Устройство для управления производственной системой Советский патент 1989 года по МПК G06F11/07 G05B19/418 

СП

Изобретение относится к автоматик и вычислительной технике и может быть использовано для оперативного планирования и управления группой производственных модулей.

Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет сокращения бремени цикла управления и нейтрализации отказов объекта управления.

Fla фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема алгоритма одного шага генерации расписания; на фиг. 3 - конструкция блока оценки расписаний.

Устройство содержит центральную ЭВМ 1, каналы , связи, блоки 3,-3ц, 4 и 5 числового программного управления (ЧПУ), технологическое оборудование 6,(-6ц, автоматическая станция 7, автоматическая складская система 8, гибкий производственный комплекс 9, датчики 10, блок 11 проек

5

0

элемент И 65, вторую схему 66 сравнения, второй элемент И 67, инвертор . 68, третий элемент И 69, первый сумматор 70, четвертый элемент И 71, первый умножитель 72, с третьей по пятую схемы 73-75 сравнения, с пятого по седьмой элементы И 76-78, элемент 79 задержки, второй сумматор 80, восьмой элемент И 81, второй умножитель 82, десятый регистр 83, девятый элемент И 84, третий умножитель 85, третий сумматор 86 и десятый элемент И 87.

Управляюпщй вычислитель обозначен позицией 88.

Предварительно, из общего входного задания, поступаюр;его на входы 24, формируются оперативные задания для комплекса 9 и для блока 11 проектирования и технологической подготовки. Заявки, для KOTopbfx в блоке хранения информации отсутствует слроектирован- ный технологический маршрут, включа

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления производственной системой. Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет сокращения времени цикла управления и нейтрализации отказов объекта управления. Устройство содержит управляющий вычислитель, блок сопряжения, блок хранения информации, блоки ввода и вывода информации, блок оценки расписаний, содержащий элемент задержки 79, вычитатель 64, счетчик 52, генератор импульсов 51, дешифратор 53, инвертор 68, сумматоры 70, 80, 86, умножители 72, 82, 85, элементы И 65, 67, 69, 71, 76, 77, 78, 81, 84, 87, регистры 54-62, 83, узлы памяти 48, 49, 50, схемы сравнения 63, 66, 73, 74, 75, 3 ил.

.Тирования и технологической подготов- 25 ются в оперативное задание для блока

ки 11, блок 12 хранения информации, блоки ввода 13 и вывода 14 информации, блок 15 сопряжения, узел 16 логического управления, блок 17 оценки расписаний, узел 18 хранения характеристик устройства с первого по третий -узлы 19-21 расчета составляющих оценки, узел 22 хранения временных характеристик расписания, узел 23 формирования оценки расписания, связи 24-32.

На фиг. 2 - позициями 33-47 обозначены операторы алгоритма шага генерации расписания.

Блок оценки расписания содержит с первого по третий узлы памяти 48- 50, генератор 51 импульсов, счетчик 52, дешифратор 53, с первого по девятый регистры 54-62, первую схему 63 сравнения, вычитатель 64, первый

30

35

40

проектирования и технологической подготовки. Заявки, технологические операции которых не обеспечены полностью инструментом, оснасткой и заго- .товками в системе 8, в оперативное за дание для комплекса 8 не включаются. Запрос на их обеспечение формирует центральная ЭВМ, выдавая информацию на блок вывода 14. По этому запросу обеспечивается комплектация системы 8 заготовками, инструментом и оснасткой.

На основании оперативного задания и информации о текущем состоянии оборудования гибкой производственной системы (ГПС) в централь.ной ЭВМ формируются оперативные расписания работы ГПС.

Для оценки расписания вводится

К

mm

следующий критерий:

Г ,

ink,,(i,l) + Tji,) , + 2I T4(J) + TjCj) .Tjj) L C) E- jtij 1

Т (i.l)

0 при T2(iJ) Тз(1,1-1)

,), - T,(j.,l) при ,) T,(i,l-1)

Tjd, 1) при I -- 1

где N - чи,сло гибких производственных модулей (ПТМ) в ГПС,

Ь - число операций, назначенных; в i-ГПМ в оцениваемом распи0

5

0

проектирования и технологической подготовки. Заявки, технологические операции которых не обеспечены полностью инструментом, оснасткой и заго- .товками в системе 8, в оперативное задание для комплекса 8 не включаются. Запрос на их обеспечение формирует центральная ЭВМ, выдавая информацию на блок вывода 14. По этому запросу обеспечивается комплектация системы 8 заготовками, инструментом и оснасткой.

На основании оперативного задания и информации о текущем состоянии оборудования гибкой производственной системы (ГПС) в централь.ной ЭВМ формируются оперативные расписания работы ГПС.

Для оценки расписания вводится

сании (под операцией понима- , ется процесс обработки дета- . ли внутри одного ГПМ);

г

С/3 весовые коэффициенты;

10

Л,)

15

D - общее число операций, включенных в расписание работы гибкого 5 производственного комплекса (ГПК);

j(i,l) - время транспортировки i-niM инструмента и оснастки, необхо-. димого для выполнения 1-операции; время доставки в 1-ГТ1М заготовки для выполнения 1-опера- ции ;

j(i,l) - время окончания выполнения 1-операции в i-ГПМ;

время, затрачиваемое блоком проектирования и технологической подготовки на выполнение j-заявки; время ожидания j-заявкой обслуживания блоком проектирования и технологической подготовкиi время ожидания в очереди j-заявки начала обслуживания в ГПК,

Дз) T.(j) T,(j)

25

Значения весовых коэффициентов исходно устанавливаются экспертным путем, заносятся в блок 12 хранения информации и в дальнейшем могут уточняться в процессе работы системы. Первая составляющая критерия К (двойная сумма) характеризует прохождение заявок через ГПК. Функциональные возможности ГПМ в ходе производственного процесса не остаются постоянными. Они изменяются, как следст вне невысокой функциональной надежности оборудования (параметрические и контактные отказы), так и в результате транслортировки инструмента, ос насткй, заготовок в ГЖ. Согласно критерию в качестве оценки оперативного расписания работы ПЖ выбирается степень соответствия текущих функцио

10

15

й, о 5

а.

е ;20

508237

нальных возможностей ГПМ, требованиям к ним со стороны ожидаюпщх обслу живания заявок,

При назначении заявки в ГПМ в первую очередь проверяется соответствие текущих технологических параметров ГПМ (количество управляемых ко- ррдинат, точность обработки, чистота обработки) параметрам текущей операции заявки. Отклонение состава инструмента, оснастки, заготовок в ГПМ от требуемого для выполнения назначенной операции характеризуется временем взаимодействия оборудования и вычислительных средств ГПМ с внешней средой. Величина Tj(i,l) учитывает время доставки инструмента и оснаст- Ли, а Tj(i,l) - заготовок в ГПМ.

Вторая и третья составлянмдие критерия характеризуют оперативное планирование работы блока 11 проектиро- вания и технологической подготовки.. Его возможности могут быть охарактеризованы следующим:

-проектирование типовой детали (процесса);

-проектирование комплексной детали (процесса),

-проектирование оригинальной детали (процесса),

Функциональная полнота блока проектирования и технологической подготовки характеризуется наличием в нем этих элементов и удельным весом каждого из них. Чем лучше составлено расписание прохождения заявками этапов .-проектирования и технологической подготовки и чем больше функциональная полнота блока соответствует требованиям заявок, тем эффективнее используется информация о теку25

30

35

40

тщем состоянии ГПК (минимум Tj(j))

Д5 и меньше трудоемкость (минимум

m

21 T(J) + Tj(j)) работы конструкто} pa и технолога.

Составление расписания рабрты ав- 50 томатизированного блока проектирования и технологической подготовки осуществляется путем V-кратного повторения следующей последовательности операций (где V число назначенных в 55 расписание заявок) ,

- выбор заявки с максимальным-при- итетом или с минимальным сроком запуска;

-проверка выбора заявки;

-формирование возможных вариантов принятия решения;.

-оценка получаемых для каждого варианта расписаний;

-выбор варианта с минимальной оценкой;

-проверка окончания формирования расписания.

1508237 8

Составление расписания работы ГПК.

Выбор ГПМ и заявки, текущая операция которой назначается в этот ГПМ, осуществляется по следующему правилу:

FjCj.k.t)

max fF;(j,k,t) T,(i,k)

если 1-ГТ1М в момент времени не может выполнить k-операцию j-заявки в соответствии со своими технологическими параметрами в обратном случае

T.(i,k) - время транспортировки в i-rriM инструмента и оснастки, необходимого для выполнения k-ortepa- ции.

К соответствующего шага расписания. Вершины, оценки которых О 0, не рассматриваются.

Дляточной оценки временных характеристик полученных расписаний в составе центральной ЭВМ используется имитационная модель ГПС.

Имитационная модель ГПС обеспечивает выбор очередной операции из оперативного расписания; определение объекта моделирования (ГПК или автоматизированные модули проектирования и технологической подготовки); расчет временных показателей функционирования модулей проектирования и технологической подготовки; выбор транспортного средства в ГЖ-, расчёт временных показателей функционирования ГПК (время вьщачи материалов складской системой, время транспортировки заготовок, инструмента и оснастки транспортной системой, время работы

Выбор ГПМ и заявки, текущая операция которой назначается в этот ГПМ, осуществляется по следующему правилу:

л простоя ГПМ и т.п., проверку окончания моделирования; выдачу полученных временных характеристик расписания в блок 17 оценки расписаний.

Блок 17 работает следующим образом.

Временные характеристики (T.,(i,l), T(i,l), T(i,l), T(j), T,.(j) T(j) поступают на вход узла 22 хранения характеристик расписания блока 17 оценки расписаний.

На второй информационный вход блока оценки расписаний поступают данные из блока 12 хранения информации (ot) , с. oi э номера тактов считывания информации с блоков расчета составляющих оценки) и записываются в узел 18 хранения характеристик устройства.

По окончании записи информации в узел 22 хранения характеристик расписания запускается узел 16 логического управления, сигналы с выхода которого поступают на управляющие входы узла 22 хранения характеристик расписания .

За один такт считывается информация по одной операции ТД1,1),Т(1,1), T(i,l), по одному терминальному месту конструктора и технолога T4,(j), TjCJ) и в первом такте считывается значение Tg(j). Считываемая информация постуцает в узлы 19 - 2.1 расчета составляющих оценки. В такты 0+1, М+ :+1,2 сигналы узла 16 подаются на управляющие входы соответственно первого 19, второго 20 и третьего 21 узлов расчета составляюпр1х оценки расписания, информация с выхода которых поступает в узел 23 формирования оценки.

Полученная оценка поступает по свзи 29 в центральную ЭВМ, где выбирается окончательный вариант расписания работы комплекса 9 и блока 11 проектирования и технологической подготовки.

Центральная ЭВМ осуществляют выдачу управляющей информации на блоки 3,-Зц, 4 и 5 в соответствии с полученным оперативным расписанием. На фиг. 2 приведена блок-схема алгоритма выполнения одного шага расписания 33 - выбор из расписания подлежащей выполнению операции заявки и номера ГПМ ; 34 - определение шифров димых заготовок, инструмента, оснастки 35 - проверка их наличия в выбранном ГПМ; 36 - анализ текущего состояния АТС, 37 - выбор транспортного средства для доставки недостающих комплектующих в выбранный ГПМ; 38 - выдача управляющей информации в АТС; 39 - проверка окончания транспорти- ,рЬвки; 40 - проверка возникновения . отказа в работе АТС; 41 - анализ необходимости коррекции расписания при отказах в системе; 42 - формирование информационной модели ГПК для блока составления расписаний и блока имитационной модели; 43 - проверка освобоясдения ГПМ от выполнения предыдущей операции; 44 - проверка возникновения отказа в работе ГПМ; 45 - запуска операции в mMj 46 - проверка окончания выполнения операции 47 - проверка годности детали.

Информация с выхода ГПМ поступает на информационные входы датчиков 10, которые обеспечивают передачу в центральную ЭВМ следующей информации:

-о начале и завершении (аварий ном или нормативном).выполнении операций в ГПМ ,

-об изменении текущих параметров оборудования ГПК по данным системы встроенного контроля.

При нарушении составленного оперативного расписания работы ПТС вследствие отказов технологического оборудования и вычислительных средств или при завершении обработки текущего расписания, центральная ЭВМ 1 обеспечивает коррекцию (составление) расписания.

Рассмотрим работу блока оценки расписаний по его функциональной схеме (фиг. 3).

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

С выхода блока 12 хранения инфорг мации информация записывается в регистры 54 - 59 узла хранения характеристик системы. Регистры 54 - 56 предназначены для хранения значений весовых коэффициентов ci, , с , Ы,,, а регистры 57 - 59 - номеров тактов, в которых происходит запись сформированной составляющей оценки расписания в сумматор 86. Эти значения соответственно равны D + 1, S + 1,2+1.

Информация, полученная с помощью имитационной модели ПТС записывается в узлы 48 памяти Т, (i, 1) ,T2.(i,l) , T,(i,l) в узлы 49 - T(j),tf(j),B узлы 50 - T6(j) блока хранения характеристик расписания.По завершении записи в БП сигнал Конец передачи поступает для запуска на управляющий вход генератора 51, импульсы с выхода которого поступают на счетчик 52i Текущее состояние счетчика подается на входы трех схем сравнения 73 - 75 и на вход дешифратора 53, с выхода которого на входы узлов 48 - 50 поступает сигнал считывания информации. За один такт из узла 48 в выходные регистры 60 - 62 считывается три ячейки Т,(1,1), T(i,l), Tjd,), из узла 49-2 ячейки

),

TyCj) и из 50 - по первому считывающему импульс-,- в регистр запи- «сывается значение TgCj).

По состоянию счетчика 52 - М+1, ; срабатывает схема 73 сравнения, сигнал с выхода которой поступает на управлякшще входы элементов И 77 и 84. В результате значение T(j) с выхода регистра 83 через элемент И 84 поступает на первый вход умножителя 85, на второй вход которого с выхода регистра 59 через элемент И 77 поступает значение cd, . Результат с выхода умножителя 85 поступает. на. вход сумматора 86.

С выхода узла 49 значения ) T5-(j) поступают на вход сумматора

вход с выхода регистра 58 через элемент И 76 - значение oi.

Результат

с выхода умножителя 82 поступает на вход сумматора 86.

С выхода регистра 60 значение ТД1,1) поступает на вход сумматора 70, одновременно значение Т (1,1-1) с выхода регистра 61 поступает на входы схем 63 и 66 сравнения и вычи- тателя 64, а значение T(i.l)c выхода регистра 62 поступает на входы схемы сравнения 63, вычитателя 64 и элемента И 65.

Если значение Т,(1,1-1) равно О .(т.е. ) срабатывает схема 66 сравнения, с выхода которой поступает сигнал на управляющий вход элемента И 65, в результате значение ,) поступает на вход сумматора 70. Одновременно сигнал схемы 66 сравнения через инвертор 68 блокирует передачу информации через элемент И 67.

Если значение Т (1,1) .l-l) срабатывает схема 63 сравнения, сигнал с выхода которой через элемент И 67 поступает на управляющий вход элемента И 69. В результате значение T,j(i,l) - Т (1,1-1) с выхода вычитателя 64 через элемент И 69 поступает на вход сумматора 70.

Если ,) Тд (1,1-1) информа.- ция на вход сумматора 70 не поступает

При состоянии счетчика 52.- D+1 срабатывает схема 74 сравнения, сигна с выхода которой поступает на управляющие входы элементов И 71 и 78, на вход элемента 79 задержки и как сигнал Сброс/стоп на управляклцие входы reHepaTojia 51 и счетчика 52. В результате информации с выхода сумматора .70 через элемент И 71 поступает на первый-вход умножителя 72, на .второй ;вход которого с выхода регистра 57 через элемент И 78 поступает значени 9(ц . Результат с выхода умножителя 72 поступает на вход сумматора 86.

Оценка расписания с выхода сумматора 86 через элемент И 87, на управляющий вход которого поступил сигнал с выхода элемента задержки 79, поступает в центральную ЭВМ.

Изобретение по сравнению с прототипом является более эффективным, поскольку, во-первых, предусматривается наличие блока проектирования и технологической подготовки и управ- ление им, что позволяет значительно сократить время прохождения заявками цикла Проектирование-изготовле

,

0

5

0

5

ние, и во-вторых обеспечивает управление планом работы ГПК не только при аварии оборудования, но и при снижении его функциональных возможностей вследствие параметрических и константных отказов.

Формула изобретения

Устройство для управления производственной системой, содержащее управляющий вычислитель, одни входы-выходы которого являются входами-выходами устройства, служащими для подключения к входам-выходам объекта управления, другие входы-выходы -. соединены с входами-выходами блока хранения информации, блока ввода информации и блока вывода информации, информационный вход блока ввода информации является и 1формационным входом устройства, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет сокращения времени цикла управления и нейтрализации отказов объекта управления, в него введен блок оценки расписаний, содержащий инвертор, сумматоры, с первого по третий умножители, с первого по де- сятьй элементы И, с первого по десятый регистры, элемент задержки, вы- читатель, с первого по третий узлы памяти, е первого по пятый элементы сравнения, счетчик, генератор импульсов, дешифратор, первые информационные и управляющие выходы блока сопряжения подключены к соответствующим входам регистров с первого по шестой, соединенных выходами с первыми входами схем сравнения, с третьей по пя- тую, и с первыми входами седьмого, пятого и шестого элементов И соответственно, одни выходы счетчика подключены к вторым входам.схем сравнения, с третьей по пятую, выход треть- ,ей схемы сравнения соединен с первым, входом девятого элемента И и вторым входом шестого элемента И, выход четвертой схемы сравнения соединен с первым входом четвертого элемента И, вторым входом седьмого ,элемента И, входом управления генератора импуль - сов, входом сброса счетчика и через элемент задержки с первым входом десятого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом блока сопряжения, выходы седьмого, пятого

и шестого элементов И подключены к входам первых сомножителей., умножителей, с первого по третий соответственно, вторые информационные выходы блока сопряжения соединены с установочными входами генератора импульсов подключенного выходом к счетному входу счетчика, соединенного другими выходами с входами дешифратора, выхо которого подключен к управлякхвдм входам узлов памяти, с первого по третий, подключенных информационными входами к вторым информационным входам блока сопряжения, выходы первог узла памяти соединены с входами регистров, с седьмого по девятый, выходы второго узла памяти подключены к входам первого и второго слагаемого второго сумматора, входом третьего слагаемого соединенного с выходом второго сумматора, выход второго сумматора подключен к первому входу второго элемента И, выходы седьмого регистра соединены с входами первого слагаемого первого сумматора, выходы восьмого регистра подключены к первым входам первой и второй схем сравнения и к входу вычитаемого вы- читателя, выход девятого регистра подключен к входу уменьшаемого вычи- тателя, первому входу первого элемента И и второму входу первой схемы сравнения, подключенной выходом к второму входу второй схемы сравнения

Г

с

0

5

0

и к первому входу второго элемента lij вьпсод которого подключен к первому входу третьего элемента И, соединенного вторьм входом с выходами вычи- тателя, а выходом - с входом второго слагаемого первого сумматора, вход третьего слагаемого которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - с входом четвертого слагаемого первого сумматора с вторым входом четвертого элемента И, выход второй схемы сравнения подключен к второму входу первого элемента И и через ин- фep top к второму входу второго элемента И, выход пятой схемы сравнения соединен с вторыми входами пятого и восьмого элементов И, выход восьмого элемента И соединен с входом второго сомножителя второго умножителя, выходы третьего узла памяти соединены с входами десятого регистра, выход которого подключен к второму входу девятого элемента И, соединенного выходом с входом второго сомножителя третьего умножителя, выход четвертого элемента И соединен с входом второго сомножителя первого умножителя, выход которого, выходы второго и третьего з м- ножителей подключены соответственно к входам слагаемых, с первого по тре- тий, третьего cj MMaTopa. выход которого .подключен к втором входу десятого элемента И и входу четвертого слагаемого третьего сумматора.. ,

п

фц$.2