Реферат Методы моделирования производственных систем
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Федеральное агентство образования Российской Федерации
ГОУВПО «Воронежский Государственный Технический Университет»
Кафедра экономики, производственного менеджмента и
организации машиностроительного производства
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине «Методы моделирования производственных систем»
Воронеж 2008
Задание на выполнение домашней работы №1
По дисциплине «Методы моделирования производственных систем»
Теоретическая часть.
При использовании дополнительной литературы и материалов учебного пособия, в реферативной форме раскрыть следующие положения:
1. Методы и принципы системного анализа в их применении к решению управленческих проблем
2. Современная концепция математического моделирования
3. Виды и формы современного моделирования.
4. Методы статистического и имитационного моделирования.
5. Модели экономических систем.
6. Современные производственные системы и методы их формализации.
7. Концепция адекватности математических моделей.
8. Вероятностный подход к моделированию производственных систем.
9. Модель и объекты моделирования.
10. Методология моделирования производственных систем
Практическая часть
В рамках практического задания выполнить:
1. Разработать блок-схему модели СМО
2. Провести процесс моделирования.
3. Построить график
4. Сделать вывод
Исходные данные:
Время моделирования – 10 – 30 минут
Вероятность появления клиента – 1- 20 минут
Объем работы:
Теоретическая часть – 5-15 стр.
Практическая часть – 4-5 стр.
Теоретическая часть.
Современные производственные системы и методы их формализации.
Классификация производственных систем
Изучение современного производства, разработок и проектов показывает, что спектр решений гибких производственных систем простирается от производственных модулей на базе одного станка с ЧПУ до объединенных компьютером производственных участков и цехов.
Основными классификационными признаками ГАП являются:
масштабность структуры;
сфера использования (по группам отраслевых производств, видам работ, массе и габаритам продукции);
технический уровень (гибкость, степень автоматизации, рост производительности).
По масштабности ГАП разделяется:
Гибкий производственный модуль (ГПМ)
Единица технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с их изготовлением, имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему.
Гибкая производственная система (ГПС)
Совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение указанного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.
Гибкая автоматизированная линия (ГАЛ)
Гибкая производственная система, в которой технологическое оборудование расположено в принятой последовательности технологических операций.
Гибкий автоматизированный участок (ГАУ)
Гибкая производственная система, функционирующая по технологическому маршруту, в котором предусмотрена возможность изменения последовательности использования технологического оборудования.
Гибкий автоматизированный цех (ГАЦ)
Гибкая производственная система, представляющая собой в различных сочетаниях совокупность гибких автоматизированных линий, роботизированных технологических комплексов, гибких автоматизированных участков, роботизированных технологических участков для изготовления изделий заданной номенклатуры.
Гибкий автоматизированный завод (ГАЗ)
Гибкая производственная система, представляющая собой совокупность ГАЦ.
По степеням автоматизации ГПС подразделяются на гибкие производственные комплексы (ГПК) и гибкие автоматизированные производства (ГАП).
ГПК определяется как ГПС, состоящая из нескольких ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления и автоматизированной транспортно-складской системой, автономно функционирующая в течение заданного интервала времени и имеющая возможность встраивания в систему более высокой системы автоматизации.
ГАП представляет собой ГПС, состоящую из одного или нескольких ГПК, объединенных автоматизированной системой управления и транспортно-складской системой.
Роботизированный технологический комплекс (РТК)
Совокупность единицы технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы. РТК, предназначенные для работы в ГПС, должны иметь автоматизированную переналадку и возможность встраивания в систему. Средствами оснащения РТК могут быть: устройства накопления, ориентации, поштучной выдачи объектов производства и другие средства, обеспечивающие функционирование РТК.
Система обеспечения функционирования ГПС.
Совокупность в общем случае взаимосвязанных автоматизированных систем, обеспечивающих проектирование изделий, технологическую подготовку их производства, управление гибкой производственной системой при помощи ЭВМ и автоматическое перемещение предметов производства и технологической оснастки.
В общем случае в систему обеспечения функционирования ГПС входят:
- автоматизированная транспортно-складская система (АТСС);
- автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО);
- система автоматизированного контроля (САК);
- автоматизированная система удаления отходов (АСУО);
- автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП);
- автоматизированная система научных исследований (АСНИ);
- система автоматизированного проектирования (САПР);
- автоматизированная система технологической подготовки производства (АС ТПП);
- автоматизированная система управления (АСУ) и т.д.
- Автоматизированная транспортно-складская система (АТСС).
По гибкости ГПС делятся на системы:
а) высокой гибкости у которых номенклатура продукции, приведенная на один обрабатывающий модуль, превышает 100 наименований. Затраты времени на переналадку для обработки новой детали в пределах группы не более 10% полезного фонда времени работы.
б) средней гибкости - номенклатура продукции, приведенная на один модуль, 20 - 100 наименований. Затраты времени на переналадку - 20 %.
в) малой гибкости - номенклатура - до 20 наименований; затраты времени на переналадку более 20 %.
По степени автоматизации ГПС делятся на системы:
а) высокой (высшей) степени - автоматическое управление и трехсменный режим работы;
б) средней степени - непрерывное автоматизированное управление при многостаночном обслуживании с коэффициентом многостаночности более 2.
в) малой степени - коэффициент многостаночности не более 2.
Основные характеристики гибкого автоматизированного производства
Важнейшие характеристики ГАП:
производительность;
гибкость;
31
эффективность;
Определяются, во-первых, характеристиками осн
31
овного (станки) и вспомогательного (накопители, системы автоматизированного контроля и измерений и т.д.) оборудования и во-вторых, удачностью компоновки оборудования в ГПС.
Производительность ГПС
Это важнейший показатель эффективности производственного процесса. Наиболее надежным и удобным количественным критерием производительности являлась производительность, измеряемая количеством изделий, произведенных в единицу времени (шт/ч), или ее обратная величина - трудоемкость изготовления конкретного изделия.
Привязка этих показателей к конкретному изделию делает их малоэффективными для оценки производительности процесса, с выхода которого снимаются разные изделия. ГПС производит не только разные детали, но и разное их число в единицу времени.
Производительность нельзя рассматривать без таких понятий как гибкость и мобильность.
Понятие о гибкости автоматизированного производства
Гибкость:
o возможность обрабатывать на одной и той же технологической линии различные детали в различных сочетаниях;
o возможность изменения в любой момент стратегии производства в зависимости от необходимости;
o модифицирование обрабатываемых деталей без привлечения дополнительных значительных затрат;
o изменение состава технологической линии в зависимости от требований;
o повторное использование значительного процента существующих капиталовложений в том случае, если приходится полностью менять тип продукции.
Гибкость и производительность - это такие два фактора, которые очень трудно объединять, и поэтому только из анализа этих факторов можно определить их оптимальное соотношение для объединения, и этот анализ должен выполняться совместно конструктором и потребителем.
Этот анализ должен способствовать определению того, как и насколько гибкая система производства может влиять и сокращать себестоимость продукции, где под себестоимостью продукции понимается как прямая стоимость производства, так и все косвенные затраты производства, которые могут быть изменены благодаря применению этой новой современной системы производства.
Гибкие производственные системы обычно состоят из определенного количества станков, системы транспортировки и разгрузки деталей и системы управления, состоящей из одной или нескольких ЭВМ и соответствующего математического обеспечения.
Станки могут быть специализированные или универсальные, одинаковые или различные, более или менее гибкие, оснащенные или нет какой-либо особенной аппаратурой.
Система транспортировки может быть организована для транспортировки деталей, оснастки, палет (спутников) или же только для перевозки деталей; может быть более жесткой (например, линия на роликах с приводом), или же более гибкой (например, самоходные тележки на рельсах или с управлением по проводу; может выполнять только подачу отдельных деталей, а затем роботы будут забирать эти детали и закреплять или снимать их на оснастке станков.
Может, наконец, выполнять перевозку только деталей, либо также и перевозку инструментов.
Система управления может быть простейшей (управление только одним движением тележек или деталей) или может усложняться и быть системой, которая управляет программой обработки деталей, магазином с инструментами, качеством обработки, стратегией, - которые изменяются в зависимости от требований производства; наконец, может быть сложнейшей системой комплексного управления цехом со всеми его составными частями.
Практическая часть
Задание 1.
На предприятии существует 5 видов производства в соответствии с которым выпускается 700, 150, 400, 80, 170 тыс. ед. продукции. При этом используется 30, 50, 75, 40, 80 тонн стали соответственно. Величина запаса составляет 17% от используемого. Прибыль от реализации продукции составит 3; 1,1; 1,2; 0,6; 1,1 млн. руб. соответственно. Составить уравнение математической модели.
Количество конечной продукции, т.е. прибыль от реализации продукции, производимой в течение единицы времени, обозначим через Cј. Обозначим число ј-х технологических способов производства через n (ј=1,n). Обозначим число исходных i-х ресурсов, необходимых для производства конечной продукции через m (i = um). Пусть bi - величина запаса i-гo исходного ресурса, которым располагает предприятие. Обозначим через aij расход i-ro исходного ресурса за единицу времени использования j-гo технологического способа производства.
В качестве параметров управления в данной задаче примем время функционирования каждого из технологических способов производства. Положим Xj равным времени, в течение которого предприятие выпускает продукцию.
Составление уравнения математической модели эквивалентно выбору (нахождению) конкретных значений для каждого из неизвестных пока параметров управления Xj . Целевой функцией в рассматриваемой задаче является выражение количества конечной продукции через параметры управления Xj , т.е. тот план производства считается лучше, при котором выпуск конечной продукции больше. Если Cj*Xj - это объем конечного продукта, произведенного j-м технологическим способом, то общий объем конечного продукта, выпущенного предприятием, который должен быть максимизирован, представляем в виде следующего выражения.
где Cij - объем выпуска продукции i-гo вида;
Т.к. выпуск продукции должен максимизировать прибыль, то составим
следующее выражение:
При этом ограничен расход материала, запас которого составляет 17 тонн
= СаХа≤bi, i=1,m,
30Х1+50Х2+75Х3+40Х4+80Х5≤0,17(30+50+75+40+80)
30Х1+50Х2+75Х3+40Х4+80Х5≤46,75, i=1,75 (2)
где Са - расход материала на производство единицы изделия i-oгo вида (определяется как отношение затрат материала на выпуск продукции i-oгo вида к выпуску продукции);
bj - величина запаса ресурса, которым располагает предприятие.
Поскольку запас i-го ресурса, которым располагает предприятие, равен bj, то полный расход этого ресурса не превосходит величину его запасов.
Учитывая физическую сущность параметров управления (время исполнения технологических способов не может быть отрицательным), математическая постановка задачи должна быть дополнена условиями, не допускающими отрицательные значения параметров управления Xj
Xj≥0, j=1,n. (3)
Система неравенств (2) и (3), состоящая из m + n неравенств, является полной системой ограничений задачи и определяет множество допустимых планов.
Математическая модель рассматриваемой задачи планирования работы предприятия определяется соотношениями (1), (2), (3) и состоит в максимизации целевой функции (1) при соблюдении ограничений (2) и (3).
Задание 2.
Рассмотрев предложенную организационную структуру проанализируйте ее эффективность с использованием методов моделирования производственных систем.
Для проведения структурного анализа организационной структуры предприятия представим ее в виде графа G = {X, U}, где X - множество вершин (|Х| = n), соответствующее множеству структурных элементов; U -множество ребер (|U| = m), соответствующее множеству связей между структурными элементами предприятия.
Для описания графа G построим матрицу смежности (таблица 1), которая для неориентированного графа имеет вид А= ||аij||, где аij - элементы матрицы смежности, определяемые следующим образом:
| | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | Pi | Pi² | ri |
| 1 | | 1 | | | | | | | | | | | | | | | | 1 | 1 | 0.03 |
| 2 | 1 | | 1 | 1 | | | | | | | | | | | | | | 3 | 9 | 0.09 |
| 3 | | 1 | | | 1 | 1 | | | | | | | | | | | | 3 | 9 | 0.09 |
| 4 | | 1 | | | | | 1 | 1 | | | | | | 1 | | | | 4 | 16 | 0.12 |
| 5 | | | 1 | | | | | | 1 | 1 | | | | | | | | 3 | 9 | 0.09 |
| 6 | | | 1 | | | | | | | | 1 | | | | | | | 2 | 4 | 0.06 |
| 7 | | | | 1 | | | | | | | | 1 | 1 | | | | | 3 | 9 | 0.09 |
| 8 | | | | 1 | | | | | | | | | | 1 | 1 | | | 3 | 9 | 0.09 |
| 9 | | | | | 1 | | | | | | | | | | | | | 1 | 1 | 0.03 |
| 10 | | | | | 1 | | | | | | | | | | | 1 | 1 | 3 | 9 | 0.09 |
| 11 | | | | | | 1 | | | | | | | | | | | | 1 | 1 | 0.03 |
| 12 | | | | | | | 1 | | | | | | | | | | | 1 | 1 | 0.03 |
| 13 | | | | | | | 1 | | | | | | | | | | | 1 | 1 | 0.03 |
| 14 | | | | | | | | 1 | | | | | | | | | | 1 | 1 | 0.03 |
| 15 | | | | | | | | 1 | | | | | | | | | | 1 | 1 | 0.03 |
| 16 | | | | | | | | | | 1 | | | | | | | | 1 | 1 | 0.03 |
| 17 | | | | | | | | | | 1 | | | | | | | | 1 | 1 | 0.03 |
1. По матрице смежности определим ранг каждого элемента
для нашего случая ΣΣaij = 33, Ранги структурных элементов приведены в последнем столбце таблицы 1.
Чем выше ранг элемента, тем более сильно он связан с другими
элементами и тем более тяжелыми будут последствия при потере качества
его функционирования, В нашем случае наиболее высокий ранг (0.12) имеет
четвертый элемент структуры.
2. Проверим связность структуры.
Для связных структур (не имеющих обрывов и висячих элементов) должно выполняться условие
Правая часть неравенства определяет необходимое минимальное число
связей в структуре графа, содержащего n вершин.
Для нашего случая n(количество структурных элементов) равно 17 и
условие 1/2 33 = 17-1 выполняется, т. е. структура является связной.
3. Проведем оценку структурной избыточности R, отражающей
превышение общего числа связей над минимально необходимым:
где m - множество ребер графа (1/2 количества связей в матрице смежности);
n - количество вершин (элементов) структуры;
где aij - элементы матрицы смежности.
Данная характеристика является косвенной оценкой экономичности и надежности исследуемой структуры и определяет принципиальную возможность функционирования и сохранения связей системы при отказе некоторых ее элементов. Система с большей избыточностью R потенциально более надежна, но менее экономична. Возможны три варианта: если R< 0, то система несвязная; R = 0, система обладает минимальной избыточностью; R > 0, система имеет избыточность; чем выше R, тем выше избыточность.
Для нашего случая R = 33*0.5/(17-1)-1= 0,031, т. е. структура имеет избыточность.
4. Определим неравномерность распределения связей - Е. данный показатель характеризует недоиспользование возможностей данной структуры, имеющей m ребер и n вершин, в достижении максимальной связности. Величина Е определяется по формуле
где - вес i-гo элемента, или количество связей i-го элемента со
всеми остальными.
Для нашего случая Е= 3,87.
Однако для сравнения различных структур по неравномерности связей используют относительную величину:
где Емах - максимальное значение неравномерности связей, которое достигается в системе, имеющей максимально возможное число вершин, имеющих одну связь.
Величину Е определяют но эмпирической формуле
Для нашего случая у- 16.5-17=-0,5; х= 0.615
Тогда Еmах=14.35
Определим величину Е для нашего случая. Е = 3.84/14.35 = 0.27 Величина E для различных типов структур изменяется от 0 (для структур с равномерным распределением связей) до 1,
В нашем случае распределение связей в структуре довольно равномерное.
5. Определим структурную компактность структуры Q, которая отражает общую структурную близость элементов между собой. Для этого используем формулу
где dij - расстояние от элемента i до элемента j, т. е. минимальное число связей, соединяющих элементы i и j.
Для определения величины общей структурной компактности построим матрицу расстояний D = || dij || - (таблица 2), По таблице определяем Q = 336,
Таблица 2 - Матрица расстояний D
| | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | сумма |
| 1 | | 1 | 2 | 2 | 3 | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 5 | 5 | 55 |
| 2 | 1 | | 1 | 1 | 2 | 2 | 2 | 2 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 | 40 |
| 3 | 2 | 1 | | 2 | 1 | 1 | 3 | 3 | 2 | 2 | 2 | 4 | 4 | 4 | 4 | 3 | 3 | 41 |
| 4 | 2 | 1 | 2 | | 3 | 3 | 1 | 1 | 4 | 4 | 4 | 2 | 2 | 2 | 2 | 5 | 5 | 43 |
| 5 | 3 | 2 | 1 | 3 | | 2 | 4 | 4 | 1 | 1 | 3 | 5 | 5 | 5 | 5 | 2 | 2 | 48 |
| 6 | 3 | 2 | 1 | 3 | 2 | | 4 | 4 | 3 | 3 | 1 | 5 | 5 | 5 | 5 | 4 | 4 | 54 |
| 7 | 3 | 2 | 3 | 1 | 4 | 4 | | 2 | 5 | 5 | 5 | 1 | 1 | 3 | 3 | 6 | 6 | 54 |
| 8 | 3 | 2 | 3 | 1 | 4 | 4 | 2 | | 5 | 5 | 5 | 3 | 3 | 1 | 1 | 6 | 6 | 54 |
| 9 | 4 | 3 | 2 | 4 | 1 | 3 | 5 | 5 | | 2 | 4 | 6 | 6 | 6 | 6 | 3 | 3 | 63 |
| 10 | 4 | 3 | 2 | 4 | 1 | 3 | 5 | 5 | 2 | | 4 | 6 | 6 | 6 | 6 | 1 | 1 | 59 |
| 11 | 4 | 3 | 2 | 4 | 3 | 1 | 5 | 5 | 4 | 4 | | 6 | 6 | 6 | 6 | 7 | 7 | 73 |
| 12 | 4 | 3 | 4 | 2 | 5 | 5 | 1 | 3 | 6 | 6 | 6 | | 2 | 4 | 4 | 7 | 7 | 69 |
| 13 | 4 | 3 | 4 | 2 | 5 | 5 | 1 | 3 | 6 | 6 | 6 | 2 | | 4 | 4 | 7 | 7 | 69 |
| 14 | 4 | 3 | 4 | 2 | 5 | 5 | 3 | 1 | 6 | 6 | 6 | 4 | 4 | | 2 | 7 | 7 | 69 |
| 15 | 4 | 3 | 4 | 2 | 5 | 5 | 3 | 1 | 6 | 6 | 6 | 4 | 4 | 2 | | 7 | 7 | 69 |
| 16 | 5 | 4 | 3 | 5 | 2 | 4 | 6 | 6 | 3 | 1 | 5 | 7 | 7 | 7 | 7 | | 2 | 74 |
| 17 | 5 | 4 | 3 | 5 | 2 | 4 | 6 | 6 | 3 | 1 | 5 | 7 | 7 | 7 | 7 | 2 | | 74 |
