Синтез гибких производственных систем. Критерии синтеза

СИНТЕЗ   ГПС

9.1. Постановка задачи синтеза

Чтобы определить функции и структуры ГПС, необходимо:

1) составить задачу функционирования ГПС;

2) выбрать алгоритм их решения;

3) сформировать общую структуру ГПС и распределить задачи ее функционирования по уровням системы-;

4) скомпоновать комплекс технических средств ГПС и ее подсистем.

Перечисленные выше этапы синтеза ГПС взаимно связаны, и задачи каждого из них решаются с учетом ресурсов, выделяемых на создание системы. Синтезированная ГПС считается оптимальной, если достигается максимум (минимум) выбранного показателя эффективности, отражающего основные свойства системы с точки зрения выполнения поставленных задач.

На начальном этапе синтеза ГПС функции системы представляются в виде совокупности взаимосвязанных задач, которые, в свою очередь, могут быть разбиты на совокупности операций. По известным характеристикам операций и их взаимосвязей могут быть получены соответствующие характеристики задач.

При формализации взаимосвязей между функциями обычно учитываются порядок следований операций и их длительности (временные связи). Формализация взаимосвязей обычно производится на основе теории графов [61 ]. Постановки задачи синтеза ГПС будем осуществлять, исходя из следующих условий: 1) задано или подлежит выбору множество реализуемых функций; 2) заданы или подлежат выбору взаимосвязи между функциями, в том числе и временные; 3) заданы или подлежат выбору элементы комплекса технических средств (КТС); 4) учитывается или не учитывается расположение элементов на плоскости (в пространстве); 5) заданы или подлежат выбору связи между элементами системы; 6) учитывается или не учитывается возможность выполнения задачи несколькими элементами.

Одновременно с этими условиями задачи синтеза ГПС могут различаться: а) видом показателей эффективности; б) типом учитываемых характеристик элементов; в) видом ограничений, накладываемых на учитываемые ресурсы (временные, технико-экономические и т. д.). При решении задач синтеза ГПС находят применение различные модели и методы. Широкое распространение получили модели математического программирования. Рассмотрим постановку задачи синтеза ГПС на этапе синтеза структуры ГПС изготовления объектов.

Считаем, что предполагаемая топология размещения модулей ГПС известна; функции, реализуемые модулями, перечислены в виде последовательности задач, которые необходимо распределить между модулями ГПС. При построении структуры ГПС необходимо распределить функции (задачи) (i = 1, 2, ...,І) между модулями ГПС (j=1,2,...,J), выбрать алгоритмы реализации функции (k = 1, 2, ..., К.), типы технических средств модуля (l= 1, 2, ..., L) и вариант организации функциональной связи между модулями. При этом должны учитываться такие технико-экономические характеристики системы, как затраты на создание А и эксплуатацию В, длительность выполнения цикла реализации функции (задачи) Т,надежность системы Р, масса W, энергопотребление E и др. Для формализации постановки задачи введем переменные: x_ikjl = 1, если i-я функция (операция) реализуется k-м. вариантом в j-м модуле при помощи l-го технического средства; x_jl=1, если j-й модуль имеет в своем составе l-е техническое средство; x_jj’ = 1, если необходимо создать функциональную связь между модулями j и j'; x_ikjl=x_jl=x_jj’= 0 - в противном случае. Тот факт, что каждый вариант построения структуры должен включать в себя лишь один способ распределения функций (операций) по модулям системы и один способ выполнения каждой задачи, учитывает ограничение.

Переменные x_jl, x_jj’ зависят от x_ikjl и используются для удобства записи аналитических выражений качества различных характеристик вариантов структуры:

Для определения характеристик вариантов структуры введем следующие обозначения: А_l — стоимость технического средства либо затраты на разработку