Імітаційне моделювання роботизованої виробничої ділянки

МЕТА ТА ЗАДАЧІ АТЕСТАЦІЙНОЇ РОБОТИ
Об’єкт дослідження - роботизована виробнича ділянка виготовлення мікроелектромеханічних (МЕМС) акселерометрів.
Предмет дослідження – функціональні характеристики роботизованої виробничої ділянки виготовлення компонентів мікроелектромеханічних акселерометрів.
Метою атестаційної роботи - розробка імітаційної моделі процесу функціонування роботизованої виробничої ділянки виготовлення компонентів мікроелектромеханічних акселерометрів з детермінованими та стохастичними характеристиками технологічних операцій.
Для досягнення мети атестаційної роботи необхідно:
– виконати огляд та аналіз проблеми моделювання роботизованих виробничих ділянок;
– проаналізувати особливості технологічних процесів виготовлення МЕМС-акселерометрів;
– розглянути особливості роботизованих технологічних комплексів як об’єктів моделювання;
– проаналізувати сучасні методи та програмні засоби комп’ютерного моделювання;
– розробити імітаційну модель процесу функціонування роботизованої виробничої ділянки виготовлення компонентів МЕМС-акселерометрів з детермінованими та стохастичними характеристиками технологічних операцій;
– розробити програмне забезпечення імітаційної моделі для визначення функціональних характеристик роботизованої виробничої ділянки;
– виконати задачі тактичного планування та провести серії машинних експериментів;
– провести аналіз та надати рекомендації щодо використання результатів роботи.

Обладнання роботизованих технологічних комплексів
Токарний роботизований комплекс SL-20APL
Шліфувальний роботизований комплекс
Промисловий робот RV6L «Reis» (Німеччина)
Промисловий робот MX-420L «Kawasaki» (USA)

КЛАСИФІКАЦІЯ ВИДІВ МОДЕЛЮВАННЯ
Моделі поділяються на реальні, які вже на сьогоднішній день не використовуються, та абстрактні, які в основному будуються за допомогою електронно-обчислювальних машинах. Більш поширеними на сьогоднішній день є математична модель ті її різновиди: аналітична, комбінована та імітаційна. В даній роботу буде використана імітаційна модель.

МЕМС-АКСЕЛЕРОМЕТРИ
МЕМС акселерометри являють собою складовою частиною багатьох автоматизованих систем широкого спектру задач. У зв’язку з їх актуальністю та широкому застосуванню вони є пріоритетною технологією для наукових досліджень, метою яких є розробка їх нових конструктивних рішень в плані ефективного використання їх фізичних властивостей, які основані на особливостях конструкцій чутливого елемента та датчика.

СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ МЕМС-АКСЕЛЕРОМЕТРА

ПАКЕТ ІМІТАЦІЙНОГО МОДЕЛЮВАННЯ GPSSW
GPSS (General Purpose Simulation System) – мова програмування, яка спеціалізується на будуванні різнопланових імітаційних моделей систем масового обслуговування. GPSS має власну платформу GPSS W, яка забезпечує отримання кількісних та якісних результатів моделювання, при цьому система залишається керованою та прозорою в реальному часу. Середовище GPPS має такі особливості: − автоматичні генератори експерименту;пакетний режим з керованим виходом;
− можливість динамічного виклику зовнішніх функцій.

Q-СХЕМА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ ВИГОТОВЛЕННЯ МЕМС-АКСЕЛЕРОМЕТРУ

Блок-діаграма програми
При імітаційному моделюванні також задаються вихідні дані часу роботи кожного каналу Q-схеми:
− t1 − час вибору сировини та етапу підготовки підкладки;
− t2–t4 − час на виконання операцій отримання елементарних елементів(балки, анкера та пластини);
− t5–t7 − час на виконання операцій контролю якості отриманих елементів;
− t8–t10 − час на виконання операцій отримання компонентів ЧЕ;
− t11–t13 − час на виконання операцій контролю якості отриманих компонентів ЧЕ;
− t14 − час на виконання операції складання ЧЕ;
− t15 − час на виконання операції контролю якості отриманих ЧЕ;
− t16 − час на виконання операції складання корпусу МЕМС-акселерометра;
− t17 − час на виконання операції складання МЕМС-акселерометра.

Код програми імітаційної моделі (3-4 колонки)
Якщо відомо час кожної операції, а саме: t1=6 хв.; t2–t4=206±10,223 ±13 та223±12 хв.;t5–t7=2хв.;t8–t10 =151±6, 163±10 та 151±9 хв.; t11–t13 = 2 хв.; t14 =18 хв. t15=3 хв.; t16=14 хв.; t17=9 хв.
Задачею є прогнати три рази імітаційну модель роботи ТП виготовлення МЕМС-акселерометра за робочий тиждень, змінюючи при цьому час надходження на технологічний процес 18 одиниць сировини: на першому прогоні на технологічний процес надходить одразу 18 одиниць сировини; на другому 9 одиниць одразу, 9 після близько 414 хвилин; на третьому надходить одразу 6 деталей та 6 кожні 276 хвилин. Знайти найбільше значення виникнення черги на кожному етапі та найбільший час перебування сировини у черзі. Орієнтуючись на отримані значення, обрати найоптимальніший варіант часу надходження сировини на технологічний процес.

Результати першого прогону програми

Другий прогін

Третій прогін програми

ВИСНОВКИ
У ході виконання магістерської атестаційної роботи було виконано огляд та аналіз проблеми моделювання роботизованих виробничих ділянок, проаналізовано особливості технологічних процесів виготовлення МЕМС-акселерометрів, розглянуто особливості роботизованих технологічних комплексів як об’єктів моделювання та проаналізовано сучасні методи та програмні засоби комп’ютерного моделювання.
За результатами аналізу встановлено, що у процесах проектування, впровадження та використання роботизованих технологічних процесів виникає задача оцінки їх функціональних характеристик. У сучасних умовах вона розв’язується методами математичного (імітаційного) моделювання. При цьому використовувані моделі суттєві відрізняються у залежності від структури і параметрів технологічних процесів. Це обумовлює актуальність науково-прикладних завдань розробки ефективних засобів імітаційного моделювання роботизованих виробничих ділянок.
На цій основі розроблено імітаційну модель процесу функціонування роботизованої виробничої ділянки виготовлення компонентів МЕМС-акселерометрів з детермінованими та стохастичними характеристиками технологічних операцій. Програмне забезпечення імітаційної моделі для визначення функціональних характеристик роботизованої виробничої ділянки реалізовано у пакеті імітаційного моделювання GPSS W. У рамках тактичного планування машинних експериментів наведено математичні співвідношення для оцінки точності отримуваних результатів та необхідної кількості прогонів моделі.
Отримані данні дозволять оптимізувати параметри технологічного процесу виготовлення МЕМС-акселерометрів, що допоможе зменшити страхові заділи, підвищити завантаження обладнання і за рахунок цього надасть можливість для зниження собівартості продукції.
Результати магістерської атестаційної роботи опубліковано в збірнику студентських наукових статей Харківського національного університету радіоелектроніки та апробовано на Всеукраїнській науково-практичній конференції здобувачів вищої освіти і молодих учених «Комп’ютерно-інтегровані технології автоматизації технологічних процесів на транспорті та у виробництві» [17].