Питання до самоконтролю. 1. Дайте визначення ПР, об’єкта маніпулювання, робототехнічного комплексу

1. Дайте визначення ПР, об’єкта маніпулювання, робототехнічного комплексу.

2. Опишіть загальну конструкцію ПР.

3. Дайте класифікацію ПР за методом управління, за складністю системи управління, за характером операцій, що виконуються, за ступенем спеціалізації, за вантажопідйомністю, за типом приводу та за типом використання.

4. Охарактеризуйте основні технічні показники промислових роботів.

5. Наведіть приклади використання промислових роботів у харчовій промисловості.

Література: [1, с. 288 – 305].

Тема 3. Синтез систем механізації

1. Модель харчового підприємства

2. Класифікація систем механізації

3. Методологія побудови СМ

4. Методи реалізації процедур побудови системи механізації

5. Вибір оптимального варіанта СМ методом мікровартостей

6. Методи визначення витрат через простій транспорту

3.1 Модель харчового підприємства

Розглянемо модель харчового підприємства (Рисунок 3.1). Харчове підприємство є складним технологічним комплексом з переробки сільськогосподарської харчової сировини. З точки зору механізації можна виділити два види систем механізації: складські системи і внутрішньовиробничі (цехові засоби і системи механізації). Для кожного виду систем існує своя література.

Система механізації – це сукупність пов'язаних між собою людей, машин і ємностей, що забезпечують переміщення і переробку вантажів у заданій технологічній послідовності.

Переробка вантажу в системах механізації на харчових підприємствах в основному полягає у формуванні усе більш інтегрованих вантажоодиниць (пакет, транспортна вантажоодиниця, контейнер і т.і.). При надходженні до споживача переробка вантажу пов'язана з розформуванням транспортної вантажоодиниці до роздрібної одиниці (коробки, банки і т.і.)

Рисунок 3.1 – Модель харчового підприємства

3.2 Класифікація систем механізації

Класифікації ділять на ієрархічні і фасетні. Фасети або ячейки виділяються за визначеними ознаками:

I. За характером протікання процесу:

1) дискретні системи механізації (СМ) (розвантаження вагонів);

2) неперервні СМ (зерновий елеватор).

II. За числом оброблюваних видів вантажів (компонентів):

1) однокомпонентні СМ;

2) багатокомпонентні СМ.

III. За кількістю паралельно працюючих потоків (ліній або каналів):

1) однопотокові (одноканальні);

2) багатопотокові (багатоканальні).

IV. За родом перероблюваного вантажу:

1) СМ для сипучих вантажів;

2) СМ для тарно-штучних вантажів;

3) СМ для рідких і газоподібних вантажів.

V. За типом виробничих об'єктів:

1) складські СМ;

2) внутрівиробничі СМ.

3.3 Методологія побудови СМ

В основу методології побудови СМ покладено системний аналіз. Системний аналіз – це методологія вирішення проблем.

Методологія – це наука про методи.

Системний аналіз – наука про методи вирішення проблем.

Проблема – це невідповідність (розходження) між існуючим і бажаним станом системи.

Основним у системному аналізі є варіантний підхід до вирішення проблеми. Системний аналіз дає «каркас» методології вирішення проблем у виді системного алгоритму. Розглянемо алгоритм системного аналізу. Блоки будемо називати процедурами

Алгоритм – це чітка послідовність дій або процедур. Загальна блок-схема алгоритму системного аналізу наведена на рисунку 3.2.

Рисунок 3.2 – Блок-схема алгоритму системного аналізу

3.4 Методи реалізації процедур побудови системи механізації

Розглянемо методи реалізації процедур побудови СМ.

3.4.1 Виявлення і формулювання проблеми

У системному аналізі проблема побудови СМ позначається як «чорний ящик». У даному випадку X і Y – це вантажопотоки. Отже, сформувати проблему – це значить описати ці вантажопотоки (задати їх).

Рисунок 3.3 – Загальна модель системи механізації

Розглянемо приклад. Нехай необхідно побудувати СМ складу тари пивобезалкогольного комбінату. Х₁- автомобілі, вантаж – ящики з пляшками. Можливий варіант, коли на вхід системи впливають кілька вантажопотоків. Зокрема, для складу тари це може бути вантажопотік з новою тарою, що надходить, наприклад, зі склозаводу.

Рисунок 3.4 – Загальна модель складу тари як системи механізації

Х₂ – вагон, де знаходиться нова тара в поліетиленових пакетах;

Y – ящики з пляшками.

Кожен вантажопотік характеризується інтенсивністю, тобто кількістю транспортних засобів або вантажоодиниць за визначений проміжок часу (година, зміна, доба). Наприклад, на вхід складу надходить 3 автомобілі з тарою. На виході – це кількість ящиків за одиницю часу, які необхідно видати. Слід зазначити, що Х₁ і Х₂ імовірнісні потоки.

3.4.2 Оцінка актуальності проблеми

Спочатку оцінюються фінансові можливості підприємства з побудови сучасної СМ. Сума може бути обговорена заздалегідь або визначена кошторисом. Також актуальність проблеми оцінюється рівнем або ступенем механізації. Наприклад, існуючий рівень механізації 20%, а потрібно, як мінімум, 70%. Рівень механізації визначається формулою

R = A_М / (А_М + А_Р) ∙100%

де А_М – кількість механізованих операцій (наприклад, переміщення вантажоодиниць транспортером));

А_Р – кількість ручних операцій (приклад, розвантаження ящиків вручну).

3.4.3 Визначення мети та критеріїв функціонування СМ

Метою функціонування СМ є переробка і транспортування вантажів у заданій технологічній послідовності.

Вимоги до критеріїв:

1) критерії повинні бути кількісними, тобто вимірюваними;

2) критерії повинні відповідати меті.

СМ може характеризуватися такими критеріями:

1) продуктивність: скільки автомобілів може забезпечити СМ. Продуктивність СМ не повинна бути меншою, ніж інтенсивність вантажопотоків;

2) витрати енергії за визначений період роботи СМ;

3) час обслуговування однієї заявки або одного елемента транспортного засобу. Також, у визначеному випадку, критерієм може виступати площа, яка займається СМ.

3.4.4 Аналіз існуючої СМ

Цю процедуру іноді називають обстеженням. При обстеженні існуючої СМ у першу чергу установлюють (виявляють) всі операції з переробки вантажів. Це установлюється, зазвичай, або методом технологічних карт, або методом типових операцій.

3.4.4.1 Метод технологічних карт

Розглянемо метод технологічних карт. Технологічна карта має таку структуру:

№ п/п	Операція	Технічний засіб	виконавець

Розглянемо приклад розвантаження вагона з новою тарою на приймальній експедиції складу тари.

№ п/п	Операція	Технічний засіб	Виконавець
1.	Перевірка наявності і збереженості пломб	--	Зав. складом
2.	Злам пломби і відкриття дверей	Бокорізи	Зав. складом
3.	Огляд і якісне прийняття вантажу	--	Зав. складом
4.	Розвантаження вагона	Завантажувач	Водій завантажувача

Маючи технологічну карту, ми можемо легко обчислити рівень механізації.

3.4.4.2 Метод типових (стандартних) операцій

Розглянемо метод типових (стандартних) операцій. При реалізації цього методу виділяється ряд основних (типових) операцій з вантажами.

Рисунок 3.5 – Позначення операцій з вантажами

При обстеженні методом типових операцій звичайно використовують наступну форму документа.

Тривалість операції	Типові операції	Опис операції
8 хв   50 сек.		Чекання розвантаження   Контроль вантажу   Розвантаження   Транспортування   Збереження вантажу

Перевага розглянутого методу:

1) всі операції з переробки вантажів приводяться до типових, тому легко порівнювати варіанти СМ;

2) для складання рекомендованої форми документа можна легко навчити будь-якого співробітника.

3.4.4.3 Циклічна модель вантажопотоку

Основним розрахунковим параметром для побудови СМ є інтенсивність вантажопотоку λ. При обстеженні діючого підприємства знімаються дані щодо величини λ (товаро-транспортні накладні, журнали реєстрації транспортних засобів, що надходять, підприємства). Потім дані щодо λ можуть бути представлені у вигляді так званої циклічної моделі вантажопотоку. Розглянемо таку модель.

1 2 3

Рисунок 3.6 – Циклічна модель вантажопотоку

Модель називається циклічною тому, що реально існують завершені цикли обслуговування. В даній моделі їх три. Наведена циклічна модель відображає динаміку обслуговування транспортних засобів системами механізації. Аналізуючи моделі, можна також установити середню інтенсивність надходження транспортних засобів на обслуговування в СМ, а також обчислити середній час обслуговування. Однак при розрахунку СМ ми повинні орієнтуватися на λ «перспективне» або прогнозоване.

3.4.4.4 Прогнозування інтенсивності вантажопотоків

Для існуючих (діючих) харчових підприємств завжди можна зібрати статистику і тому використовувати один зі статистичних методів прогнозування. Одним з таких методів є метод тимчасових рядів. Розглянемо цей метод.

Наприклад, система розраховується на прогнозовану інтенсивність вантажопотоку λ (на 2009 рік).

Рисунок 3.7 – Прогнозована інтенсивність вантажопотоку

Для прогнозування λ знову споруджуваних підприємств використовують метод експертних оцінок. Начастіше використовується наступна формула:

λ=(3*λ_опт+2*λ_п)/5,

де λ_опт – оптимістична оцінка інтенсивності вантажопотоку;

λ_п – песимістична оцінка інтенсивності вантажопотоку. Даний метод припускає наявність двох експертів – «оптиміста» і «песиміста».

3.4.5 Визначення набору варіантів СМ

Однією з основних процедур проектування систем механізації є процедура, пов'язана з розробкою набору варіантів.

При розробці конкурентоздатних варіантів необхідно враховувати: існуючий стан системи механізації, основні характеристики нинішнього покоління машин і устаткування, набір вимог до конкретної системи механізації, яка розробляється.

Варіантний метод дослідження систем механізації припускає ескізну розробку груп варіантів (альтернатив) на основі системно-морфологічного аналізу за цілим рядом ознак.

1. Система механізації

1.1. Тип вантажу (пакет на піддоні, контейнер).

1.1.1. Рекомендовані типові технологічні процеси переробки вантажів.

1.1.2. Моделі керування запасами.

1.1.3. Типи систем масового обслуговування (дисципліни обслуговування).

1.1.4. Система автоматизації (локальна система механізації включена в АСУ ТП цеху, підприємства).

1.2. Використання різних типів підйомно-транспортних машин, машин-автоматів, автоматичних ліній, маніпуляторів, промислових роботів.

1.2.1.—1.2.11. Використання зазначених видів устаткування на різних етапах (фазах) технологічного процесу переробки вантажів у системі механізації.

Кожній ознаці відповідає набір альтернатив (рисунок 3.8), представлених у вигляді стовпчика (лінійки альтернатив). Набір конкретних альтернатив використання різних видів устаткування при розвантаженні, звичайно відповідній першій фазі системи механізації (ознака 1.2.1). Пересуваючи пояс альтернатив по альтернативних лінійках, розробник одержує всі реальні варіанти побудови системи механізації.

Рисунок 3.8

Група з визначення варіантів вирішення проблеми повинна складатися з людей, що генерують ідеї. Забороняється критикувати висловлені варіанти рішень. Слід виробити найбільшу кількість варіантів. Цей етап називається розробкою технічного проекту. Чим більше варіантів, тим ефективнішим буде остаточне рішення. Варіант від варіанта повинен відрізнятися хоча б одним засобом механізації.

3.4.6 Вибір оптимального варіанта СМ

Вибір оптимального варіанта звичайно здійснюється або економічним, або експертним методом. Перший метод реалізується на основі вартісного підходу, наприклад, використовуючи метод приведеної вартості. Приведена вартість i-го варіанта системи:

Е_i = G_i + E_н ∙ K_i,

де G_i – експлуатаційні витрати за i- тим варіантом;

K_i – капітальні витрати за i- тим варіантом системи;

Е_н – коефіцієнт нормативної окупності.

G_i береться за рік, а K_i приводиться до року за допомогою коефіцієнта Е_н (його ще називають коефіцієнтом дисконтування або приведення до року).

Е_н=1/Tе,

де Те – термін окупності. Для підприємств харчової промисловості Те=5 років.

Е_i – розраховується для кожного варіанта системи механізації. Оптимальний варіант – для якого Е_i є мінімальним.

Існуючий метод розрахунку СМ пропонує нам відносно просту залежність:

де m – кількість засобів механізації (ПТМ);

Q_ДОБ – інтенсивність добового вантажопотоку (що відповідає λ);

N_ДОБ – продуктивність обраного засобу механізації (ПТМ);

Кн – коефіцієнт нерівномірності вантажопотоку.

Величина К_н може коливатися від 1,2 до 21. Кн – є коефіцієнт „незнання”. Чіткої методики його визначення не існує.

Тому передбачувана формула відображає детермінований підхід до розрахунку СМ. У дійсності ж такі системи є імовірнісними і тому необхідним є інший підхід до їх розрахунку і вибору оптимального варіанта.

3.5 Вибір оптимального варіанта СМ методом мікровартостей

Метод мікровартостей базується на формулі приведених витрат:

ПЗ_і =G_i+ E_Н ∙К_i,

де ПЗ_i – приведені витрати за і- м варіантом СМ;

G_i – експлуатаційні витрати;

Е_н – коефіцієнт нормативної окупності;

К_i – капітальні витрати за і- м варіантом.

У залежності від варіантів «стикування» СМ приведена залежність доповнюється іншими мікровартостями. Можливі наступні варіанти стикування:

Рисунок 3.9 – Варіанти стикування систем механізації

Перший варіант характерний для великих складів і баз, у тому числі продовольчих. Другий варіант передбачає вплив вантажопотоку, наприклад, на склад тари, який, у свою чергу, пов'язаний з технологічною лінією (ТЛ). Третій варіант – це проміжні внутрішньовиробничі СМ. Кожному з варіантів властиві свої додаткові витрати

Варіант 1.

ПЗ_i= G_i+ Кн ∙Ki+П_тi,

де П_тi – витрати через простій транспорту при i- му варіанті СМ.

Варіант 2.

ПЗ_i= G_i+ Kн ∙Ki+П_тi+ П_тлi

де П_тлi – витрати через простій технологічної лінії.

Варіант 3.

ПЗ_i= G_i + Kн*Ki + П_тлi

Найбільш загальною залежністю, що характеризує метод мікровартостей, є залежність для другого варіанта.

Розглянемо графічну інтерпретацію методу мікровартостей:

рівень обслуговування

m_н= λ_н/λ_заг* 100%,

де λ_заг – кількість транспортних засобів, що надійшли в СМ за одиницю часу;

λ_н – кількість транспортних засобів, обслуговуваних за нормативний час.

Методом графічного додавання визначимо ПЗ_i. Сумарна крива має екстремальний характер. Тому ПЗ_i = min відповідає оптимальному варіантові СМ.

10 20 30 40 50 60 70

Рисунок 3.10 – Графічна інтерпретація методу мікро вартостей

3.6 Методи визначення витрат через простій транспорту

При визначенні П_Тi будемо розглядати СМ як імовірнісну систему (а на неї дійсно впливає імовірнісний потік транспортних засобів). І відповідно, для розрахунку П_Тi використовуємо апарат теорії масового обслуговування або теорії черг. Базова модель, виходячи з теорії масового обслуговування, має вигляд

Рисунок 3.11 – Базова модель системи механізації як системи масового обслуговування

Введемо такі позначення:

λ – інтенсивність вантажопотоку;

К – кількість паралельно працюючих каналів i-ї фазі СМ;

μ – продуктивність обслуговування;

Т – кількість годин роботи СМ за рік;

w – середній час перебування заявки (транспортного засобу) на обслуговуванні;

w_q – середній час перебування заявки (транспортного засобу) у черзі;

w_но – середній час безпосереднього обслуговування

w= w_q+ w_но;

де L – кількість заявок (транспортних засобів), що знаходяться в СМ;

L_q – кількість заявок (транспортних засобів), що знаходяться в черзі;

С_пр – вартість одиниці простою i-го транспортного засобу.

Необхідна величина П_Тi

П_Тi = Т · λ · w_i · С_пр.

Для того, щоб визначити w_i, необхідно конкретну СМ представити у вигляді однофазної або багатофазної системи масового обслуговування (Рисунок 3.12 – 3.14).

Рисунок 3.12 – Однофазна одноканальна система механізації

Рисунок 3.13 – Однофазна багатоканальна система механізації

Рисунок 3.14 – Багатофазна багатоканальна система механізації

Таке представлення СМ дає можливість підібрати відповідний метод розрахунку системи на основі апарата теорії масового обслуговування. Якщо між фазами багатофазної СМ не передбачати проміжні ємності, то буде спостерігатися явище блокування, тобто наступна фаза блокувати (зупиняти) роботу попередньої. А значить, розрахувати СМ – це значить не тільки визначити кількість засобів механізації, що працюють на кожному етапі технологічного процесу або в кожній фазі СМ, але також визначити величини ємностей між фазами, коли СМ однофазна і одноканальна та вхідний вантажопотік має розподіл Пуассона

w_i= 1/(μ – λ),

де μ> λ.

Однак така проста аналітична залежність для однофазних багатоканальних систем і, тим більше, для багатофазних виправдана. Щоб розрахувати w_i для багатофазної СМ, в основному використовуються методи імітаційного моделювання (існують спеціальні пакети програм для моделювання роботи систем масового обслуговування).

Дата добавления: 2014-12-07