ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АГРЕГАТНО-СБОРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Полный текст

ВВЕДЕНИЕ Современное агрегатно-сборочное производство (АСП) представляет собой совокупность сложных технологических процессов, которые невозможно изучать как единое целое. Поэтому, учитывая специфику сборочных работ в самолетостроении: многодетальность планера, большое разнообразие применяемых конструкционных материалов, разнообразие технологических процессов и средств их оснащения, сложность пространственных форм, малая жесткость большинства конструкций планера из-за чего становится необходимым применение многочисленной и сложной технологической оснастки [1]. Все это требует последовательно и правильное структурирование всех процессов для построения моделей. В качестве инструментария для исследования производственных процессов сборочного производства наиболее эффективно использовать средства имитационного моделирования. Имитационная модель производственного процесса заключается в моделировании отдельных подпроцессов, описание их свойств (габаритные размеры, применяемые средства технологического оснащения, трудоемкость и т.д.) и далее создание взаимосвязей между ними. Для авиационных предприятий в которых, как правило, сложная производственная структура целесообразно построение составной многоуровневой имитационной модели. ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ Целью данного исследования является разработка объектно-ориентированной методологии имитационного моделирования процессов АСП, а также других сложных производственных процессов. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Материал исследования включает данные о действующих на предприятии технологических процессов, конструкторской документации, инструкций, оборудования, производственных площадях, экономических затратах, методы исследования основаны на современных информационных технологиях. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В настоящее время рынок программного обеспечения средств имитационного моделирования стремительно развивается. Пользователю предлагается большой выбор систем, предназначенных для различных подходов к имитационному моделированию (Таблица 1). Наиболее популярным из приведенных в таблице средств имитационного моделирования является DELMIA (Dassault Systemes), при помощи которого решаются задачи планирования и оптимизации процессов сборочного производства. Система основана на PPR (Product, Process and Resources - продукт, процесс, ресурс) модели данных об изделии. Т.е. каждая имитационная модель включается в себя 3D-модель изделия, протекающие процессы на производстве и необходимые ресурсы для выполнения процесса. Программное обеспечение DELMIA имеет возможность интеграции с PDM-системами (напр., ENOVIA Smarteam), а также с различными САПР (напр., NX, CATIA, SolidWorks) [2]. Программное обеспечение компании Siemens: Plan Simulation, представляет собой объектно-ориентированную среду имитационного моделирования. Plant Simulation используется во многих производственных отраслях. Одним из недостатков данного программного обеспечения, как и DELMIA, является то что они используют только один из подходов к имитационному моделированию (объектно-ориентированный) [3]. Система AnyLogic, компании XJTechnologies, использует в своей работе все три основных подхода к имитационному моделированию: дискретно-событийный, агентный и системную динамику, а также позволяет получать как обычные, так и оптимизационные решения. В этой связи, система AnyLogic перспективна для использования в построении моделей для сложных процессов АСП. ТЕХНОЛОГИЯ СТРУКТУРИРОВАНИЯ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА Наиболее эффективным методом структурирования моделей объекта является метод предложенный Томасом Саати [4, 5]. Данный метод заключается в изучении сложного процесса путем разбивки его на подпроцессы. Объект сборки следует рассматривать как совокупность сложных систем, разбитых на подсистемы, учитывая всю информацию о сборочной единице (СЭ) применяемых материалов и их свойствах, конструкторской и технологической документации, трудоемкости и циклов, количество рабочих на участке, необходимость в средствах технологического оснащения и т.п. Очевидно, что обобщенная структура конфигурации объекта сборки может быть представлена в виде сложного графа, состоящего из сложного множества узлов, каждая из которых соответствует определенному критерия структурирования объекта сборки и операций. Связи между узлами интерпретируются его ребрами. Схема графа представлена на рисунке 1. В данном графе А0 - это начальное состояние объекта сборки. Принимаем, что А = {t, k, э, п} соответственно A - это множество значение t - технологических, k - конструкторских, э - экономических, а также п - информация о производственных площадях. Далее объект сборки следует классифицировать исходя из следующих вершин графа, каждая из которых является подграфов. Подграфы приведены в таблице 2. Классифицируя объект производства по классификаторам, приведенным в таблице 2 (R, K, P, C, M, Г) делается вывод, к какому виду сборки относится объект. Вершина графа S также включает в себя информацию о имеющемся технологическом оснащении на предприятии, состоянии оборудования, привязки его к производственным площадям, количестве рабочих необходимых для работы и т.п. Далее выполняются последовательности сборочных работ, обозначенные как T1, T2, T3, данные вершины графа включают всю последовательность работ исходя из технологического процесса, утвержденного на предприятии, трудоемкость каждой операции и суммарную, стоимость нормо-часа для каждой категории работ и т.д. После проведения работ производится контрольные измерения, относящиеся в вершине графа КИ. В итоге объект производства переходит в состояние A1 обозначающее его конечное состояние на этапе АСП, после которого объект сборки передается на другие этапы сборки. ПОСТРОЕНИЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ Построение имитационной модели происходит на базе разработанного бизнес процесса с помощью методики IDEF0 [6]. При построении функциональной модели IDEF0 используется процессный подход, согласно которому все функции разбиваются на подпроцессы. На первом этапе построения бизнес процесса строится диаграмма верхнего уровня А-0, в данной диаграмме имеется только 1 функциональный блок и полное количество дуг (операций) соответствующих процессу сборки. Пример диаграммы А-0 представлен на Рисунке 2. Данную диаграмму можно разложить на дочерние диаграммы (рис. 3.) которые состоят из подпроцессов функционального блока А-0. При построении имитационной модели процессов АСП необходимо учитывать большое количество характеристик сборки, поэтому многоуровневую имитационную модель следует строить исходя из бизнес-процессов, построенных при помощи методики IDEF0. Многоуровневая имитационная модель строится в системе Anylogic с использованием ее стандартных компонентов. Для описания сложных многокомпонентных задач, которые невозможно описать с применением стандартных функций, используется Java классы - это программный код, написанный на языке Java (рис. 4.) Примерами операций, для которых необходимо использования языка Java: - Сборка по базовым отверстиям (БО) т.к. используется сложный геометрический контур, а также необходимо учитывать точность геометрических размеров; - Сверление и рассверливание отверстий; - Клепка. После описания всех процессов стоится многоуровневая имитационная модель (рис. 5). Построение велось, учитывая все сходные параметры объекта сборки и вышеописанные структуры графа. Каждый элемент системы соответствует рабочей операции и включает в себя все данные (технологические, конструкторские, экономические, производственные). В результате построения многоуровневой имитационной модели получаем график сборки объекта (рис. 6). Результаты построения модели позволят выстроить систему управленческих решений с выбором наиболее оптимального пути сборки по наименьшей трудоемкости, циклам сборки и экономическим затратам.

Об авторах

Р. А Салаев

Ульяновский государственный технический университет

Email: rayzer75@yandex.ru
Ульяновск, Россия

А. А Федоров

Ульяновский государственный технический университет

Email: aa.fedorov@ulstu.ru
Ульяновск, Россия

А. В Салаева

Ульяновский государственный технический университет

Email: angelinafv@mail.ru
Ульяновск, Россия

Список литературы

Дополнительные файлы