Bài giảng Hệ thống sản xuất linh hoạt: Chương 3 - TS. Trần Đức Tăng

Chia sẻ: Manh Manh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:45

Thêm vào BST

Báo xấu

86
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trình bày về các công cụ phân tích HTSX, bài giảng Hệ thống sản xuất linh hoạt - Chương 3 sẽ giới thiệu đến người học các kiến thức về các công cụ kế hoạch hóa, công cụ mô phỏng, sơ đồ mạng lưới Petri net. Hy vọng bài giảng sẽ là tài liệu hữu ích cho người học.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Hệ thống sản xuất linh hoạt: Chương 3 - TS. Trần Đức Tăng

H C VI N K THU T QUÂN S KHOA HÀNG KHÔNG VŨ TR BÀI Gi NG MÔN H C H TH NG S N XU T LINH HO T TS. Tr n ð c Tăng B môn CNTB & HKVT ði n tho i: 0973 991486 Email: tranductang@yahoo.com Chương 3: Các công c phân tích HTSX 1. Các công c k ho ch hóa N i dung 2. Công c mô ph ng 3. Sơ ñ m ng lư i Petri net GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 1
1. Các công c k ho ch hóa L p k ho ch là m t ph n c a m i ho t ñ ng s n xu t, nó là m t công vi c liên quan ñ n k ho ch th i gian và k ho ch hóa chi ti t. - K ho ch hóa th i gian liên quan ñ n th i gian trong ñó m t công vi c ñư c th c hi n. - K ho ch hóa chi ti t liên quan ñ n s chu n b và khai thác t i ưu t t c các ngu n l c s n xu t. Khó khăn c a vi c l p k ho ch là m i công vi c s n xu t yêu c u phương pháp l p k ho ch riêng, và các phương pháp ngày càng thay ñ i. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Ví d , phương pháp l p k ho ch có tr giúp c a máy tính khác r t nhi u so v i phương pháp l p k ho ch b ng tay s d ng cách ñây 30 năm. Không có khái ni m chung v n i dung và c u trúc c a t ng công c l p k ho ch. Ví d , công c l p k ho ch cho phát tri n ph n m m s khác công c s d ng cho l p k ho ch s n xu t. Các công c dùng cho h th ng k ho ch hóa thư ng xây d ng thành các kh i mà có th áp d ng cho các v n ñ khác nhau. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 2
H th ng l p k ho ch ph c t p có th s d ng các bi u ñ , quy ho ch tuy n tính và quy ho ch ñ ng, mô ph ng, m ng lư i Petri, và phương pháp trí tu nhân t o. Thông thư ng r t khó ñ xác ñ nh công c nào có l i ñ s d ng trong gi i quy t 1 v n ñ ñưa ra. N u m t h th ng l p k ho ch l n, ñư c c u t o t các công c l p k ho ch cơ b n, các giao ti p bên trong ph i ñư c thi t k c n th n ñ có s liên k t hi u qu gi a các b ph n. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Nhi m v c a l p k ho ch tr i qua vài giai ño n: K ho ch b t ñ u v i khái ni m v s n ph m và k t thúc v i s b o qu n, b o dư ng chúng. M t ph n quan tr ng c a l p k ho ch là kh năng s n có c a cơ s d li u, lưu các thông tin v các s n ph m, quá trình, ngu n l c s n xu t, s c nh tranh, v.v. Ngư i l p k ho ch ph i truy c p vào t t c các d li u c n thi t và c p nh t cơ s d li u ñ ñ m b o là thông tin luôn luôn m i. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 3
Trong nhi u trư ng h p, l p k ho ch là m t công vi c l p l i và các công c cơ b n thư ng ñư c s d ng nhi u l n. Vì v y, h th ng k ho ch hóa ph i ñư c thi t k theo mô ñun, các mô ñun có th ñư c tham s hóa b i ngư i s d ng ít kinh nghi m. Cũng có th cung c p d ng thư vi n các thành ph n, t ñó thi t l p nên h th ng l p k ho ch cho t ng m c ñích. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Hai công vi c l p k ho ch liên quan ñ n quá trình s n xu t là k ho ch v trang b và các nguyên công. Trong FMS hai công vi c này không ñư c phân chia m t cách rõ ràng. ñây, ñi u quan tr ng là cung c p m t sơ ñ b trí c a các thi t b giúp các máy công c , các thi t b v n chuy n có th d dàng ñư c thi t l p ñ h th ng có th làm vi c theo khái ni m s n xu t o. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 4
Các giai ño n l p KH cho 1 HTSX & các công c h tr l p KH Các giai ño n l p k ho ch Các công c l p k ho ch Phân tích yêu c u - H th ng h tr qu n lý d án - Các công c k thu t cho vi c mô t - Thi t b s n xu t Thu th p và ñánh giá - B trí h th ng s n xu t d li u - Thi t k b ñi u khi n máy tính - Thi t k ph n m m - Môi trư ng l p trình cho B trí h th ng và - Các t bào s n xu t ñánh giá k thu t - Các máy công c NC - Các robot Phân tích tính kinh t - Các thi t b ph - Các công c mô hình hóa và mô ph ng cho t t c các thi t b s n xu t Thi t k h th ng và - Chương trình v v n ñ u tư l p tài li u - Tài li u và các công c t o bi u ñ - Các công c k thu t ph n m m cho l p trình và h th ng cơ s tri th c Hi n th c hóa h th ng và ki m tra Cơ s d li u cho l p k ho ch GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 2. Công c mô ph ng 2.1 Các công c mô ph ng Mô ph ng tr giúp r t t t cho l p k ho ch và các ho t ñ ng c a m t h th ng s n xu t. Trư c ñây ngành công nghi p xem mô ph ng như m t công c ngo i lai ch h u d ng trong ñào t o, do h th ng mô ph ng khó áp d ng và c n máy tính l n. Trong nh ng năm g n ñây, tình hình ñó ñã thay ñ i. Các h th ng mô ph ng ñã ñư c tăng lên v i thi t k giao di n hư ng ngư i s d ng, và các máy ch cũng ñư c phát tri n. Thêm vào ñó, v i vi c phát tri n c a m ng máy tính, cho phép các máy ch liên k t v i nhau t o thành m t m ng máy tính l n. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 5
Ngư i k sư xây d ng mô hình toán hay ñ h a các quá trình c n nghiên c u (v i s mô ph ng ñư c h tr c a máy tính) và quan sát tr ng thái, s làm vi c c a nó. K t qu c a mô ph ng là các b n ghi hay hình nh ñ ng tr c quan trên màn hình. Vì v y ngư i k sư có th kh o sát các ho t ñ ng s n xu t khác nhau mà không c n setup máy hay các quá trình gia công th t. Mô hình thư ng ch g m các b ph n thi t y u c a quá trình c n kh o sát. Do ñó, vi c xây d ng và th c hi n c a mô hình s nhanh. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Nó cho phép kh o sát các quá trình s n xu t khác nhau nhanh. Nó cũng cho phép ñi u ch nh tăng t c hay làm ch m m t quá trình s n xu t ñ có m t cái nhìn t ng quát hay chi ti t v quá trình s n xu t. Ngoài ra có th thêm các nhi u lo n ñ xem nh hư ng c a nó. Mô ph ng cũng ñư c dùng cho ñi u khi n quá trình s n xu t. Trong trư ng h p này, mô hình ñi u khi n ho t ñ ng song song v i h th ng s n xu t. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 6
2.2 Các phương pháp mô hình hóa Có các mô hình khác nhau ñ mô hình hóa m t nhà máy s n xu t. Mô hình Toán h c ð h a V t lý Tĩnh ð ng Tĩnh ð ng Tĩnh ð ng S Phân tích S GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Mô hình toán h c - Trong mô hình toán h c, các ñ i tư ng c a 1 h th ng s n xu t và các thu c tính c a nó ñư c trình bày b ng các bi n. - Các ho t ñ ng ñư c mô t b ng các hàm toán h c, ñ nh nghĩa m i tương quan gi a các bi n ñ i trong s n xu t. - Mô hình toán h c có th là ki u tĩnh ho c ñ ng. - V i ki u tĩnh, mô hình h th ng trong tr ng thái cân b ng; - V i ki u ñ ng, h th ng có th trong tr ng thái thay ñ i liên t c. - Trong th c t c 2 ki u ñư c s d ng ñ mô t các ho t ñ ng c a h th ng s n xu t. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 7
- Các phương pháp v n trù h c cung c p các công c cho vi c xây d ng mô hình h th ng s n xu t. Các công c này có th th y trong mô hình hóa l p k ho ch, ñi u ñ và ñi u khi n các ch c năng cu quá trình s n xu t. - Các phương pháp v n trù h c bao g m quy ho ch tuy n tính, quy ho ch ñ ng, phân tích m ng, mô hình hàng ñ i, và mô ph ng s . - Các phương pháp v n trù thư ng ñư c áp d ng ñ gi i quy t các v n ñ c a nh ng lĩnh v c khác nhau; ch ng h n, thu t toán v n chuy n cho vi c phân b các chi ti t t i các máy công c có th ñư c áp d ng ñ l p k ho ch th t gia công các l trong m t chi ti t kim lo i m ng có hình d ng ph c t p. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT - Các phương pháp v n trù ch y u h u d ng cho l p k ho ch offline. - Ví d , n u m t máy công c b h ng, k ho ch ph i ñư c làm ñi làm l i trong ch ñ offline. - ðây là m t h n ch c a phương pháp v n trù h c. Phương pháp này cũng g p khó khăn n u m t quá trình s n xu t có các nhi u lo n và mô hình không th mô t chúng m t cách phù h p GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 8
Mô hình ñ h a Các mô hình ñ h a là các công c quan tr ng ñ bi u di n ho t ñ ng c a h th ng s n xu t. Ho t ñ ng s n xu t có th ñư c hi n th hóa b ng các bi u tư ng ho c ký hi u. Các bi u tư ng là các công c lý tư ng cho mô ph ng khi hình nh c a chúng gi ng các thi t b s n xu t. Tuy nhiên xây d ng thư vi n các bi u tư ng là công vi c bu n t và t n th i gian. Có nhi u cách khác nhau ñ ký hi u hóa m t ho t ñ ng s n xu t. Các công c m i g n ñây s d ng m ng Petri. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Mô hình v t lý Các ho t ñ ng s n xu t thư ng ñư c mô hình b ng các mô hình th nghi m hay ho t ñ ng th nghi m. M c ñích là xây d ng m t hình nh v t lý c a nhà máy hay m t thành ph n c a nó. Các mô hình này bao g m t t c các ñ i tư ng ch c năng c n thi t cho vi c bi u di n ho t ñ ng s n xu t th t. Vì v y có th m t nhi u th i gian và ñ t. Phép ngo i suy các ng s c a mô hình v i h th ng th t cũng có th d n t i các k t qu không th c t . Mô hình v t lý s ñư c thay b i các mô hình ñ h a hay toán h c GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 9
2.3 Các phương pháp mô ph ng N u m t quá trình s n xu t ñư c mô ph ng: Trư c tiên mô hình ñ i tư ng mô ph ng ph i ñư c xây d ng. Trong trư ng h p lý tư ng, ñ i v i m t quá trình liên t c, mô hình ñư c xây d ng t các phương trình toán h c mô t tr ng thái v t lý c a ñ i tư ng. Tuy nhiên cách này ít khi ñư c th c hi n cho quá trình s n xu t b i vì không th mô t o các nguyên t c v t lý bên trong dư i m t ki u chính xác. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Các phương pháp mô ph ng cơ b n s d ng cho các ng d ng s n xu t là: Mô ph ng các s ki n r i r c Và mô ph ng ñ h a. Có nhi u h th ng mô ph ng k t h p c 2 phương pháp. H th ng mô ph ng s ki n r i r c phù h p cho nghiên c u dòng lưu thông m t ho t ñ ng s n xu t ñ xác ñ nh kh năng c a nó, xác ñ nh các bottlenecks, quan sát s phân phôi các chi ti t t i các tr m làm vi c. Các ñ i tư ng ñư c bi u di n b ng các bi u tư ng hay ký hi u v i mô ph ng ñ h a. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 10
Khi dùng bi u tư ng, h th ng s n xu t có th ñư c hi n th ñ ng tr c ti p trên màn hình và ñư c quan sát các m c ñ chi ti t khác nhau. Nó r t h u d ng trong vi c quan sát dòng v t li u, quá trình gia công và l p ráp s n ph m. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Mô ph ng các s ki n r i r c - Ph n l n các quá trình s n xu t là các s ki n r i r c và ph i ñư c mô t như nh ng s ki n r i r c. - Trư c ñây các ngôn ng l p trình b c cao như Fortran, Pascal, … ñư c s d ng cho vi c mô ph ng các s ki n này. - Trong quá trình s n xu t các chi ti t riêng bi t, dòng s n ph m hay thông tin x y ra ng u nhiên, ví d các chi ti t t i các tr m theo hàm phân b xác su t. Hàm này bi t trư c và ñư c nh p vào h th ng mô ph ng. - Trong nhi u trư ng h p kinh nghi m t các quá trình tương t và gi s s phân b xác su t ñư c ñưa vào tính toán. Trong m t s trư ng h p khác có th gi s hàm ho c l y d li u th c nghi m t quá trình ch y th GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 11
- Mô ph ng th c hi n v i ngôn ng b c cao có th ñư c bao g m khi dòng v t li u ph i ñư c mô t , vì lý do này các ngôn ng riêng ñã ñư c phát tri n ñ nghiên c u các s ki n r i r c. - Các h th ng mô ph ng s ki n r i r c như: GPSS (general purpose simulation system), SIMULA (simulation language),… - Có các chương trình mô ph ng s n xu t ñ c thù ñơn gi n hóa các ho t ñ ng c a nhà máy, như: Witness, Promod, STARCELL,… GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Mô ph ng ñ h a Mô ph ng ñ h a có th ñư c phân thành 3 phương pháp: Mô ph ng dùng bi u tư ng (icons) - V i ki u mô ph ng này, các ñ i tư ng c a h th ng s n xu t ñư c bi u di n b ng các hình nh ñơn gi n (bi u tư ng) và lưu trong cơ s d li u ñ h a ñư c c u trúc như các l p ñ i tư ng. - Các ñ i tư ng có th là máy công c , xe t hành, robot, …. - Khi ho t ñ ng c a h th ng s n xu t ñư c mô ph ng, các ñ i tư ng ñư c ñ c ra t cơ s d li u và ñư c c u hình ñ thi t l p ho t ñ ng GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 12
- Ho t ñ ng c a h th ng ñư c hi n th trong th i gian th c và có th tương tác v i các ñ i tư ng hi n th ñ th các ch c năng khác nhau. - Ki u mô ph ng này ch y u h u d ng trong g r i, ch nh lý và quan sát dòng v t li u - Mô hình bi u tư ng cũng phù h p cho l a ch n các thành ph n c a h th ng ñ thi t l p h th ng. Trong trư ng h p này các bi u tư ng ñư c l p cho các ñ i tư ng khác nhau ñ mô ph ng. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT - Các bi u tư ng có th ñư c hi n th trên màn hình và h th ng s ñưa ra m t m u c n ñi n cho ngư i s d ng ñ ñ nh nghĩa s ho t ñ ng c a ñ i tư ng. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 13
Mô ph ng s d ng các ký hi u logic - V i phương pháp này, các ký hi u ñ h a ñư c g n cho các ch c năng h th ng. - Ví d s ñi t i c a m t chi ti t, gán m t chi ti t cho m t máy, b ng ñ m s n ph m, … - Các tham s c n ñ g i các ch c năng ñư c ngư i s d ng nh p. Ngư i s d ng có th hi n th và quan sát ho t ñ ng c a các thi t b trên màn hình v i s tr giúp c a các ký hi u, các ký hi u này có th tô màu. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Mô ph ng s d ng ký hi u ñ h a - V i phương pháp này, ñ i tư ng ñư c mô t b ng m t bi u tư ng: Ví d bi u di n nhi t ñ băng m t nhi t k , áp su t nén b ng m t mũi tên,… - Khi hi n th trên màn hình, m t s h th ng cho phép nhìn ho t ñ ng c a các bi u tư ng: Ví d s tăng c a áp su t ñư c ch ra b ng c áp su t. Cũng có th hi n th màu. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 14
2.4 Chu kỳ mô ph ng Xem xét m c ñích, yêu Cơ s d li u c u k thu t Phân tích v n ñ , thu th p và l c d li u Thi t k mô hình Vi t ph n m m Các giai ño n c a Th c hi n mô ph ng mô ph ng ðánh giá và phân tích k t qu L p tài li u - D li u nh p - Phương pháp s d ng - Công c mô ph ng - Các k t qu GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT S th c hi n c a các giai ño n có th ñư c th c hi n l p l i vài l n ñ n khi nh n ñư c gi i pháp có th ch p nh n ñư c. Trong r t nhi u trư ng h p d li u cơ s ñ mô ph ng không ñ , và d li u th c nghi m có th ph i nh n t ch y s n xu t th . GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 15
2.5 Công c mô ph ng toàn b Công c mô ph ng m t nhà máy s bao g m m t s mô ñun cho các thành ph n c a toàn b h th ng. Không s n có m t h th ng mô ph ng cho t t c các m c ñích mà ngư i s d ng ph i t liên k t các công c mô ph ng. Thông thư ng các h th ng mô ph ng cơ b n như GPSS, SLAM có th mua, tuy nhiên r t nhi u quá trình trong nhà máy là các ng d ng ñ c thù, vì v y ngư i s d ng ph i t xây d ng các mô ñun. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT H th ng mô ph ng toàn b s r t ph c t p b i vì không d dàng liên k t các mô ñun cùng nhau thành m t kh i và v n ñ là th i gian ch y c a máy tính s dài. Cũng không có s b o ñ m là các mô ñun có th tích h p thành m t h th ng hi u qu . Trong nhi u trư ng h p, h th ng mô ph ng bao g m vài mô ñun, v i c u trúc nh p/xu t riêng và có th có cơ s d li u riêng cho t ng mô ñun GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 16
Các ñơn v s n xu t có th bao g m các máy công c , các robot, và các xe v n chuy n v t li u. H th ng ñư c xây d ng t 5 mô ñun: mô hình hóa, mô ph ng, l p trình, mô ph ng và ñ h a. D li u ñư c lưu trong cơ s d li u mô ph ng. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Mô ñun mô hình hóa - Mô ñun này ch a t t c các mô ñun c n thi t cho mô ph ng, bao g m s n ph m, các máy công c , robot, xe v n chuy n v t li u. - Các mô hình mô t thu c tính ñ ng h c cũng như ñ ng l c h c, ng s c a ñ i tư ng nghiên c u. - Mô hình nhà máy ñư c s d ng cho vi c c u hình ho t ñ ng c a toàn b nhà máy. Có m t mô ñun cho sensor và m t mô ñun cho ñi u khi n vòng l p ñ kh o sát các ng s cơ b n c a các thành ph n. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 17
Mô ñun mô ph ng - Mô ñun mô ph ng ñư c s d ng cho vi c trình di n ho t ñ ng c a thi t b s n xu t và các thành ph n c a nó. - Motion planning ñư c th c hi n cho t t c các thi t b di chuy n như robot, máy công c , h th ng v n chuy n. - Các mô ñun sensor và ñi u khi n cho phép mô ph ng cách ño và ñi u khi n các ho t ñ ng. Cũng có các mô ñun cho vi c ra quy t ñ nh và các chi n lư c k ho ch hóa GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT Mô ñun l p trình - Các robot, máy công c , … ñư c l p trình nh nh ng mô ñun này. - Vi c l p trình có th ñư c th c hi n theo d ng text, ñ h a, hay hư ng nhi m v . Tr giúp mô ph ng - B thông d ch là giao ti p gi a h th ng l p trình và mô ph ng. Mã chương trình ñư c biên d ch và sau ñó hi n th như các bi u tư ng ñ ng trên màn hình. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 18
- B g r i ñ xác ñ nh và s a l i trong l p trình - Mô ñun xác ñ nh va ch m kh o sát t t c các chuy n ñ ng c a thi t b và tìm va ch m. Thư ng các va ch m có th x y ra là các tay robot, s tương tác gi a dao và phôi, và các xe t hành. Tr giúp ñ h a - Mô ñun này bao g m t t c các công c máy tính c n thi t cho vi c mô hình hóa và mô ph ng GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 3. Sơ ñ m ng Petri Nets 3.1 Gi i thi u Trong quá trình s n xu t, các ñ i tư ng như dòng v t li u trong nhà máy có th di chuy n: tu n t , không tu n t ho c song song. - m i tr m gia công, các công vi c ñư c th c hi n v i ñ i tư ng, như: c t v t li u, x lý nhi t, l p ráp, v.v. - M i công vi c (hay g i là m t s vi c) ñư c th c hi n b i các ngu n l c s n xu t (các ñ i tư ng s n xu t) – các máy công c , robot, công nhân,… GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 19
Năm 1964, Carl A. Petri gi i thi u mô hình Petri nets: Mô hình Petri nets sau ñó ñã ñư c phát tri n r ng rãi ñ nghiên c u c u trúc, ñi u khi n c a các h th ng ñ ng th i và song song. Lúc ñ u nó ñư c ng d ng ch y u trong các h th ng máy tính và giao th c m ng, sau ñó Petri nets ñư c ng d ng trong các h th ng s n xu t. Petri net ñã ch ng minh r t h u d ng trong mô hình hóa, ki m tra, phân tích, và ñi u khi n các h th ng s n xu t, vì nó có th thu th p hay b t gi (capture) các ñ c tính ch y u c a nh ng h th ng này: GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT - ð c tính ñ ng th i hay song song (trong th c t r t nhi u công vi c ñư c th c hi n ñ ng th i) - Không ñ ng b (do th i gian ñ hoàn thành các công vi c là khác nhau) - S xung ñ t do vi c dùng chung các ngu n l c s n xu t (các máy có th th c hi n các công vi c khác nhau) - Các quá trình r i r c (các quá trình s n xu t có th ñư c xem như s n i ti p c a các s ki n r i r c) ð c tính v th i gian Petri nets r t h u d ng trong nghiên c u s th c hi n c a các h th ng FMS ñ thu nh n các thông tin như năng su t, kh năng khai thác máy c a h th ng, v.v. GV: TS. Tr n ð c Tăng – Khoa HKVT 20