Файл: Регулирование качества продукции средствами активного контроля..pdf

настройки, относящаяся к текущему такту. Вычисление уровней на­

439

Г л а в а X I I I . МАТЕМАТИЧЕСКОЕ

М О Д Е Л И Р О В А Н И Е ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

§ 56. О С Н О В Н Ы Е ЗАДАЧИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО М О Д Е Л И Р О В А Н И Я Т Е Х Н О Л О Г И Ч Е С К И Х ПРОЦЕССОВ

При проектировании технологических процессов в машинострое­ нии, при испытании и эксплуатации систем управления этими про­

методы не всегда пригодны для исследования сложных технологи­ ческих процессов. Поэтому, когда объем требуемых вычислений очень большой, для расчета целесообразно использовать быстродей­ ствующие вычислительные машины. В этом случае методика реше­ ния задач опирается на известный аппарат аналитической матема­ тики. Широкое распространение при решении задач с помощью вы­ числительных машин получили методы математического моделиро­ вания. При математическом моделировании технологического про­ цесса имитируется поведение отдельных элементов исследуемой си­ стемы и взаимосвязь между ними. Результаты моделирования поз­

ского процесса позволяет оценить эффективность различных алго­ ритмов управления и сравнить между собой различные структуры управляющего устройства. С помощью математического моделиро­ вания возможно также оценить надежность исследуемой системы и выработать требования к ее отдельным элементам.

440

Чисто экспериментальное исследование технологического процес­ са целесообразно в том случае, если в процессе исследования име­ ется возможность получения необходимой информации без больших затрат на вспомогательное оборудование и средства регистрации. При этом технологический процесс должен допускать изменение режимов в заданном диапазоне.

Метод математического моделирования производственного про­ цесса позволяет легко изменять значения параметров и начальных условий исследуемой системы и не требует создания специальных приборов и приспособлений для решения каждой задачи. Поэтому затраты, связанные с реализацией математической модели на элек­ тронной вычислительной машине (ЭВМ), оказываются незначи­ тельными по сравнению с затратами при проведении натурного экс­ перимента.

Моделирование технологического процесса позволяет получить информацию о наиболее выгодных режимах процесса. Например, в результате моделирования можно выработать конкретную реко­ мендацию о целесообразности изменения режимов технологическо­ го оборудования или его моделировании.

В последние годы широкое распространение получил метод ста­ тистического моделирования производственных процессов. Сущ­ ность статистического моделирования состоит в построении соот­ ветствующей модели исследуемого процесса с учетом случайных возмущающих факторов. Применение метода статистического моде­ лирования особенно целесообразно на стадии проектирования или модернизации технологического процесса. Этот метод позволяет соз­ дать уточненное математическое описание производственного про­ цесса, которое затем возможно использовать при аналитических расчетах для решения задачи синтеза оптимального алгоритма уп­ равления технологическим процессом. На стадии проектирования процесса с помощью моделирования может оыть решена также важная задача синхронизации работы отдельных элементов техно­ логического оборудования во времени. Однако метод статистическо­ го моделирования обладает и недостатком, так как каждое кон­ кретное решение носит сугубо частный характер. Поэтому для по­ лучения окончательного результата приходится многократно моде­ лировать процесс, изменяя начальные условия в некоторой задан­ ной области.

Существует еще одна важная область применения ЭВМ: на смо­ делированном с помощью ЭВМ производственном процессе в реаль­ ном масштабе времени возможно проводить опробование и отладку реальной системы управления процессом. При этом результат мо­ делирования по своей ценности является близким к результату на­ турного эксперимента. Если смоделировать реальный производст­ венный процесс, зафиксированный на конкретном технологическом оборудовании, то с помощью ЭВМ можно определить статистиче­ ские параметры этого процесса и провести весь цикл работ, необ­ ходимых для синтеза системы управления.

441

Таким образом, все задачи, связанные с моделированием техно­ логических процессов на ЭВМ, можно условно разбить на две груп­ пы. Первая группа задач связана с моделированием технологическо­ го процесса, определением его статистических характеристик, изуче­ нием влияния параметров на ход процесса, а также определением эффективности предлагаемого алгоритма управления. Это задачи анализа технологического процесса.

Вторая группа задач связана с проектированием самого техно­ логического процесса, т. е. задачи синтеза управляющего устройст­ ва и выявления его оптимальной структуры и параметров, обеспе­ чивающих наибольшую эффективность управления.

В настоящее время ЭВМ успешно применяются для разработки технологического процесса обработки деталей определенного типа

ботка способов обработки исходной информации, разработка прие­ мов программирования технологических задач, разработка алгорит­ ма, определяющего технологический процесс на данную деталь. По­ следнее является наиболее сложным, так как при этом нужно ре­ шать большое количество вопросов логического и программистско­ го характера.

При разработке технологического процесса на типовую деталь ЭВМ позволяет определить маршрутно-операционные карты с ука­ занием содержания операций и переходов обработки, режимов ре­ зания, норм времени. С помощью ЭВМ можно рассчитать также по­ грешности обработки, определить припуск для данного технологиче­ ского оборудования и найти оптимальный вариант построения тех­ нологического процесса.

При переходе к другой типовой детали требуется составление другого алгоритма. Составление нового алгоритма технологическо­ го процесса требует также и перехода на другую оснастку и обору­ дование.

Оценивать конкретный технологический процесс возможно вве­ дением некоторых количественных характеристик — критерия каче­ ства или показателя эффективности.

Выбор критерия качества зависит от конкретных свойств техно­ логического процесса и от основных задач, которые он выполняет. Поэтому критерий качества должен служить количественной мерой такого свойства технологического процесса, которое наиболее полно определяет выполняемую процессом основную задачу. Характерис­ тики технологического процесса зависят от параметров самого про­ цесса и применяемого оборудования, а также от параметров возму­ щающих факторов, имеющих в общем случае случайный характер. Поэтому количественная оценка качества ведения большинства тех-

442

нологических процессов должна быть усредненной статистической оценкой. Например, отклонение регулируемого параметра техноло­ гического процесса от заданного уровня с учетом возмущающих факторов является случайной величиной. Количественной мерой, ха­ рактеризующей качество ведения такого процесса, может служить усредненная характеристика — дисперсия отклонения регулируемо­ го параметра. При моделировании технологического процесса воз­ можно получить количественную оценку наиболее важных его пока­ зателей:

производительности, измеряемой средним количеством готовых изделий за фиксированный интервал времени;

времени производительной работы технологического оборудова­ ния и времени его простоя;

количества бракованных изделий за фиксированный интервал времени;

среднего значения параметров технологического процесса (мате­ матического ожидания и дисперсии измеряемых параметров);

значения параметров технологического оборудования в течение производственного цикла;

среднего количества разладок технологического процесса и т. д. Большие преимущества дает применение ЭВМ для станков с про­ граммным управлением. ЭВМ в данном случае можно использовать для подготовки программ станка. При этом возможно органическое объединение станка с ЭВМ в единый технологический комплекс. Ис­ ходные данные о процессе вводятся в ЭВМ, которая разрабатывает программу управления станком и подает управляющие команды на исполнительные органы станка. В этом случае производительность технологического процесса резко возрастает, одновременно умень­ шается требуемое количество обслуживающего персонала. Рассмот­ рим, наконец, еще одну важную область математического модели­

рования с применением ЭВМ в производстве.

В последнее время при решении задач комплексной автоматиза­ ции производства все большее применение находят средства вычис­ лительной техники. Система управления технологическим комплек­ сом позволяет одновременно управлять группами станков и различ­ ных агрегатов и представляет собой сложное вычислительное уст­ ройство. В этом устройстве происходит обработка большого коли­ чества информации о всех этапах технологического процесса или группы технологических процессов, а также формирование управ­ ляющих сигналов.

Для автоматизации управления технологическим комплексом не­ обходимо прежде всего создать математическую модель протекаю­ щих в нем основных процессов и определить цели управления.

В первую очередь необходимо конкретизировать основные пото­ ки информации в данном комплексе в связи с процессом управле­ ния. Потоки информации можно проследить, сопоставляя работу математической модели комплекса с работой реального технологи­ ческого оборудования.

443