4.3. Информационное обеспечение сборочного производства. Уровни управления

Спецификой сборочного процесса является манипуляция на уровне управления технологическим оборудованием объектами сборки с томощью сборочных машин или роботизированных технологических сомплексов.

Под ПС понимают целостную структурную единицу, предназна- 4енную для выпуска продукции определенного вида в пределах своих технологических возможностей при условии обеспечения необходимы­ми ресурсами.

Для ПС могут быть выделены следующие основные виды связей, формирующих внешний интерфейс:

технологический интерфейс, определяющий возможности обработки, а также свойства и параметры преобразуемых объектов (заготовок) и всех ресурсов, необходимых для работы (инструмента, оснастки и т.д.);

механический интерфейс, определяющий конкретный способ подачи материальных объектов в ПС и выдачи их обратно; организационный интерфейс;

информационный интерфейс, определяющий содержание, форму построения и процедуры обмена информацией с внешней средой (персоналом и системой управления верхнего уровня);

коммуникационный (сетевой) интерфейс, определяющий средства и возможности обмена информацией с внешней средой;

пользовательский интерфейс, определяющий средства и возможности персонала по управлению производственной системой;

интерфейс инфраструктуры, определяющий подключение к системе жизнеобеспечения (энергоснабжение, канализация, подача воздуха, СОЖ и т.д.).

При детальном анализе возможна дополнительная структуризация каждого из указанных видов интерфейсов. Для каждого из интер­фейсов могут быть определены и свойственные ему виды точек доступа.

Уровни системы управления. Производственная система имеет несколько уровней управления (рис. 4.13): планирование; диспетчи- рование; оперативное управление; управление оборудованием.

Данная иерархия характерна для ПС любого ранга. В частности, система оперативного управления (СОУ) на уровне завода выполняет межцеховые перевозки, обслуживание общезаводских складов и координацию работы цехов. На уровне участка СОУ выполняет транспортирование между рабочими модулями участка, связь с внешней средой, обслуживание склада участка и координацию работы модулей при выполнении планов участка. Таким обра-

Рис. 4.14. Информационные потоки в системе управления

зом, благодаря рекурсивному характеру структуры ПС функции СОУ (а также и других уровней иерархии управления) интерпретируются таким же образом независимо от ранга ПС. При этом в силу рекур- сивности уровень оперативного управления завода взаимодействует с уровнем планирования цехов и т.д. Этим достигается целостность всей системы управления. Информационные потоки в СОУ показаны на рис. 4.14.

Планирование производства. 1. Система планирования обеспечивает разработку стратегии для системы управления процессом производства изделий с учетом состояния внутренней и внешней среды в соответствии с заданными критериями функционирования ПС и заказами.

2. Планирование осуществляется методом "just in time" (точно вовремя).

3. При планировании используется многовариантная технология изготовления изделий, разработанная системой САПР и САПР ТП, с которыми она имеет обратную связь.

4. Система планирования ориентирована на непрерывное изменение состояния внешней среды при динамической адаптации структуры, состава, надежности и технологических возможностей внутренней среды ПС.

5. Система производит вариантное планирование производства по различным критериям или их возможной комбинации.

6. Система планирования производства имеет распределенную иерархическую структуру, у которой возможна динамическая реконфигурация, и содержит ряд подсистем различного функционального назначения и горизонта планирования.

7. Система имеет следующую иерархическую структуру: подсистема "Перспективное планирование"; подсистема "Текущее планирование"; подсистема "Оперативное планирование".

8. Планирование осуществляется методом "сверху вниз" с обратной связью по состоянию внешней и внутренней среды методом "снизу вверх".

9. Система планирования должна быть реализована в виде многоуровневой экспертной системы или представлять ряд вложенных частных экспертных подсистем со своими базами знаний и множеством правил на каждом уровне иерархии.

10. Система должна предоставлять пользователю-непрофессионалу в области вычислительной техники естественный языковой интерфейс так, что возможно вмешательство в процесс планирования любого уровня и объяснение последовательности принятия того или иного решения по требованию пользователя при ее работе в автоматическом режиме.

11. Архитектура системы планирования должна быть открытой и позволять параметрическую, структурную и критериальную настройку без перерегенерации системы и допускать поэтапный ввод системы в эксплуатацию.

12. Практическая реализация системы планирования должна быть выполнена с использованием распределенной БД и вычислительной сети, единых для всех систем ПС в целом.

13. Для обмена информации внутри ПС необходимо придерживаться по возможности протокола MAP.

Подсистема перспективного планирования. 1. Перспективное планирование выполняется для определения стратегии производства, которая может включать в себя рекомендации по выпуску нового изделия, прекращению производства некоторых изделий, изменение объемов, номенклатуры деталей для производства.

2. Цель перспективного планирования — оценка предполагаемого эффекта, который может быть оценен на основании результатов моделирования реализации стратегии на производстве. Вследствие этого система должна включать в себя систему моделирования.

Подсистема текущего планирования. 1. Текущее (среднесрочное) планирование предназначено для составления производственных программ, удовлетворяющих требованиям выработанной стратегии. Производственные программы формируются на основе информации о состоянии производственных ресурсов, оборудования материалов.

2. Для составления производственной программы необходимо оценить соответствие имеющихся производственных мощностей и ресурсов требуемыми. Если требуемые ресурсы не соответствуют имеющимся, необходимо сбалансировать мощности до приемлемого уровня.

Подсистема оперативного планирования. 1. Оперативное плани­рование — это набор действий, связанных с существующей иерархией и поэтапным планированием производственного процесса, который основывается на оперативной информации о текущем состоянии процесса производства.

Заказы, в большинстве случаев, рассчитываются по программе "Текущий план", но должны быть предусмотрены действия в исключительных ситуациях.

2. Частота планирования будет зависеть от типа и характера возможных исключительных ситуаций.

Диспетчирование. Основные функции подсистемы следу­ющие: входной (выходной) контроль комплектующих и материалов для технологического процесса; техническое обслуживание и ремонт оборудования; диагностирование; управление ресурсами; управление персоналом; испытания.

Перечисленные выше функции рассматриваются как функции, обеспечивающие выполнение общей цели— инициализации, а также контроль подготовки и выполнения плановых заданий изготовления, материального обеспечения и технического обслуживания.

Конечная цель системы диагностирования — обеспечение ритмич­ного функционирования производства в соответствии с плановыми заданиями.

Информация, получаемая в системе диагностирования, должна использоваться в системе оперативного управления, планирования и организации производства на различных уровнях для принятия

правильного решения о следующем: использовании склада (модуля, участка, цеха, завода); размещении имеющейся рабочей силы; размещении и составе ремонтных бригад; замене обо­рудования; перегруппировке производственных процессов для выполнения плановых заданий и т.д.; определении межопераци­онных заделов и ресурсов и др. Оперативное управление. Система оперативного управления (СОУ) принимает с соседнего верхнего уровня команды на выполнение заданий (планов) и координирует работу оборудования, а в общем случае — работу ПС более низкого ранга. Параметры плановых заданий, так же как и необходимая технологическая информация, выбираются из общей базы данных. В процессе выполне­ния плановых заданий СОУ передает на верхний уровень и заносит в общую базу данных учетную информацию.

Задания (планы) верхнего уровня могут быть разбиты на следующие основные классы: материально-техническое обеспечение; изготовление; техническое обслуживание; оснащение.

По существу, СОУ обеспечивает управление материальными потоками, т.е. инициализацию, координацию и контроль выполнения манипуляций с ресурсами в соответствии с заданиями, поступающими с верхнего уровня. Таким образом, в состав СОУ входят следующие уровни (рис. 4.15):

супервизорный, который интерпретирует задания верхнего уровня, превращая их в последовательность команд службам СОУ;

сервисный (уровень служб), который содержит глобальные службы транспортировки, складирования, обработки и др.;

манипуляционный, который содержит ПС нижнего ранга и, в частности, модули различных типов (транспортные, складские и рабочие);

виртуального оборудования, который принимает запросы на выпо­лнение манипуляций оборудованием внутри модулей.

Службы СОУ. Важной составляющей рассматриваемой архитекту­ры является служба, под которой подразумевается объединение функционально эквивалентных компонентов ПС (принадлежащих, быть может, различным уровням иерархии ПС), являющееся для

Рис. 4.16. Структура доступа службы СОУ в сетевой среде

остальных компонентов ПС единым объектом, предоставляющим определенные услуги. Примером может служить транспортная служ­ба, которая имеет единообразный интерфейс (протокол доступа) для всех компонентов ПС (персонала и других служб).

Уровни и компоненты службы. Служба состоит из функциональ­ных компонентов — контроллеров службы (КС), образующих иерар­хию случайных уровней (рис. 4.16):

супервизорного, состоящего из супервизорных контроллеров службы (КСС);

манипуляционного, состоящего из контроллеров модулей (КСМ); виртуального оборудования, состоящего из контроллеров виртуаль­ного оборудования (КСВО);

исполнительного, состоящего из контроллеров исполнительных устройств (КСУ).

Пользователи службы, представленные соответствующими кон­троллерами (КСП), располагаются на верхнем уровне иерархии.

Пользователь получает доступ к службе, логически подключаясь к одному из супервизорных контроллеров. В дальнейшем вопросы пользователя передаются именно этому контроллеру, который факти­чески представляет службу. Отношение подключения устанавливается динамически.

Каждый КСС координирует работу одною или нескольких модулей службы. Контроллер модуля, в свою очередь, координирует работу компонентов оборудования модуля, представленных своими функцио­нальными моделями — контроллерами виртуального оборудования. КСВО управляет одним или несколькими контроллерами исполни­тельных устройств, реализующих физическое выполнение манипуляций.

Система протоколов службы. В соответствии с иерархией уровней службы СОУ предусмотрена система протоколов службы: вертикальных и горизонтальных, определяющих взаимодействие соответственно контроллеров соседних уровней и в пределах одного уровня.

Управление оборудованием. Уровень управления оборудованием непосредственно отвечает за выполнение манипуляций с материальными объектами, участвующими в технологическом процессе. Здесь одной из важнейших проблем является обеспечение независимости управления более высоких уровней от особенностей конструктивного исполнения и средств управления исполнительными механизмами технологического оборудования. Действительно, напри­мер, операции загрузки (разгрузки) деталей на технологическом оборудовании могут выполняться различными манипуляторами. В то же время все они в данной ситуации являются функционально эквивалентными устройствами, способными выполнять одинаковую функцию. Поэтому для системы управления ПМ, по существу, важно лишь то, что они в состоянии отработать команды "загрузить (разгрузить) деталь".

Аналогично анализ может быть проведен и для других функций, выполняемых различными видами оборудования. Существует понятие виртуального оборудования, т.е. структурно-функциональной модели, описывающей внешнее поведение реального оборудования определенного типа с точки зрения его взаимодействия с внешней средой по некоторому протоколу. Таким образом, может быть определен вирту­альный робот, виртуальный оклад, виртуальное транспортное устройство и т.д. Фактически для системы управления верхнего уровня компонент виртуального оборудования представляется как некоторый функциональный блок, воспринимающий команды на выполнение определнных функций и сообщающий о результатах их выполнения. И с этой точки зрения внутреннее устройство данного компонента не имеет значения, оно скрыто от системы управления благодаря ведению протокола взаимодействия с ним.