Устройство для управления производственной системой

 

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.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (58 4 С 06 Е 15 46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н A BTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4341991/24-24 (22) 14. 12.87 (46) 15.09.89. Бюл. М 34 (72) С.Г.Редько и И.Л.Туккель (53) 681.325(088.8) (56) Патент Великобритании

9 2132362, кл. G 01 В 7/00, опублик.

1984.

Патент Великобритании

1Ф 2127586, кл. G 05 В 15/02, опублик.

1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМОЙ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управле„.80„„1508237 А 1

2 ния производственной системой. Цель изобретения — расширение области применения устройства за счет сокраще- ния 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. е

3 ил.

1508237 элемент И 87 боты ГПС.

Дпя оценки расписания вводится следующий критерий: и е, ))ч

m1 К m™j 2 Т (i 1) + Т (1,1) +ac + 1+(j) + Т (j) +eC +Py (j) е= е=

j 3 ) =1

0 nри Т (1 1) (Т (1 1 — 1)

T (i,1) = T (i,1). — Т ().,1) при Т (,1) T (i,1-1)

Т,(1 1) npn i =- 1

1; — число операций, назначенных н i-ГПМ в оцениваемом распиИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для оперативного планирования и управления группой производственных модулей.

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

Ца 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

ЭВИ 1, каналы 2„-2 „ < связи, блоки

3,-3„, 4 и 5 числового программного управления (ЧПУ), технологическое оборудование 6 -бя, автоматическая станция 7, автоматическая складская система 8, гибкий производственный комплекс 9, датчики lО, блок 11 проек.,Тирования и технологической подготов- 25 ки 11, блок 12 хранения информации, блоки ввода 13 и вывода t4 информации, блок 15 сопряжения, узел 16 логического управления, блок 17 оценки расписаний, узел 18 хранения характеристик устройства с первого по третий узлы 19-2 1 расчета составляющих оценки, узел 22 хранения временных характеристик расписания, узел 23 формирования оценки расписания, свя: зи 24-32.

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

Блок оценки расписания содержит а0 с первого по третий узлы памяти 4850, генератор 51 импульсов, счетчик

52, дешифратор 53, с первого по девятый регистры 54-62, первую схему 63 сравнения, вычитатель 64, первый где N — число гибких производственных модулей (ГПИ) в ГПС, 5S 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

Управляющий вычислитель обозначен позицией 88.

Предварительно,из общего входного задания, поступающего на входы 24, формируются оперативные задания для комплекса 9 и для блока 11 проектирования и технологической подготовки.

Заявки, для которь|х в блоке хранения информации отсутствует с троектированный технологический маршрут, включаются в оперативное задание для блока проектирования и технологической подготовки. Заявки, технологические операции которых не обеспечены полностью инструментом, оснасткой и заготовками 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 центральной 3BM Аормируются оперативные расписания расании (под операцией понима-, ется процесс обработки детали внутри одного ГПИ);

Т (Е Т о э — весовые коэффициенты;

15!"!82 н

1! 6 !

Т, (i, 1) (1,1) т (1,1) T (j) Т,(j) 6 — 1,N, 1 = 1,1, j = 1,m. общее число операций, включенных в расписание работы гибкого производственного комплекса (ГПК); время транспортировки 1-ГПМ инструмента и оснастки, необхо-.. 10 димого для выполнения 1-операции; время доставки в

i-ГПМ заготовки для выполнения 1-опеpaции; время окончания выполнения 1-операции в i-ГПМ, время, затрачиваемое блоком проектирования и технологической подготовки на выполнение j ýàÿâêè; время ожидания )-за- 25 явкой обслуживания блоком:проектирования и технологической подготовки, время ожидания в 30 очереди j çàÿâêè начала обслуживания в

ГПК, 40

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

45 (двойная сумма) характеризует прохождение заявок через ГПК. Функциональные возможности ГПМ в ходе производственного процесса не остаются постоянными. Они изменяются, как следст50 вие невысокой функциональной надежности оборудования (параметрические и контактные отказы), так и в результате транспортировки инструмента, ос„ насткИ, заготовок в ГПК. Согласно критерию в качестве оценки оперативного расписания работы ГПК выбирается степень соответствия текущих фуикциоЗ7

6 нальных воэможностей ГГ!!!, требованиям к ним со стороны ожидающи:; обслу живания заявок.

При назначении заявки в ГПМ в первую очередь проверяется соответствие текущих технологических параметров ГПИ (количество управляемых координат, точность обработки, чистота обработки) параметрам текущей операции заявки. Отклонение состава инст-, румента, оснастки, заготовок в ГПМ от требуемого для выполнения назначенной операции характеризуется вре.менем взаимодействия оборудования и вычислительных средств ГПМ с внешней средой. Величина Т (i,l) учитывает время доставки инструмента и оснастки, а Т (,l) — заготовок в ГПМ.

Вторая и третья составляющие критерия характеризуют оперативное планирование работы блока it проектиро вания и технологической подготовки..

El o возможности могут быть охарактеризованы следующим: — проектирование типовой детали (процесса); — проектирование комплексной детали (процесса); — проектирование оригинальной де" тали (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 эта- пов:.проектирования и технологической подготовки и чем больше функциональная полнота блока соответствует требованиям заявок, тем эффективнее используется информация о теку3Ъ! щем состоянии ГПК (минимум + Т (j)) 3=! и меньше трудоемкость (минимум ! з

Т (1 ) + T (j ) ) работы конструкто)=! ра и технолога.

Составление расписания работы автоматизированного блока проектирова" ния и технологической подготовки осуществляется путем V-кратного повторения следующей последовательности операций (где V — число назначенных в расписание заявок); — выбор заявки с максимальным при итетом или с минимальным сроком запуска;

1508237, max F; (j,k, г), Т, (i,k) ) если i-ГПМ в момент времени не может выпол) нить k-операцию j-заявки в соответствии со

F,(j,k,t) = 0 своими технологическими параметрами в обратном случае проверка выбора заявки, — формирование возможных вариантов принятия решения; оценка получаемых для каждого варианта расписаний; — выбор варианта с минимальной оценкой; — проверка окончания формирования расписания.

Т

1-ГПМ инструмента и оснастки, необходимого для выполнения k-о ерации.

2. По полученному начальному участку расписания и с помощью ряда известных эвристических алгоритмов строится несколько вариантов расписания, из которых выбирается наилучшее по критерию К. По этому расписанию определяется значение (0 ) верх-, ней границы оценки, равное максимальному значению по критерию К, отдельного шага расписания.

3. Расписание строится с учетом составленного начального участка по методу ветвей и границ. Оценка каждой вершины равна значению по критерию

К соответствующего шага расписания.

Вершины, оценки которых 0 0, не рассматриваются.

Дпя точной оцейки "временных характеристик полученных расписаний в составе центральной ЭВМ используется имитационная модель ГПС.

Имитационная модель ГПС обеспечи- вает 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 ГПК; расчет временных показателей функционирования

ГПК (время выдачи материалов складской системой, время транспортировки заготовок, инструмента и оснастки .транспортной системой, время работы

Составление расписания работы ГПК.

1. Назначение в каждой ГПМ первой операции (формирование начального участка расписания).

Выбор ГПМ и заявки, текущая операция которой назначается в этот ГПМ, осуществляется по следующему правилу: л простоя ГПМ и т.п., проверку окон20 чания моделирования, выдачу полученных временных характеристик расписания в блок 17 оценки расписаний.

Блок 17 работает следующим образом.

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

30, На второй информационный вход блока оценки расписаний поступают данные из блока 12 хранения информации (<, g, Ы и номера тактов считывания информации с блоков расчета сос35 тавляющих оценки) и записываются в узел 18 хранения характеристик устройства.

По окончании записи информации в узел 22 хранения характеристик распи40 сания запускается узел 1б логического управления, сигналы с выхода которого поступают на управляющие входы . узла 22 хранения характеристик расписания.

За один такт считывается информация по одной операции Т<(i,l),Т, (1,1), Тз(i 1), по одному терминальному месту конструктора и технолога Tq(j), Т (3) и в первом такте считывается зйачение T<(j), Считываемая информа ция поступает в узлы 19 — 2.1 расчета составляющих оценки. В такты О+1, М+

:+1,2 сигналы узла 16 подаются на управляющие входы соответственно первого 19, второго 20 и третьего 21 узлов расчета составляющих оценки расписания, информация с выхода которых поступает в узел 23 формирования оценки.

1508237

При нарушении составленного оперативного расписания работы ГПС 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).

Полученная оценка поступает по связи 29 в центральную ЭВМ, где выбирается окончательный вариант расписания работы комплекса 9 и блока 11 проек-.

5 тирования и технологической подготовки.

Центральная ЭВМ осуществляют выдачу управляющей информации на блоки

3,-3, 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 необ)родимых 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,ровки, 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

30 имитационной модели; 43 — проверка освобождения ГПМ от выполнения предыдущей операции; 44 — проверка возникновения отказа в работе ГПМ; 45 - запуска операции в ГПМ 46 — проверка окончания выполнения операции, 47 — 35 проверка годности детали.

Информация с выхода ГПМ поступает на информационные входы датчиков 10, которые обеспечивают передачу в цент-. ральную ЭВМ следующей информации: — о начале и завершении (аварийном или нормативном),выполнении oneраций в ГПМ; об изменении текущих параметров оборудования ГПК по данным системы ! встроенного контроля.

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

Информация, полученная с помощью имитационной модели ГЛС записывается в узлы 48 памяти Т,(i,1),T„(i,1), Т (,1) в узлы 49 — T+(j),Т (1).в узлы 50 — T<(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 52; 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. 3а один такт иэ узла 48 в выходные регистры 60—

62 считывается три ячейки Т,(i,1), Т(д,1), Т (,1), из узла 49 — 2 ячейки T+(j), Т (j) и из 50 — по первому считывающему импульс; в регистр запи сывается значение Т (j).

По состоянию счетчика 52 — M+1 срабатывает схема 73 сравнения, сигнал с выхода которой поступает на управляющие входы элементов И ?7 и

84. В результате значение Т (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 oC . Результат с выхода умножителя 85 поступает. на. вход сумматора 86.

С выхода узла 49 значения Т+()), Т (3) поступают на вход сумматора

80. При состоянии счетчика 52 — М+1 срабатывает схема 75 сравнения, сигнал с выхода которой поступает на управляющие входы элементов И 76 и

81. В результате на первый вход умножителя 82 с выхода сумматора 80 через элемент И 81 поступает значение, (Т,(3) + Т (j), а на второй

J вход с выхода регистра 58 через элемент И 76 — значение of . Результат

)508237

12 с выхода умножителя 82 поступает на вход сумматора 86.

С выхода регистра 60 значение

T„(i,1) поступает на вход сумматора

70, одновременно значение Т (i 1-1) с выхода регистра 61 поступает на входы схем 63 и 66 сравнения и вычитателя 64, а значение Т (i.l)с выхода

z регистра 62 поступает на входы схемы сравнения 63, вычитателя 64 и элемента И 65.

Если значение Т (,1-1) равно 0 ,(т.е, 1 = 1) срабатывает схема 66 сравнения, с выхода которои поступает.. 5 ! сигнал на управляющий вход элемента И 65, в результате значение Т (i,l) поступает на вход сумматора 70. Одновременно сигнал схемы 66 сравнения через инвертор 68 блокирует передачу информации через элемент И 67..

Если значение Tz(i,l} > Тэ(1,1-1) срабатывает схема 63 сравнения, сигнал с выхода которой через элемент

И 67 поступает на управляющий вход элемента И 69. В результате значение

Т (i,l) — Т (i,1-1) с выхода вычитателя 64 .через элемент И 69 поступает на вход сумматора 70.

Если T<(i 1) (Т (i 1-1} информа- 0 ция на вход сумматора 70 не поступает, При состоянии счетчика 52.- D+t срабатывает схема 74 сравнения, сигнал с выхода которой поступает на управляющие входы элементов И 71 и 78, на вход элемента 79 задержки и как сиг35 нал "Сброс/стоп" на управляющие входы генератора 51 и счетчика 52. В результате информации с выхода сумматора ,70 через элемент И 71 поступает на

40 первый вход умножителя 72, на второй

;вход которого с выхода регистра 57 через элемент И 78 поступает значение ю6 ° 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 ЭВИ.

50 ственно, одни выходы счетчика подключены к вторым входам. схем сравнения, с третьей по пятую, выход треть,ей схемы сравнения соединен с первым, Гвходом 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 импульсов, входом сброса счетчика и через элемент задержки с первым входом десятого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом блока сопряжения, выходы седьмого, пятого

Изобретение по сравнению с прототипом является более эффективным, поскольку, во-первых, предусматривается наличие блока проектирования и технологической подготовки и управление им, что позволяет значительно сократить время прохождения заявками цикла "Проектирование-изготовление", 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 информационным входом устройства, о т л и ч а ю— щ е е с я 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 ннвертор, сумматоры, с первого по третий умножители, с первого по десятый элементы И, с первого по десятый регистры, элемент задержки, вычитатель, 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 пятую, и с первыми входами седьмого, пятого и шестого элементов И соответ1508237

14 и шестого элементов И подключены к входам первых сомножителей., умножителей, с первого по третий соответственно, вторые информационные выходы блока сопряжения соединены с устано5 вочными входами генератора импульсов, подключенного выходом к счетному входу счетчика, соединенного другими выходами с входами дешифратора, выход 1О которого подключен к управляющим входам узлов памяти, с первого по третий, подключенных информационными входами к вторым информационным входам блока сопряжения, выходы первого !5 узла памяти соединены с входами рвгистров, 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 25 слагаемого первого сумматора, выходы восьмого регистра подключены к пер- вым входам первой и второй схем сравнения и к входу вычитаемого вычитателя, выход девятого регистра подключен к входу уменьшаемого вычитателя, первому входу первого элемента И и второму входу первой схемы сравнения, подключенной выходом к второму входу второй схемы сравнения и к первому входу второго элемента И выход которого подключен к первому входу третьего элемента И, соединенного вторым входом с выходами вычитателя, 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 инферФор 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 умножителей подключены соответственно к входам слагаемых, с первого по третий, третьего сумматора. выход которого .подключен к второму входу десятого элемента И и входу четвертого слагаемого третьего сумматора..

150823>

Составитель П.Алексеев

ТехРед М,Ходанич КоРРектоР Н.КоРоль

Редактор Л.Пчолинская

Заказ 6672 Тираж 668 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская .наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r ужгород, ул. Гагарина, 101