Лекция 2. Автоматизированный технологический комплекс

Под автоматизированными технологическими комплексами (АТК) пони­мают технологические структуры с законченным производственным циклом (участок, цех) и различной степенью автоматизации. Основной отличительной особенностью АТК является связанность функциональных модулей материаль­ными (заготовки, изделия, инструменты, отходы) и информационными потока­ми. С помощью информационных потоков передаются данные о состоянии технологических агрегатов и их частей, параметрах технологического процесса и обрабатываемого изделия, командах управления и т.д.

Любой современный технологический комплекс следует рассматривать как автоматизированный технологический комплекс (АТК). В соответствии с технологическим процессом работа АТК определяется задающей программой. Осуществляются: контроль и регулирование электромагнитных, механических, технологических переменных, показателей качества готовой продукции (переработанного вещества); автоматическая оптимизация обобщенных показателей качества работы АТК; контроль состояния электротехнического, механического и технологического оборудования.
В общем виде задача АТК заключается в преобразовании исходного вещества в готовую продукцию (переработанное вещество) на основе получения от технологической среды информации в виде задающей программы и энергии Р.
Издержки функционирования АТК в виде таких вредных влияний на среду, как искажение параметров сети электроснабжения, искажение информации, электромагнитные поля должны быть сведены к допустимому по стандартам минимуму, а технологические отходы переработаны в полезную продукцию. Готовая продукция должна соответствовать требованиям стандарта к качеству, производиться за минимально короткое время при минимальном потреблении энергии. Высвобождаемая энергия машин должна возвращаться в среду, куда должны поступать информация о работе АТК и данные о качестве готовой продукции.

Модули интеллектуальной периферии решают специальные задачи пользователя по измерению, оценке, регулированию, стабилизации, позиционированию и др. Они «интеллектуальны», так как обладают собственными процессорами и решают самостоятельно в реальном времени специализированные задачи управления. Их периферийность определяется тем, что с управляемым процессом они непосредственно связаны через собственные вводы/выводы, благодаря чему центральный процессор не перегружается и за необходимое время выполняет собственные задачи.

Программаторы и ПК используются в системах визуализации и обслуживания, а также для подготовки, отладки и записи программ в контроллеры. В соответствии с задачами программно-логического и непрерывного управления, диагностирования, контроля состояния функциональных узлов оборудования, отображения информации об управляемом процессе имеется стандартное программное обеспечение в виде функциональных блоков, обеспечивающих решение частных задач и органично встраиваемых в программы пользователя.
Имеются программы-драйверы, решающие задачу сопряжения контроллеров со стандартной периферией, другими контроллерами и компьютерными средствами автоматизации в коммуникационной сети.

Постановка проблемы моделирования технологических процессов ма­шиностроительных комплексов. Машиностроительные технологические ком­плексы являются сложными производственными структурами с различной степе­нью автоматизации, в состав которых входит высокотехнологичное оборудование и приспособления: станки с ЧПУ, промышленные роботы, автоматизированный транспорт и склад. Создание таких производств, требует значительных матери­альных и временных затрат. Поэтому одной из главных задач при эксплуатации автоматизированных технологических комплексов является обеспечение высокой эффективности их работы. Использование математического моделирования явля­ется одним из основных инструментов решения указанной задачи. Несмотря на проведенные исследования, в настоящее время, не разработаны модели, адекватно отображающие все динамические процессы, протекающие в производственных системах данного класса. Исходя из вышеизложенного, совершенствование мето­дов моделирования и оптимизации технологических процессов является актуаль­ной научной задачей, решение которой, позволит повысить эффективность функ­ционирования машиностроительных комплексов.

Анализ последних исследований и публикаций по моделированию АТК. В настоящее время при создании и эксплуатации АТК используются сле­дующие модели, которые можно разделить на четыре основных класса: анали­тические, имитационные, модели, основанные на теории сетей и графов и тео­рии массового обслуживания. Проведенный сравнительный анализ моделей, применяемых для формализации работы АТК показал, что на сегодня наиболее эффективными являются подходы, основанные на использовании сетей и гра­фов или имитационное моделирование.

Нерешенные вопросы в моделировании АТК. Все вышеуказанные мо­дели не лишены недостатков, главным из которых является формализация с до­пущениями с целью упрощения модели, что неизбежно приводит к неадекват­ности модели или достаточно большой погрешности. Все указанные недостатки влияют на оперативность и оптимальность управления, а также на эффектив­ность функционирования АТК в целом. Поэтому основная задача дальнейшего развития методов моделирования АТК состоит в преодолении указанных не­достатков.

Постановка задачи моделирования. АТК является сложным динамиче­ским объектом, который работает в условиях возмущений (отказы оборудова­ния, изменение производственного задания и т.д.). Он включает в себя сово­купность агрегатов, обеспечивающих выполнение заданного набора техноло­гических операций. Для хранения заготовок, полуфабрикатов, готовых изделий, инструмента, оснастки предусмотрены специально оборудованные склады. В составе АТК могут быть организованы один общий или нескольких узкоспе­циализированных складов. На практике хранение осуществляется как в цен­тральном складе, так и в промежуточных накопителях, расположенных непо­средственно у технологических агрегатов. Для обеспечения материального взаимодействия технологического оборудования и складской системы в авто­матизированных технологических комплексах используются различные виды транспортных средств. Транспортировка обеспечивается конвейерами, автома­тическими тележками, робокарами и т.д. Для обеспечения эффективной работы технологического и транспортно-складского оборудования необходима система управления АТК.

Исходя из вышесказанного, в структуре АТК можно выделить четыре ос­новных подсистемы: технологическую, транспортную, складскую и управляю­щую.