Контрольная работа по автоматизации производственных процессов

Оптимизация современных ТС требует привлечения целого ряда методов оптимизации. Оптимизацию ТС можно рассматривать как некоторый многоэтапный процесс с возможным циклическим повторением этапов. Разработчики ТС должны быть знакомы с широким кругом методов оптимизации, их возможностями и сравнительной эффективностью. Проблема разработки универсального математического и программного обеспечения методов оптимизации для современных ЭВМ в настоящее время, весьма актуальна и далека от разрешения.

Когда имеется одна достаточно четко выраженная цель, степень которой можно оценить на основе одного критерия, используются методы математического программирования. Если эта цель, а следовательно, и степень ее достижения описываются с привлечением методов теории вероятностей или математической статистики, то используется стохастическое программирование.

Для анализа и синтеза ТП сборки и монтажа РЭА, оптимизации их структуры и принципов управления широкое распространение получил метод статистического моделирования. Его сущность состоит в создании специального алгоритма, реализуя который на ЭВМ, можно воспроизвести процесс по элементам с сохранением логической структуры и последовательности протекания процесса.

Метод статистического моделирования включает четыре этапа.

1. Составление содержательного  описания процесса. Оно проводится  на основе обстоятельного изучения  процесса при выполнении натурного  эксперимента на реально существующей  аппаратуре и оборудовании, а  также фиксации количественных  характеристик. При отсутствии реального  объекта используются накопленный  опыт и результаты наблюдений  за процессами аналогичного назначения. Содержательное описание позволяет:

- составить ясное представление  о физической природе и количественных  характеристиках ТП;

- расчленить ТП на ТО и  простейшие элементы, определить  их показатели и параметры;

- составить схему взаимодействия  элементов в операции, а операций  в ТП; определить закономерности  изменения показателей процесса  при изменении его параметров  виде таблиц и графиков;

- сформулировать постановку задачи, значение начальных условий.

2. Построение формализованной схемы. На этом этапе уточняются количественные  характеристики ТП и дается  строгое математическое определение  всех зависимостей между показателями  и параметрами ТП, его отдельных  элементов. Полученные на предыдущем  этапе экспериментальные данные  подвергаются систематизации с  учетом случайного характера  их получения. При формализации  различают случайные события, случайные  величины и случайные функции. Случайные события задаются с  помощью вероятностей или частостей  их появления, случайные величины- законами распределения или их  числовыми характеристиками: средним  значением, среднеквадратическим отклонением, корреляционными моментами, а случайные  функции - средними значениями и  корреляционными функциями. В заключение  устанавливается точная математическая  формулировка задачи исследований.

3. Составление моделирующего алгоритма  проводится на основе построенной  ММ. Для преобразования формализованной  схемы в ММ необходимо, воспользовавшись  готовыми математическими схемами (случайное событие, система массового  обслуживания и т. д.), записать  в аналитической форме все  соотношения, которые еще не были  записаны, выразить логические условия  в виде систем неравенств, а  также придать аналитическую  форму всем другим сведениям, имеющимся в формализованной  схеме. Числовой материал для  удобства обработки на ЭВМ  используется не в первоначальном  виде, а в форме аппроксимирующих  функций.

Моделирующие алгоритмы чаще всего представляются в виде схемы, где каждый блок изображает достаточно крупную группу элементов ТП, а связи между блоками отражают логическую структуру ТП. Схема алгоритма не учитывает особенностей системы команд ЭВМ, они вводятся при построении развернутых схем счета и программировании.

4. Разработка методики решения  задачи и использование результатов  моделирования. Методика решения  задачи определяется целью исследования. Количество реализаций процесса  моделирования рассчитывается исходя  из заданной точности представления  результатов. Полученные данные  справедливы при фиксированных  значениях параметров процесса, входной информации и начальных  условиях.

168. Классификация систем  управления. Их характеристики

 

 

Выделяются шесть наиболее существенных признаков классификации АСУТП, а именно: по характеру управляемого процесса; по сложности управляемого процесса; по степени охвата управляемого процесса; по степени автоматизация задач управления; по функционально - алгоритмическому признаку; по архитектурному признаку.

По характеру управляемого ТП различают: АСУ основными непрерывными ТП; АСУ основными непрерывно-дискретными процессами; АСУ основными дискретными ТП; АСУ сборочными процессами в дискретном производстве; АСУ процессами изготовления оснастки к инструмента для основного производства.

АСУ сборочными процессами представляют высший уровень комплексных АСУТП и решают задачу координации в реальном времени ряда дискретных ТП или операций.

В последние годы АСУТП начали внедряться во многие процессы подготовки производства РЭА, например, в изготовление фотошаблонов для интегральных микросхем, теневых масок кинескопов и т.п.

Классификация по степени сложности управляемого ТП основывается на условных границах числа параметров контроля и управления процессом. Например, 20, 40, 100, 800 параметров. Несмотря на условность, такая классификация может служить основой для планирования разработок.

По степени охвата управляемого ТП выделяют комплексные и локальные АСУТП.

По степени автоматизации задач управления выделяют системы с автоматическим сбором и обработкой информации; системы с автоматической выработкой советов оператору; системы автоматического управления процессом, иначе : информационные, информационно - советующие, управляющие.

Классификация по функционально-алгоритмическому признаку определяет функции и степень совершенства алгоритма управления, реализуемого АСУТП. Разделяют:

I - системы логико-программного  управления;

II - системы экстремального управления;

III - системы адаптивного управления;

IV - системы организационно-технологического  управления.

V - системы оптимально-координационного  управления.

В таблице 3.1 дана сравнительная характеристика приведенных ваше пяти АСУШ по степени совершенства алгоритмов управления. Римскими цифрами обозначен класс АСУТП в соответствии с приведенной классификацией.

Классификация по архитектурному признаку:

- одноуровневые централизованные  система на базе одного управляющего  вычислительного комплекса, имеющего  прямую связь со всеми источниками  и приемниками информации;

- одноуровневые централизованные  с уплотнением каналов связи - системы на безе одного управляющего  комплекса и систем уплотнения  линий связи;

- двухуровневые с одной ЭВМ - системы на базе одной ЭВМ  с частотным распределением функций  управления на управляемые регуляторы  и (или) программаторы, и (или) локальные  посты управления;

- многоуровневые (двухуровневые), с  многими ЭВМ - системы, в которых  ЭВМ используется более, чем на  одном уровне.

Таблица 3.1

Класс АСУТП	Основные функции	Примеры	Основные источники экономической эффективности
I	Прямое цифровое управление по жёсткой или полужесткой программе одной или группой (в режиме разделения времени) технологических установок	Группа механических обрабатывающих станков	Повышение производительности труда, сокращение ошибок оперативного переноса, стабилизация ТП, сокращение штата работников
II	Автоматическое или с участием человека управление одной или несколькими операциями (ТП) по определенному алгоритму, обеспечивающему нахождение экстремума заданного критерия	Установки эпитаксиаль-ного наращивания кремниевых структур	Повышение качества и надежности выпускаемых изделий, увеличение выпуска продукции, организация номенклатурного распределения изделий
III	Автоматическое или с участием человека управление одной или несколькими операциями (ТП) по самонастраивающемуся алгоритму, обеспечивающему нахождение экстремума в условиях случайных внешних воздействий	Трубопро-катные станы	То же
IV	Автоматические и (или) полуавтоматические сбор, обработка, наглядное отображение технологической и организационно - производственной информации, управление с участием человека ходом Т	Технологи-ческие линии производства	Сокращение потерь рабочего времени, повышение оперативности управления, повышение качества управления ТП, сокращение простоев оборудования
V	Автоматическое или автоматизированное управление ходом взаимосвязанных ТП с динамической оптимизацией по критерию максимума выходного продукта	Сборочные производства цветных кинескопов, автомобилей	Увеличение выпуска продукции, повышение качества выпускаемых изделий, сокращение простоев оборудования

 

178. Функциональные системы  программного управления. Характеристика

Функциональные (контурные) СПУ осуществляют движение рабочего органа по сложной траектории. При механической обработке эта траектория определяет контур будущей детали или части ее. Поэтому очень важно при управлении функциональными СПУ обеспечить, чтобы траектория рабочего органа в каждый момент времени совпадала с заданной. В общем случае эта траектория представляет собой сложную функцию типа у = f (x) или z=f(x,y,z). Ввиду невозможности воспроизведения такой траектории одним движением ее заменяют несколькими простыми (однокоординатными) движениями поступательного и вращательного типа. Чтобы движение исполнительного органа было в соответствии с заданной траекторией (в общем случае криволинейной), необходимо в каждый момент времени поддерживать определенное соотношение скоростей и перемещений по управляемым координатам, т. е. должна быть между ними функциональная связь. Эту функциональную связь с высокой степенью точности выполняет устройство, называемое интерполятором.

Функциональные СПУ применяют для автоматизации технологического оборудования, где необходимо перемещать исполнительный механизм по сложной криволинейной траектории. Например, при производстве однослойных и многослойных печатных плат для вычерчивания токопроводящего рисунка на координатографе, при изготовлении деталей, имеющих сложный плоский или объемный контур (токарные, фрезерные, шлифовальные станки), а также в заготовительном и сварочном производстве. Таким образом, функциональные СПУ автоматизируют рабочие операции. Эффективность применения функциональных СПУ особенно возрастает для технологических процессов, где длительность перемещения по сложному контуру значительно превышает Длительность холостых и вспомогательных операций при мелкосерийном характере производства.

Требования по точности у них находятся в пределах: 0,005-0,05 мм — для высокоточных систем, 0,05-0,1 мм — для обычных функциональных СПУ; максимальные управляемые скорости составляют 0,6-1,5 м/мин у СПУ, применяемых для автоматизации обработки стальных деталей, до 3 м/мин — для обработки легких сплавов, до 10 м/мин - - в координатографах.

В функциональных СПУ объем задающей информации может быть значительным (в зависимости от сложности технологического процесса), поэтому для разработки программ здесь целесообразно применять универсальные вычислительные цифровые машины. Путь информации от чертежа к детали показан на рис. 2.1. При использовании УЦВМ связь ее с интерполятором может быть прямой (штриховая линия на рисунке), минуя ручное перфорирование.

На выходе интерполятора получается программа, пригодная для непосредственного использования в системе программного управления станком. Эта программа записывается в унитарном коде (последовательностью импульсов) либо в аналоговой форме (в виде кривой) на магнитную ленту или фотоленту. Если интерполятор является принадлежностью системы управления станком, тогда входом в эту СПУ будет служить программа, записанная на перфоленте, либо выход УЦВМ (штриховая и штрих-пунктирная линии на рис. 2.1).

Рис. 2.1 Схема прохождения информации от чертежа к детали:

1 — чертеж; 2 — технологические  карты и таблицы; 3 — ручной  перфоратор; 4 — универсальная цифровая  вычислительная машина (УЦВМ); 5 —  перфолента; 6 — интерполятор; 7 —  магнитная лента; 8 — пульт программного  управления (без интерполятора); 9 —  система программного управления  со встроенным интерполятором; 10 —станок; 11 — деталь.

188. АСУТП с вычислительным комплексом  в роли советчика. Схема. Принцип  работы

Основным инструментом для решения современных проблем управления материальным производством служат так называемые АСУ, в которых центральная, главенствующая роль и творческие способности человека сочетаются с широким применением современных математических методов и средств автоматизации, включая вычислительную технику.

АСУ - это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности. Процесс оптимизации предполагает выбор такого варианта управления, при котором достигается минимальное или максимальное значение некоторого критерия, характеризующего качество управления.

АСУП предназначена для решения основных задач управления производственно-хозяйственной деятельностью промышленного предприятия в целом и (или) его самостоятельных частей на основе применения экономико-математических методов и средств вычислительной техники.

Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП) - это АСУ для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием управления. В АСУТП человек играет важнейшую роль, принимая в большинстве случаев решения по управлению. Существенное место в АСУТП занимают автоматические устройства (в том числе средства ВТ), выполняющие операции по переработке информации. Цель функционирования АСУТП - оптимизация работы технологического объекта путем соответствующего выбора управляющих воздействий.

Таким образом, АСУТП - совокупность автоматических устройств средств получения, обработки и передачи информации и технического персонала, осуществляющая контроль и управление ТП с целью оптимизации по заданным параметрам.

АСУ может быть отнесена к классу АСУТП только в том случае, если она осуществляет воздействие на объект в том же темпе, что и протекающие в нем технологические процессы, обеспечивает управление технологическим объектом в целом, а ее технические средства участвуют в выработке решений по управлению.

Современные АСУТП очень разнообразны и могут отличаться друг от друга по функциональному составу, степени автоматизации управления объектом, применяемым техническим средствам и многим другим признакам и характеристикам. Рассмотрим один из них.