Интегрированная производственная система (ИПС) позволяет объединять разнородное автоматизированное оборудование (станки с ЧПУ, промышленные роботы, устройства транспортного и складского обеспечения и др.) в единые управляемые системы (ИПС), предназначенные для выполнения совместных согласованных действий. В рамках ИПС агрегаты, устройства либо их отдельные приводы рассматриваются как исполнительные элементы. В процессе подготовки производственных процессов, выполняемых с применением ИПС, широко используются принципы рассмотренного выше имитационного моделирования.
Они предназначены для решения следующих задач:
- определение последовательности действий исполнительных элементов интегрированных производственных систем;
- определение причинно-следственных взаимодействий исполнительных элементов интегрированных производственных систем;
- совершенствование производственного процесса.
Рассмотрим три этапа имитационного моделирования работы интегрированных производственных систем.
На первом этапе осуществляется определение последовательности действий исполнительных элементов интегрированных производственных систем в рамках выполнения технологического цикла. Действия исполнительных элементов интегрированной производственной системы считаются событиями модели. Производственный процесс отображается в виде графического пошагового описания событий – циклограммы. Циклограмма состоит из ТАКТОВ, каждый из которых отображает событие модели. По оси X циклограммы производится отсчет отрезков времени протекания событий. На оси Y наносятся обозначения исполнительных элементов интегрированной производственной системы. За начало циклограммы обычно принимается момент запуска производственного процесса по команде «Старт».
Имитационное моделирование можно производить на разных уровнях иерархии интегрированной производственной системы, причем уровень детализации имитационной модели зависит от поставленных перед разработчиком задач. В частности, технологический цикл на интегрированной производственной системе низшего уровня может быть тактом технологического цикла производственного процесса интегрированной производственной системы высшего уровня, имеющего более низкую детализацию. Одновременно с этим в процессе моделирования интегрированной производственной системы высшего уровня могут быть выделены группы исполнительных элементов ИПС низшего уровня, выполняющих совместные действия. Эти группы могут рассматриваться в модели, разрабатываемой для интегрированной производственной системы высшего уровня, как условный «совмещенный» исполнительный элемент. Ниже будут рассмотрены вопросы моделирование работы двух уровней ИПС: гибкого автоматизированного участка (ГАУ) и гибкого производственного модуля (ГПМ).
На втором этапе моделирования производится определение причинно-следственных взаимодействий исполнительных элементов интегрированной производственной системы. Как большинство ИПС программируется и действует по «рефлекторному» принципу на множестве «события-условия», при котором условия, возникающие в процессе работы, автоматически приводят к началу выполнения последующих действий исполнительных элементов интегрированной производственной системы (событий модели). Причинно-следственные взаимодействия исполнительных элементов ИПС отображаются в имитационной модели с помощью сети Петри, которая является элементом схемы управления ИПС. Сеть Петри автоматически работающего производственного модуля должна быть замкнутой, т.е. все условия модели должны периодически возобновляться. Если замкнутый характер сети Петри не будет обеспечен, то интегрированная производственная система, сделав один полный технологический цикл, неминуемо остановится.
Для удобства дальнейшего использования сеть Петри может быть воспроизведена в виде матриц входных и выходных инциденций. В матрицу входных инциденций F сводится множество условий {Pi}, каждое из которых является необходимым для выполнения последующего действия или нескольких действий. В матрицу выходных инциденций Н сводятся данные об условиях, к которым приводит выполнение каждого очередного действия исполнительного элемента интегрированной производственной системы из множества {ti}.
Третий (дополнительный) этап моделирования предназначен для повышения эффективности производственного процесса. Совершенствование модели может осуществляться, в частности, за счет снижения простоев исполнительных элементов интегрированной производственной системы. В зависимости от структуры ИПС могут быть выбраны следующие методы повышения эффективности производственного процесса.
- Совмещение во времени циклов выполнения различных деталей, находящихся в разной степени готовности. Эффективность модели оценивается по величине соотношения времени цикла выполнения детали в интегрированной производственной системе Типс и времени полного цикла выполнения детали Тд.
- Совмещение во времени действий исполнительных элементов, решающих раздельные задачи в процессе одного технологического цикла. Эффективность модели оценивается по величине соотношения времени полного цикла выполнения детали Тд и суммарного времени работы исполнительных элементов интегрированной производственной системы Σti.
В процессе совершенствования модели структура производственного процесса усложняется, поэтому на разных стадиях его разработки необходимо проводить тестирование имитационной модели на предмет общей работоспособности системы. Процедура тестирования включает в себя пошаговую проверку циклограммы действий исполнительных элементов интегрированной производственной системы на предмет соответствия событий модели необходимым условиям их выполнения. Анализ циклограммы производится на базе полученных ранее матриц входных выходных инциденций.
