципа формирования производственных подразделений можно использовать такой показатель, как степень кооперации,
которую определяют исходя из среднего числа материальных связей между основным оборудованием:
N
∑ ki
x = i =1 ,
N
где ki — число материальных связей, которыми i-e оборудование связано с
остальным оборудованием; N — количество основного оборудования в
структурном подразделении.
89
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 11. Ч. 2
При определении числа материальных связей учитывают направление грузопотока между основным оборудованием. Дублирующие материальные связи учитываются однократно.
4. Расчет необходимого количества основного оборудования. При
расчете количества технологического оборудования каждого типа на
предметно-замкнутых участках серийного производства используется
формула:
n
∑ tшт.кi N i
c р = i =1
Фэ ⋅ 60
,
где t ш-кi – штучно-калькуляционное время обработки i-го наименования заготовки; п – номенклатура изготавливаемых деталей на данном типе станка; Ni – объем выпуска i-й детали; Фэ – эффективный годовой фонд времени работы оборудования при двухсменной работе (3725 ч).
При расчете количества основного оборудования в мелкосерийном
производстве можно вместо Ni подставляется приведенная программа выпуска изделий Nпр , а вместо t ш-кi берется t ш-к детали представителя [7, 8].
Вычисленное значение Ср округляют до ближайшего большего целого числа, получая при этом количество основного оборудования Спр,
принятое для выполнения данной операции.
5. Присвоение инвентарных номеров оборудования и распределение операций по оборудованию. После расчета необходимого количества
оборудования необходимо каждой единице оборудования присвоить инвентарный номер, пример: 1, 2, 3 и т.д.
После этого максимально равномерно (исходя из станкоемкости обработки) распределяются операции изготовления деталей на каждую единицу оборудования таким образом, чтобы каждому инвентарному номеру
оборудования соответствовали закрепленные номера изготавливаемых деталей.
Для равномерного распределения операций между станками с учетом времени их выполнения предлагается использование специальной программы «Efficient scheduling». Данная программа была разработана на кафедре «Технология машиностроения» МГТУ СТАНКИН для оперативнокалендарного планирования на производстве, однако она также может
быть применена для равномерного распределения операций между единицами оборудования с учетом времени их выполнения, т.е. выравнивания
коэффициентов загрузки станков на производственном участке. Предварительно для ввода данных в программу надо разбить самые продолжительные по времени операции на технологические модули, представляющие
собой комплекты обрабатываемых поверхностей. При этом этим технологическим модулям также следует присвоить инвентарные номера.
90
Машиностроение и машиноведение
В качестве исходных данных в программу вводится число станков и
число операций (в программе используется термин модуль). Далее вводится время выполнения операций на каждом станке. Оно рассчитывается по
формуле Тшт.к•N, где N – число изготавливаемых деталей на операции. Например, если операцию с Тшт.к = 1,5 мин и объемом выпуска 50 000 деталей
разбили на две операции по 25 000 деталей, то продолжительность каждой
из этих двух операций составит 1,5•25 000 = 37 500 мин. Если какая-либо
операция не может быть выполнена на данном станке, то соответствующее
поле следует оставить пустым.
На следующем этапе необходимо ввести параметры расчета, определяющие работу алгоритма. Поля «число итераций» и «время расчета»
определяют, как долго будет выполняться расчет.
В результате расчета программа выдает две таблицы. В первой из
них указано распределение операций (модулей) между станками. В следующей таблице приводятся коэффициенты загрузки оборудования. Если
все они меньше единицы, тот программа корректно распределила операции по станкам. Если нет – то программа не смогла при таких исходных
данных найти правильное распределение. В этом случае, возможно, на
расчет было выделено мало времени. Если увеличение времени расчета не
исправило ситуацию, то надо изменить исходные данные – увеличить число станков.
6. Определение характеристик стеллажа. Основной расчетной
характеристикой стеллажа является его вместимость, которая определяется
исходя из числа производственной тары с полуфабрикатами, необходимой
для полной загрузки станков во время работы производственного участка.
Расчет производится исходя из среднестатистических величин станкоемкости изготовления деталей и их объема выпуска.
Расчет основных параметров складской системы начинают с выбора
нормы запаса хранения mi. Для производственных участков мелкосерийного производства она рекомендуется около 3 суток [3]. Зная норму запаса
хранения в днях, определяют запас хранения соответствующей группы
грузов (т) по формуле
S1 =
Qi mi
,
365
где Qi — годовое поступление груза соответствующего наименования (или
приведенный грузопоток для группы полуфабрикатов), т/год.
Выбрав размеры производственной тары из стандартного ряда с
учетом размеров накопителей у станков, приемных устройств транспортных средств и размеров ячеек в стеллажах, определяют величину транспортной партии с учетом компактного размещения в ней заготовок, а, следовательно, и количество ячеек на складе Ря. При размещении заготовок в
таре следует учесть толщину схвата робота и минимальную величину разжима схвата.
91
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 11. Ч. 2
Высоту яруса стеллажа можно определить, зная высоту тары, максимальную высоту груза с и зазор е между верхом лежащего на нем груза
до низа опорной поверхности следующей по высоте тары с грузом, по
формуле
ся= с + ∆ +е.
Число ярусов рассчитывают по формуле:
 H − hн − hв 
z = ε x
 + 1,
cя


где hн – высота над полом нижнего яруса; hв – расстояние от низа строительных конструкций покрытия здания до опорной поверхности верхнего
яруса стеллажей или штабеля; Нх - высота цеха. Выражение ε {…} означает, что берется целая часть от расчетного числа. Число рядов в зоне хранения
у = Ря/(ршz),
где рш - количество тары по ширине ячейки (1).
Длину, занятую грузами в зоне хранения (рис. 1), рассчитывают по
формуле
Lcт= уА = у (а+ 2 λ +χ),
где А - длина ячейки стеллажа; а - длина грузовой единицы (размер вдоль
зоны хранения); χ - толщина стоек стеллажей; рд - количество тары по
длине ячейки каркасного стеллажа; λ - зазоры между грузовыми единицами или между грузовой единицей и стойкой стеллажа.
При определении площади зоны хранения учитывают ширину стеллажа (рис. 1), рассчитывают по формуле Вст == рг (b + λ1), где b — ширина
грузовой складской единицы, т. е. размер, в направлении которого ее устанавливают вглубь стеллажа, м; λ1= 0,05 ... 0,1 м — зазор между грузом и
краем стеллажа или между грузами; рг — количество тары по глубине
ячейки.
Исходя из длины стеллажа Lcт определяют длину транспортного пути крана-штабелера Lс. Ширину транспортного пути Впр определяют из
технической характеристики крана-штабелера.
7. Определение числа транспортных средств. Количество транспортных средств определяют исходя из машиноемкости Тм.е транспортных
операций, которую рассчитывают по следующей формуле:
T м .е =
Z Ti Tц
.
Z Т . Пi 60
Здесь Тц – средняя длительность одного рейса или одного цикла работы
транспортного средства, мин; ZTI – грузопоток i-го наименования груза, ед.
тары/год; Zт.пi – величина транспортной партии i-го наименования груза,
ед. тары (1).
92
Машиностроение и машиноведение
Сi ,
где ZTI – грузопоток, ед. тары, по определенной группе изделий; Qi – грузопоток по определенной группе, т; Сi – средняя грузовместимость тары, т.
Длительность обслуживания заявки определяется типом транспортного средства, его скоростными характеристиками и протяженностью
трассы. Для циклических транспортных средств длительность обслуживания (мин) при двухадресном режиме работы Тц = 2 (tр +tт + 1,075tv +tв.п ),
где tр – время разгона транспортного средства, (0,1 мин); tт – время его
торможения; tv – время движения на маршевой скорости, мин; tв.п – время
отработки цикла взять-поставить. Для расчета tv используют средний путь
движения на маршевой скорости, который равен 0,5 длины транспортной
трассы, а скорость движения зависит от типа транспортного средства.
Количество транспортных средств определяют по формуле
ZTI =Qi/
n
∑Т
N тр
= i =1
м .е к с
Ф эк з
,
где Кс = 1,2 ... 1,6 — коэффициент спроса, учитывающий неравномерность
поступления заявок на обслуживание в единицу времени; Кз = 0,7 ... 0,8 –
коэффициент загрузки транспортного средства; Фэ – эффективный годовой
фонд времени работы принятого типа транспортного средства; n – число
грузопотоков, обслуживаемых данным типом транспорта.
На рис. 3 показан порядок нумерации позиций, на которых могут
устанавливаться станки при размещении оборудования в два ряда и с раздельными входом и выходом.
Рис. 3. Порядок нумерации позиций
в производственном участке
8. Оптимальное размещение основного оборудования на производственном участке. Решение вопроса о размещении оборудования на
производственных участках сложная логистическая задача, т.к. имеется
множество различных технологических процессов изготовления изделий.
Данная задача относится к классу задач комбинаторной оптимизации.
Пусть на участке есть n рабочих установочных мест, где надо разместить n
единиц оборудования.
93
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 11. Ч. 2
Задача оптимизации расстановки оборудования относится к NPполным задачам, при решении которых точными методами оптимизации
время сходимости алгоритма экспоненциально увеличивается в зависимости от количества единиц размещаемых объектов. Число возможных вариантов планировки участка определяется количеством возможных перестановок оборудования. При проектировании участков часто приходится
иметь дело с количеством станков на них N>10, где метод полного перебора применить невозможно, так как количество возможных вариантов N!
Поэтому для решения таких задач используют специальные методы оптимизации, сокращающие число переборов вариантов планировки. Естественно, что для применения подобных методов оптимизации необходимо
использование компьютеров и специального программного обеспечения.
Наиболее перспективными видятся методы, основанные на достижениях в сфере комбинаторной оптимизации. Значимым преимуществом
этих методов является сравнительно быстрое нахождение оптимального
решения. При этом стоит учитывать, что решение задачи не является конечным, а находится за определенное, заранее установленное, количество
итераций, постепенное увеличение количества которых, как правило, позволяет получать все более эффективные решения. В противном случае,
система может достигнуть определенного состояния, после которого новые итерации не будут приводить к улучшению целевой функции. Доказательством успешности данных методов можно считать возросшее количество работ, посвященных какому-либо из комбинаторных методов. Например, метод муравья и более продвинутый – метод муравьиной колонии,
рассмотренные в работах В.П. Вороненко и Я.В. Соколовой
Методика решения основана на использовании принципа генетических алгоритмов и тесно связана с применением искусственных интеллектуальных систем. Суть методов заключается в вариативном выборе
случайных путей, наиболее эффективные из которых, по мере передвижения виртуальных муравьев по графам матрицы, моделирующей расположение оборудования, помечаются так называемым «феромоном», и после
чего становятся более предпочтительными при возможности их повторного использования. Метод муравьиной колонии соответственно представляет из себя полиноминальный вариант решения задачи, при котором несколько муравьев размещаются в случайно определенных вершинах графа
матрицы.
Общая целевая функция оптимального размещения оборудования
может быть представлена в виде
n + 2 n + 2n + 2 n + 2
G k = ∑ ∑ ∑ ∑ xid x jp adpcij 
→ min,
i =1 j =1 d =1 p =1
94
Машиностроение и машиноведение
где Gk – суммарный грузопоток при варианте расстановки станков k, т/год;
n – число станков и позиций установки; сij – «стоимость» передачи объектов от позицииi к позиции j (удельное расстояние между позициями i и j),
м; аdp – суммарный грузопоток при передаче деталей от станка d
к станку p,
1, если d-й станок устанавливается на i-ую позицию;
xid=
0 в противном случае.
1, если деталь передается с p-го станка на j-й;
yij=
0 в противном случае.
Таким образом, задача расстановки станков сводится к нахождению
такого варианта расстановки k, при котором суммарная мощность грузопотока G будет минимальна.
Схема движения грузопотоков задается матрицей А[i,j], где номер
строки i – номер станка, от которого поступает полуфабрикат (поставщик),
а номер столбца j – номер станка, к которому полуфабрикат (потребитель)
движется. Значения матрицы соответствуют величинам грузопотоков.
Для расчёта целевой функции используется также матрица расстояний C[i,j], такой же размерности, что и матрица грузопотоков, в ячейках
которой записываются расстояния между позициями. Расстояние между
станками по фронту и до проезда и ширина проезда определяются по соответствующим нормам. Матрица расстояний формируется в зависимости от
выбранной схемы расположения оборудования и позиций загрузки и разгрузки деталей и заготовок. Станки в матрице грузопотоков ставятся в соответствии с выбранной последовательностью расстановки оборудования
на позициях в матрице расстояний. При двухрядном расположении и разделении позиций загрузки и разгрузки матрицы будут иметь вид (рис. 4).
Пример матрицы грузопотоков А[i, j]
с т а н
Т1 Т2
загр 5,6 7,3
Т1
Т2
Ф2
АТ1
С2 2,3
АТ2
к и/п о
Ф2 АТ1
2,3
5,6
7,3
5,6
2,3
з и ц и и
С2 АТ2 разг
2,3
2,3
5,6
7,3
5,6
7,3
Пример матрицы
расстояний C[i, j]
п о з и ц и и
1 2 3 4 5 6 разг
загр 3 3 4 4 5 5
- 1 2 2 3 3
5
1
1 - 2 2 3 3
5
2
2 2 - 1 2 2
4
3
2 2 1 - 2 2
4
4
3 3 2 2 - 1
3
5
3 3 2 2 1 3
6
Рис. 4. Пример матрицы
Значение целевой функции G рассчитывается путем перемножения
соответствующих ячеек матриц А[i,j] и С[i,j] и последующего их сложения.
95
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 11. Ч. 2
Пример расчета значения целевой функции
G=5.6*3+7.3*3+2.3*4+5.6*2+2.3*5+7.3*2+5.6*1+2.3*2+2.3*1+5.6*2+7.3*2+
+2.3*3+5.6*3+7.3*3=169.1 тм/год.
Минимальное значение величины G обеспечивает оптимальную
расстановку оборудования на участке.
Для нахождения расстановки, которая позволяет достичь минимального значения мощности грузопотока, можно использовать программу
«Ants for QAP 30», разработанную на кафедре «Технология машиностроения» МГТУ СТАНКИН. Данная программа решает эту комбинаторную задачу с применением муравьиных алгоритмов.
Рассмотрим интерфейс данной программы. При её запуске открывается окно «Main Form». Это окно представлено на рис. 5.
Рис. 5. Окно «Main Form»
При нажатии кнопки «Другие параметры» откроется окно «Дополнительные настройки».
В этом окне можно определить параметры самого алгоритма, правильный выбор этих параметров позволяет получить решение, очень близкое к точному. При этом нет особых рекомендаций, как надо определять
данные параметры, их можно подбирать эмпирически. В программе уже
введены некоторые значения этих параметров, рекомендуется не менять
96
Машиностроение и машиноведение
их. Возможность их изменения предоставлена для исследования эффективности самих муравьиных алгоритмов. Также в этом окне можно определить, является ли вход и выход совмещенными или разделенными. Использование алгоритма локального улучшения увеличивает время расчета,
но и увеличивает его точность. В окне «Main Form» в левом верхнем поле
вводятся маршруты технологических процессов. В соседнем поле справа
вводится масса заготовок, перемещающихся по соответствующим маршрутам технологических процессов. Здесь применяется допущение, что масса
заготовки существенно не меняется в ходе технологического процесса.
Поля «количество муравьев», «количество итераций», «количество прогонов» определяют время работы алгоритма. Их увеличение ведет к прямо
пропорциональному увеличению времени работы алгоритма, но также
увеличивается и качество расчета.
Кнопка «рассчитать» запускает расчет. Для вывода ответа надо убрать галочку с флажка «не выводить промежуточные результаты». Внизу
находится большое поле, куда выводятся результаты расчета. Для каждой
итерации выводится найденное значение целевой функции и маршрут, соответствующий этой целевой функции.
На рис. 6 представлен пример оптимальной схемы расположения
станков на участке цеха.
Рис. 6. Пример оптимальной схемы расположения станков
на участке цеха
Изложенный выше подход к проектированию производственных
систем предполагает использование некоторых аналитических зависимостей для проектирования машиностроительного производства, а также некоторых специальных программ, которые по сути просто реализуют некоторые алгоритмы комбинаторной оптимизации, в основе которых лежат
простейшие арифметические и логические операции, пусть и в огромном
количестве.
97
Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 11. Ч. 2
Список литературы
1. Вороненко В.П., Соломенцев Ю.М., Схиртладзе А.Г. Проектирование машиностроительного производства. М.: Дрофа, 2007. 380 с.
2. Мельников Г.Н., Вороненко В.П. Проектирование механосборочных цехов. М.: Машиностроение, 1990. 352 с.
3. Смехов А.А. Автоматизированные склады. М.: Машиностроение,
1979, 296 c.
4. Григорьев С.Н., Кутин А.А. Инновационное развитие высокотехнологичных машиностроительных производств на основе интегрированных АСТПП // Автоматизации и современные технологии, 2011. № 11.
С. 23-29.
5. Егоров В.А. Транспортно-накопительные системы для ГПС. М.:
Машиностроение, 1989. 293 c.
6. Волосова М.А. Исследование влияния комбинированной поверхностной обработки на физико-механические характеристики оксидной и
нитридной режущей керамики // Вестник МГТУ «СТАНКИН», 2013. №2.
С. 39 - 43.
7. Соколова Я.В. Проектирование оптимальной планировки при реконструкции и техническом перевооружении производства: научные труды II Международной научной конференции «Фундаментальные исследования и инновационные технологии в машиностроении». Т. 2, 2012.
8. Вороненко В.П., Соколова Я.В. Алгоритм проектирования технологических планировок предметно-замкнутых участков механообрабатывающих цехов серийного производства // Вестник МГТУ «СТАНКИН».
2012. №1 (19).
Куцелап Кирилл Александрович, асп., kirill.kucelap@mail.ru, Россия, Москва,
МГТУ "СТАНКИН",
Вороненко Владимир Павлович, д-р техн. наук, проф., vpvoronenko@yandex.ru,
Россия, Москва, МГТУ "СТАНКИН",
Шалдов Александр Эдуардович, асп., shaldov_ae@mail.ru Россия, Москва,
МГТУ "СТАНКИН"
EFFECTIVE DESIGN OF TRANSPORT AND WAREHOUSE SYSTEMS
K.A. Kucelap, V.P. Voronenko, A.Je. Shaldov
In this article the technique of designing of transporto-warehouse systems taking into
account the solution of such tasks arising in the course of machine-building production as
rational loading of the equipment and minimization of size of the cargo flow passing on
transport system is considered. This technique is applicable in case of a linear arrangement
of processing equipment and considers various questions of designing of machining production, from a question of combination of an entrance and an exit in production and determinations of characteristics of racks and before placement of the equipment in the shop.
98
Машиностроение и машиноведение
Key words: arrangement equipment, heuristic algorithms, transport and warehouse
system, principles of forming of production sites.
Kucelap Kirill Aleksandrovich, postgraduate, kirill.kucelap@mail.ru, Russia, Moscow, MSTU "STANKIN",
Voronenko Vladimir Pavlovich, doctor of technical science, professor, vpvoronenko@yandex.ru, Russia, Moscow, MSTU "STANKIN",
Shaldov Aleksandr Jeduardovich, postgraduate, shaldov_ae@mail.ru, Russia, Moscow, MSTU "STANKIN"
УДК 004.921
АЛГОРИТМ ДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМНОЙ МОДЕЛИ НА СЛОИ
ДЛЯ 3D-ПЕЧАТИ
И.А. Гущин, А.Р. Авдеев, А.А. Швец, А.В. Дроботов
Рассмотрены математические и алгоритмические аспекты деления объемной
модели изделия в формате STL на слои при её подготовке к печати на 3D-принтере,
ошибки, возникающие при этом и способы их устранения. Реализация описанных мер
приводит к повышению качества обработки модели и производительности программного обеспечения.
Ключевые слова: технология объемной печати, метод послойного наплавления,
STL формат, алгоритм расчета пересечений, заполнение модели, G-Code.
Технологии объемной печати перестали быть просто средством
прототипирования и перешли в область промышленного производства.
Все больше промышленных предприятий проводят инновационную политику, заменяя традиционные способы производства на аддитивные технологии [1, 2]. Так как 3D-принтеры создают изделие по слоям, то программное обеспечение для подготовки работы принтера должно формировать
слои изделия для печати на основе исходной объемной модели изделия,
обычно передаваемого в формате STL [3]. STL файл представляет из себя
список координат вершин треугольных граней (фасетов), образующих поверхность. Такой формат представления данных прост, но обладает рядом
существенных недостатков: снижается точность геометрического представления модели, погрешность округления координат вершин фасетов
приводит к несовпадению логически идентичных вершин различных фасетов, неупорядоченность следования фасетов в файле усложняет алгоритмы
обработки. Все это приводит к ошибкам в процессе подготовки программы
работы 3D-принтера и снижению производительности программного обеспечения. Рассмотрим проблемы, вызванные данными факторами на различных стадиях подготовки программы работы устройства и способы их
устранения.
99
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
17
Размер файла
493 Кб
Теги
система, эффективного, pdf, транспорт, складские, проектирование
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа