Управление технологическими процессами и оборудованием в животноводстве

Управление технологическими процессами и оборудованием в животноводстве

Методы моделирования  процессов производства в скотоводстве

Моделирование в настоящее  время является одним из наиболее распространенных способов познания различных  процессов и явлений. Оно основано на абстрагировании сходных признаков и свойств у различных объектов и установлении между ними отдельных соответствий. Сущность моделирования заключается в замене реальных физических процессов некоторыми аналогами, которые могут быть построены и исследованы с помощью различных средств.

Логическое (описательное) моделирование позволяет проводить качественный анализ. На основе аналогий определенных физических данных дается представление об изучаемом явлении. К логическим моделям можно отнести модели строения атома, нервной системы и др.

Аналоговое моделирование - изучение различных технологических процессов и технических систем для определения их структуры, снабжения материалами, энергией, информацией и др. Эти модели выявляют взаимоотношения между элементами системы или функциями этих элементов, например, блок-схему приготовления кормов для откорма молодняка скота, для молочных, мясных коров и т.д.

Изобразительное моделирование основано на принципе геометрического подобия без сохранения физической сути явлений, т.е. в виде чертежей.

Моделирование с помощью  диаграмм материальных потоков позволяет графически изображать количественное и качественное содержание потока материалов и сырья между различными агрегатами и производственными секциями комплекса или процесс прохождения животными всей технологической цепи производства товарной продукции комплекса от агрегата к агрегату. Это даст возможность обеспечить наглядное изображение вида, объема, длины пути и также транспортирования материального потока.

Кибернетическое (кибернетика - искусство управления, наука об управлении, связи и переработки информации - ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество) моделирование производственного процесса предъявляет большие требования к системному мышлению проектировщиков. С его помощью определяют системные связи между производственными (объектами управления) и управляющими (регуляторами) подразделениями, на основании которых можно сделать вывод о конструкции технической системы и ее пространственном размещении. Моделирование применяется и при разработке автоматизации процессов производства, например поения животных, вентиляционных установок.

Сетевой график представляет графическую модель, позволяющую упорядочить во времени этапы процесса или какой-либо работы, направленной на выполнение производственной задачи или операции внутри производственного или технологического процессов. С его помощью и метода критического пути можно анализировать протекание всех зависимых от времени процессов и параллельных им операций. При этом выявляются решающие участки деятельности. Метод сетевого планирования эффективен для координации или контроля возможностей партнера, дня расчета вариантов процессов изготовления и монтажа или для разработки технологических вариантов производственного процесса как в фазе проектирования, так и в фазе осуществления проекта. Преимущества таких графиков используется эффективнее всего при применении ЭВМ для анализа всевозможных взаимодействий вариантов.

Диаграммы (чертеж, наглядно показывающий соотношение между различными величинами) и номограммы (номография - раздел математики, изучающий теорию и способы построения особых чертежей, с помощью которых можно, не проводя вычислений, получать решения уравнений, для которых их специально строят) предназначены для графического изображения функциональной зависимости между количественными показателями, содержат сведения о влиянии на параметры или взаимосвязи элементов объектов проектирования, чтобы повышать познавательную доступность и наглядность, делать определенные выводы.

Циклограммы (круг, кольцо, цикл) служат для изображения хода процессов и событий на диаграмме вдоль временной оси. Таким способом представляют проходящие процессы планы применения машин, рабочей силы, а также процессы проектирования, изготовления или монтажа. Специфической формой являются циклограммы воспроизводства в животноводческих комплексах, показывающие зависимость между возрастом животных и длительностью их пребывания в сфере комплекса.

Физическое моделирование воспроизводит процесс с сохранением его физической природы. Физические модели отражают подобие между оригиналом и моделью не только с точки зрения их формы и геометрических соотношений, но и с точки зрения происходящих в них основных процессов.

Математическое моделирование - способ исследования процессов путем изучения явлений, имеющих различное физическое содержание, но описываемых одинаковыми математическими соотношениями. Математической моделью реальной системы считают совокупность соотношений (формул, уравнений, неравенств, логических условий, операторов и т.д.), определяющих характеристики состояний системы в зависимости от ее параметров, входных сигналов, начальных условий и времени.

Моделирование - процесс производства на ЭВМ в большинстве случаев, если производится с учетом случайной величины действующих факторов, то, в этом случае, уместно пользоваться методом статистического моделирования, позволяющего проводить исследования разнообразных процессов независимо от их физической природы, совокупности искомых величин и прикладной направленности задач. При этом сложные производственные процессы обычно моделируют в несколько этапов: формирование модели, ее общие схемы; создание математической модели, алгоритма, выполнения расчетов, анализ, оценка, полученных результатов, выводов и практических предложений.

Количество этапов зависит  от сложности объекта, целей и  задач, стоящих при его моделировании.

При решении сложных  производственных процессов, особенно в скотоводстве, все большее распространение находят имитационные модели, которые связаны с многогранным воспроизведением характерных особенностей исследуемой системы и среды. Имитационное моделирование осуществляется в различных формах и видах (процесс доения коров, заготовки кормов и др.).

Знание теоретических  основ системного подхода к проектированию производственного процесса и умелое их применение на практике составляет главное направление в познании и совершенствовании средств производства в профилирующей отрасли животноводства, какой является скотоводство. Современные достижения автоматики, кибернетики и электроники позволяет не только повысить производительность труда, но и значительно снизить затраты труда и средств на производство молока и говядины.

 

1. Автоматизация технологической подготовки производства.

Под автоматизацией технологической  подготовки производства понимается разработка метода кодирования исходной информации, в том числе данных чертежа (геометрическая и технологическая части), сведений об инструменте, оборудовании, заготовках и др. Ее основой является методика технологического проектирования, предусматривающая рациональные и оптимальные решения. При разработке методики необходимо использовать современные математические методы, применять наиболее точные функциональные зависимости с учетом особенностей и возможностей конкретного компьютера. Целесообразно также разрабатывать такую методику, которую можно применять на большом количестве предприятий.

В общем виде схема переработки  информации в системе комплексной автоматизации процессов производства с использованием ЭВМ, станков с ЧПУ и обычным ручным управлением представлена на рис. 1. Эта схема отражает общий принцип автоматизации технологической подготовки производства.

Согласно схеме, автоматизация  проектирования технологии на приборостроительных предприятиях тесно связана с автоматизацией конструкторских работ, а также с нормированием и планированием производства и примыкает к задаче автоматизации собственно процесса изготовления изделий. До недавнего времени основное внимание уделялось автоматизации процесса изготовления изделий на базе автоматизированного оборудования (станков-автоматов, автоматических линий, цехов). Однако автоматизация, охватывающая только процессы изготовления, не способна обеспечить необходимый ход производственного процесса.

Основа комплексного усовершенствования производства – унификация всех элементов  ТП, которая находит свое отражение  в типовой и групповой технологии. Автоматизация технологического проектирования путем применения ЭВМ позволяет получить оптимальную операционную технологию при условии, что разработана корректная математическая модель соответствующих процессов.

Рис. 1. Схема переработки  информации в системе комплексной  автоматизации процессов проектирования и изготовления деталей

 

Однако в технологии приборостроения недостаточно применяются математические методы. Одним из методов решения является использование группового метода, который заключается в нескольких этапах. На первом этом этапе решают задачу группирования объектов производства для разработки групповых технологических процессов. Группирование включает в себя две связанные между собой задачи: классификацию и комплектование групп. Сначала производят систематизацию деталей путем их классификации, затем отдельные классификационные подразделения объединяют в группы.

Комплектование групп производят на основе классификационных рядов. Решение о комплектовании группы проводят на основе расчета времени обработки группы (1):

, (1)

где   - штучное время обработки детали, мин;   - подготовительно-заключительное время обработки детали, мин; х – номер детали в классификационном ряду; х₁, х₂ – номер начального и конечного подразделения ряда, входящего в группу; п – количество деталей.

Группирование производят в различных условиях, в связи  с этим различают предварительное и текущее группирование. Предварительное группирование осуществляют при анализе состояния производства, когда выявляется возможность и целесообразность организации группового производства, а также определяют основные группы деталей. Результат – выдача задания на проектирование. В процессе проектирования некоторые данные по группам могут уточняться и детализироваться.

Текущее группирование  осуществляют в условиях организованного  группового производства, когда составлена классификация группового маршрута и наладок, рассчитаны все технологические данные, спроектировано и изготовлено оснащение. Изменение плана производства изделий вызывает необходимость менять состав группы. Вновь поступающие детали нужно отнести ку имеющимся наладкам. На стадии предварительного группирования деталей групповой технологический процесс еще не разработан, поэтому в классификационном ряду (полной совокупности деталей, подлежащей обработке по групповой технологии) детали располагают в порядке увеличения сложности обработки, а следовательно, и времени. Участок ряда, который предполагается сделать группой, начинается с самой простой и заканчивается самой сложной деталью.

Одно из условий эффективности  – загрузка оборудования:

, (2)

где  ,   - штучное и подготовительно-заключительное время обработки детали классификационного подразделения х; F – фонд рабочего времени станка; k – количество станков, закрепленных за группой;   - числовой интервал между соседними номерами ряда.

С некоторыми допущениями  уравнение (2) можно записать:

, (3)

Все составляющие формулы (3) известны, за исключением конечного  номера х₂, ограничивающего группу. Решив уравнение (3), можно определить х₁, х₂, тем самым определяя весь перечень деталей, входящих в группу.

Таким образом, наличие классификационного ряда и условия эффективности позволяют производить группирование математическим путем с помощью компьютера. При этом необходимо решить следующие задачи: построить классификационный ряд деталей, определить необходимые технологические функции (маршрут, оборудование, трудоемкость обработки и т.д.), найти содержание и наиболее удобную математическую форму условия эффективности, составить алгоритм классификации и комплектования групп. Первые три задачи имеют самостоятельное значение и решаются при внедрении групповой технологии.

В настоящее время  на ЭВМ существуют операционные технологические  процессы на детали класса валов, технологические  процессы холодной штамповки, алгоритм оптимального раскроя материалов для  штамповочных работ, алгоритмы расчета режимов резания для зубофрезерных и фрезерных операций.

2. Моделирование технологических процессов.

Модель ТП представляет собой совокупность функциональных схем, уравнений, логических операторов, номограмм, таблиц и т.д., с помощью которых характеристики состояния системы определяют в зависимости от параметров процесса, входных сигналов и времени.

Построение формального (математического) описания ТП с необходимой  степенью достоверности называется его формализацией. Результат формализации ТП – посторенние его модели. Разработка модели основывается на представлении ТП как сложной системы, параметры которой в общем случае зависят от времени и носят вероятностный характер. Сложность построения математического описания конкретного ТП обусловлена степенью его изученности и требуемой детализацией модели.

Основные  требования к моделям ТП.

1. Точность соответствия  модели реальному ТП.

Точность модели обеспечивается тщательным изучением и описанием  взаимодействия параметров процесса различной  физической природе. Требования к точности модели зависят от ее назначения и особенностей процесса.

2. Чувствительность модели.

Чувствительность модели состоит в значительных изменениях числового значения моделируемого  технико-экономического показателя процесса (точности, производительности, экономической эффективности и др.) при сравнительно малых изменениях исследуемых технологических параметров.