Метасистемный подход к автоматизации производства бетонных изделий



Современное строительство, благоустройство приусадебных участков, улиц немыслимо без изделий из бетонных смесей. Они используются при строительстве многих искусственных сооружений начиная с фундамента здания заканчивая декоративными изделиями для фасада, интерьера и ландшафта. Объясняется это простотой, дешевизной, быстротой их изготовления. Сегодня предъявляются довольно жесткие требования к качеству бетонных изделий. Этот вопрос можно решить следующими способами: увеличение производственных площадей, распараллеливание и расширение технологий, улучшение производительности процессов и обслуживание оборудования. При этом, поскольку масштабы производства велики — автоматизация актуальна. Средства механизации, используемые при производстве, включают бетономешалки, формы для отливки, шлиф машины. Автоматизация производства бетонных изделий делает производственный процесс более эффективным, безопасным и менее трудоемким.

Ключевые слова: производство, метасистемная терминология, структурированная система, железобетон, бетонные изделия

Изготовленные на заказ сборные железобетонные изделия являются широко используемыми компонентами строительных проектов. В этих продуктах реализована технология предварительной сборки, которая дает уникальную возможность для инноваций и экономии средств для строительных проектов. Тем не менее, сам процесс от проектирования до производства содержит неопределенности из-за внешних факторов: междисциплинарный дизайн, культура производства на строительной площадке. Типичная рабочая нагрузка на заводах по производству сборного железобетона представляет собой сложную комбинацию уникально и идентично разработанных продуктов, которые имеют различные сроки поставки и требуют дорогостоящих специальных форм. Естественно исследование методов автоматизации производства позволит повысить производительность изготовления бетонных изделий, повлияет на успех производственной программы. Сюда же добавляется снижение рисков травматизма и других опасностей для здоровья, связанных с кремнеземной пылью, шумом, деформациями и растяжениями. Однако автоматизация требует привлечения высококвалифицированных кадров [1,2].

Строительство любого завода по производству сборного железобетона является дорогостоящим мероприятием, а строительство автоматизированного завода влечет за собой значительные первоначальные затраты, которые могут показаться чрезмерными. Но в этой ситуации нужно смотреть на долгосрочную перспективу.

Иногда требуется выйти за пределы отрасли, применить инновационный подход и использовать преимущества новейших технологий, которые помогут сделать производство безопаснее, эффективнее и прибыльнее, чтобы обеспечить более высокое качество конечной продукции.

Состав бетонной смеси является одной из самых важных аспектов технологического процесса производства бетонных изделий. Взаимосвязь между компонентами бетонной смеси обеспечивает прочность конечного продукта. В процессе регулировки соотношения компонентов смеси необходимы предварительные исследования, имеющие целью получение точных пропорций компонентов. Результаты проводимых испытаний необходимо обрабатывать математическим и статистическими методами для выявление устойчивых тенденций [3,4].

Однако существует ряд трудностей в процессе автоматизации выбора состава бетонной смеси. Основная трудность заключается в том, что характеристики и компоненты бетонной смеси находятся в определенных пределах, в результате для прогноза качества во время установки соотношения параметров могут понадобиться сложные компьютерные алгоритмы вплоть до применения теории искусственного интеллекта.

Подсистема управления данным процессом проектируется на основе метасистемного подхода [5,6].

Метасистема определяется как тройка:

(1)

где — параметрическое множество; — может быть множеством любых систем, в данном случае — это множество технологий изготовления бетонных изделий, чьи параметрические множества являются подмножествами ; — процедура замены, реализующая определенную функцию вида

(2)

Для максимально эффективного осуществления замены одной функционирующей системы на другую, необходимо поставить и решить шесть метасистемных задач [7,8]: выявление поддиапазонов эффективного функционирования входящих в метасистему систем; оценка и повышение необходимого уровня готовности систем к функционированию; разработка стратегии переключения отдельных или групп одновременно функционирующих систем; выявление и обеспечение сочетаемости, согласованного взаимодействия систем; оптимальное перераспределение ограниченных общесистемных ресурсов; синтез оптимальной метасистемы.

Подойдем теперь к рассмотрению производства и представим его в виде метасистемы, на которую поступает поток заявок на обслуживание, как это сделано в работе [9], состоящей из структурированных систем, которые в свою очередь состоят из систем данных

(3)

с правилом замены технологического процесса

. (4)

Множество параметров в этом случае будет представлено ассортиментом производимых изделий. Тогда множество представляет множество технологических процессов для изготовления перечисленного ассортимента, поскольку структурированные системы сами являются интегрированными, будем считать составляющими структурированных систем — системы данных. Каждая из этих систем данных включают в себя описание операций технологического процесса (режимы смешения, нагрева, выстойки компонентов, типы оборудования, инструмента, приспособлений). Таким образом, каждый из технологических процессов включает набор взаимосвязанных операций (структуру). Например, SD_i = {(^xV, ^xD)|x N_q}, где ^xV — множество связующих переменных для системы данных , ^xD — множество систем данных, — количество элементов в структурированной системе, а N — количество систем данных в j-ом элементе структурированной системы.

Применительно к производству бетонных изделий структурированную систему будет моделировать технология, включающая связанные системы данных, задающих оборудование, конструкцию изделия с указанием методов обработки поверхностей, технологических режимов обработки. Метасистема соответственно будет находиться на верхнем уровне управления, в ее ведении будут все ресурсы производства в виде технологического, транспортного и складского оборудования (рис. 1).

Рис. 1. Модель предприятия по производству бетона

Кроме того, решение шести вышеупомянутых задач метасистемного подхода позволит структурировать оптимизацию производственного процесса. Например, одна и та же поверхность может обрабатываться по различным технологиям. Поддиапазоны при этом можно выявить с помощью многомерного пространства признаков.

Для технологий, включенных в производство, потеря готовности связана с неисправностью оборудования, отсутствием закладок, сырья, материалов, используемых при данной технологии. Готовность можно оценивать вероятностью того, что система будет функционировать к моменту переключения на нее.

Третья задача метасистемного подхода является прогностической и связана в производстве с составлением расписания [9].

Четвертая задача предусматривает некоторую взаимосвязь систем, например на структурном уровне, когда сочетания некоторых технологий при функционировании дают больший эффект, чем другие их сочетания. Например, функционирование технологии изготовления какого-либо изделия создает отходы, которые могут использоваться другой технологией, или функционирование двух близких технологий с резко меняющимся спросом на каждый вид продукции, изготавливаемый с их помощью — «выбросы» рынка можно умело сглаживать, гибко управляя объемами выпуска.

Пятая задача, возникает только при использовании в производстве метода групповой технологии, при этом на первый план выходит потребность в их координации, оптимизации ресурсов, направляемых на каждую систему, с целью добиться наибольшей эффективности метасистемы. При этом общесистемные ресурсы направляются в большей мере на ту технологию, которая больше всего увеличивает метасистемный эффект.

Наконец, шестая задача связана с оптимизацией набора технологий в метасистеме. В качестве критерия можно выбрать коэффициент удельного эффекта, то есть отношение эффекта от включения данной технологии в портфель метасистемы к затратам, связанным с ее приобретением и освоением, и тогда в портфель включаются в первую очередь системы с самым большим коэффициентом удельного эффекта. Эта задач, в первую очередь связана с оптимизацией набора производственного оборудования.

При планировании загрузки производства, представляемой как метасистема, необходимо правило замены подбирать таким образом, чтобы коэффициент загрузки оборудования был максимальным. Причем в данном случае необходим некий обобщенный коэффициент загрузки поскольку он должен учитывать загрузку многих единиц оборудования. Его можно принять в виде:

где — количество единиц оборудования, — общее время работы, — коэффициент загрузки i-ой единицы оборудования

Литература:

1. Батраков, В. Г. Модифицированные бетоны. Теория и практика / В. Г. Батраков // 2-е изд-ие, перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1998. — 768 с.
2. Волков И. К., Зуев С. М., Цветкова Г. М. Случайные процессы. — М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 1999. — 448 с.
3. ГОСТ 7473–2010. Смеси бетонные. Технические условия. — Введ. 01.01.2012. — М.: Стандартинформ, 2011. — 28 с.
4. ГОСТ 13015–2012. Изделия бетонные и железобетонные для, 2014. — 55 с. строительства. Общие технические требования. Правила приемки, маркировки, транспортирования и хранения. — Введ. 01.01.2014. — М.: РИА
5. Миронов, С.В., Пищухин А. М. Метасистемный подход в управлении. Оренбург: Изд-во: Оренбургский государств. ун-т, 2005. 336 с.
6. Миронов С. В., Пищухин A. M. Метасистемный подход к проведению экспертизы опасных производственных объектов // Успехи современного естествознания 2005. № 6. С. 81–82.
7. Ахмедьянова, Г. Ф. Метасистемная задача управления готовностью технических средств к функционированию /Г. Ф. Ахмедьянова Т. А. Пищухина, А. М. Пищухин // Научно-технический вестник Поволжья, 2018. -№ 5. — С. 161–164 с.
8. Пищухин, А. М. Оптимальные методы построения и управления мультиструктуркными системами автоматизации технологических процессов и производств на основе вероятностных критериев качества. // Дис. д-ра техн. наук. Оренбург, 2001. — 355 с.
9. Pishchukhin A. M., Pishchukhina Т. А. The Control Simulation of the Enterprise on the Basis Metasystem Approach // Universal Journal of Control and Automation. — 2013. — Vol. 1(4). — Р. 98–102.