3.2.2. Структура и основные задачи гпс

При построении ГПС транспортного складского комплекса не­обходимо обеспечить рациональное сочетание и взаимодействие робототехнических систем с остальными технологическими агрега­тами, в частности с транспортно-распределительной системой. С этой целью должно быть проведено обучение роботов для раз­личных условий адаптации; разработаны алгоритмы, обеспечиваю­щие идентификацию моделей для разнообразных ситуаций, обес­печена надежность функционирования системы и решены социаль­ные вопросы, связанные с внедрением ГПС.

П

Рис. ЗД9. Классификация элементов ГПС

ри построении ГПС как многоуровневой технической системы и интегрированного производственного комплекса нельзя разры­вать связи его элементов с вышележащими и нижележащими си­стемами. В соответствии с этим при разработке процесса управле­ния необходимо правильно выделить контуры управления с учетом взаимодействия элементов ГПС. Кроме того, при построении ГПС должен быть сбалансирован и оптимизирован состав подсистем. Например, при .построении технической структуры ТСК необходи­мо сбалансировать мощность';—перерабатывающую способность ПТМ на грузовых фронтах транспортно-распределительной систе­мы, средств вычислительной техники, пропускной способности ка­налов связи.

Для рационального распределения функций между отдельными элементами ГПС и решения задач адаптации необходимо разрабо­тать ее техническую и организационную структуру. Основная цель структуризации — классифицировать и сгруппировать элементы ГПС, руководствуясь функциональными принципами.

В настоящее время получила распространение трехуровневая организационная структура ГПС: гибкий производственный мо­дуль— элемент нижнего уровня, который может функционировать в достаточной степени автономно; гибкий производственный комп­лекс— элемент среднего уровня — группа оборудования с высокой степенью автоматизации и элемент верхнего уровня; гибкое авто­матизированное производство — участок, цех, предприятие, пред­ставляющий собой интеграцию нескольких перечисленных выше эле­ментов, обеспечивающую гибкую перестройку технологического пфоцесса. Применительно к ГПС ТСК приведенная структура может развивать' ей и модифицироваться в зависимости от технологии и устройства склада. На са­мом нижнем уровне в структуру могут вводиться простейшие элементы — звенья ячейки. На рис. 3.19 показана структура автоматизированного транспортно-склад­ского комплекса тарно-штучных грузов.

К звеньям ГПС на грузовом фронте от­носятся промышленные роботы или ро­ботизированные погрузчики; в транс­портно-распределительной системе — участки конвейерной линии, автоматиче­ские тележки со стабилизацией курса, накопители и адресователи грузов, весо­измерительные устройства, пакетофор­мирующие, пакеторазборочные и пакетообвязочные машины; в стеллажной зоне хранения звено включает автоматический кран- штабелер с обслуживаемыми этим краном рядами стеллажей; те­лежку с подъемной платформой, распределяющую грузы по ря­дам и ячейкам стеллажей, и т. д. Все перечисленные элементы оснащаются бортовыми или стационарными микропроцессорами (программируемыми контроллерами), имеющими интерфейс с ЭВМ вышележащего уровня и выполняющими ее команды. В рам­ках звена ГПС выполняют только отдельные технологические операции, связанные с перемещением и хранением грузов.

Гибким модулем рассматриваемого ГПС является секция ТСК, включающая все перечисленные выше звенья. Секция характеризу­ется большей завершенностью технологических операций по погруз­ке выгрузке, хранению, приему и выдаче грузов; в известной »сте­пени она функционирует автономно и ее структура многократно повторяется в границах ТСК. Секция-модуль включает погрузочно- разгрузочные машины и участки грузового фронта; стеллажную зо­ну хранения; транспортно-распределительную систему с накопите­лями, объединяющую все элементы модуля в единый 'автономно функционирующий блок. Для повышения эффективности первосте­пенное значение имеет унификация модульного состава ГПС. Уни­фикация модулей осуществляется и по типажу, характеристикам технических средств транспортирования, и по системам управления. Агрегатно-модульный способ является доминирующим в практике построения сложных систем ГПС и, бесспорно, должен быть реа­лизован при создании ГПС на полностью автоматизированном ТСК.

Гибкий автоматизированный комплекс представляет собой ин­теграцию нескольких модулей. В технологическом аспекте — это полностью автоматизированный склад тарно-штучных грузов, кон­тейнеров, металлов и т. д. В рамках гибкого автоматизированного комплекса решаются многоразмерные оптимизационные задачи, связанные с планированием и управлением технологическими про­цессами. Для управления этими процессами на уровне ГПС при­меняют управляющие комплексы, оснащенные мини- и микроЭВМ.

В понятие гибкое автоматизированное производство следует включить объединение взаимодействующих друг с другом гибких автоматизированных ТСК тарно-штучных грузов, контейнеров, ле­соматериалов и т. д. Например, это могут быть грузовой двор ^ли в целом грузовая станция, крупное предприятие материально-тех­нического снабжения, работающие в условиях полной автоматиза­ции технологических процессов.

В техническом плане структура ГПС представляет собой инте­грацию следующих подсистем: АСУП — автоматизированного уп­равления ТСК; САПР — автоматизации проектирования; АСТПП — автоматизации технологической подготовки производства; АСКО — автоматизированной системы контроля. Интерпретируем функции перечисленных компонентов ГПС применительно к транспортно­складскому комплексу. Автоматизированная система управления ТСК является основной в рамках ГПС, она предназначена для ре­шения комплекса информационно-справочных и технологических за­дач, содержательный смысл и математическая формулировка кото­рых обсуждаются ниже.

Функция АСТПП состоит в унификации грузовых единиц, их пакетировании и контейнеризации, упарядочении системы склади­рования грузов, в частности применения стеллажных способов хра­нения; автоматизации операций маркировки (применение ярлыков с линейно-штриховым кодом); специализации зоны хранения в зави­симости от назначения, частоты спроса грузов; кодировании под­штабельных мест, ячеек стеллажей и др. Функции САПР прояв­ляются в автоматизации оперативного планирования ТСК, разра­ботке алгоритмов, содержательных и управляющих программ по­строения эффективной операционной системы АСУП. В рамках АСКО осуществляется постоянный контроль, идентификация со­стояния ТСК и измерение таких параметров технологического про­цесса, как масса, количество транспортируемых грузов, их линей­ные размеры, время выполнения технологических операций и др.

Полезно обсудить круг задач, в том числе связанных с адапта­цией, которые решаются на каждом уровне структурными элемен­тами ТСК в условиях ГПС. На уровне ячейки ГПС и модуля по­мимо автоматического управления могут решаться задачи опти­мального адаптивного управления механизмами промышленных роботов и манипуляторов, погрузчиков, кранов-штабелеров, кон­вейерных систем, пакетоформирующих и пакеторазборочных машин по критериям времени, затратам энергии или эксплуатационным расходам. Кроме того, может осуществляться оптимальное плани­рование рейсов кранов-штабелеров при комплектации и консерва­ции грузов, рациональное использование ячеек стеллажей для со­кращения пробега и времени работы машин.

В рамках ТСК с гибкой технологией в условиях адаптации кро­ме перечисленных задач планируется работа групп погрузочно-раз­грузочных штабелирующих машин, перераспределяются грузопо токи или погрузочно-разгрузочные машины между участками гру­зового фронта в зависимости от временной загрузки машин; выби­раются наилучшие приоритеты обслуживания транспортных пото­ков, вагонов и автомобилей; корректируется специализация стел­лажей в зоне хранения.

Последовательность решения перечисленных задач планирова­ния ТСК с гибкой технологией приведена на рис. 3.20.

Многими специалистами и практикой доказано преимущество скользящей специализации секций и участков зоны хранения грузов на контейнерных площадках, в массивах стеллажей высотных складских комплексов, на грузосортировочных комплексах и т. д. Выделение для определенной номенклатуры или определенных на­значений грузов специальных секций имеет некоторые эксплуата­ционные достоинства, в частности: ускоряется поиск грузов, обес­печивается более четкая работа по формированию партий груза для отправления получателям. Вместе с тем при такой системе органи­зации работы вместимость или площадь склада используется непол­ностью (не более чем на 70%).

При относительно небольшой вместимости зоны хранения мож­но вообще отказаться от специа­лизации и размещать грузы на ближайшие свободные места, ру­ководствуясь принципом миними­зации пробега погрузочно-разгру­зочных машин. Для реализации данного принципа, например, при применении тупиковых стел­лажей, целесообразно грузы, ха­рактеризующиеся большой ча­стотой спроса, размещать ближе к исходной позиции стеллажного крана-штабелера. Вместе с тем скользящая специализация может потребовать изменения струк­туры грузораспределительной системы и зоны хранения. В усло­виях функционирования ГПС такая перестройка возможна при применении передвижных стеллажей. В, практике проектирования складов известны случаи использования передвижных стеллажей с автоматическим управлением высотой до шести — восьми яру­сов, длиной до 50—60 м. Если ПТС, связывающая грузовой фронт, экспедицию приема, отправления и зону хранения, состоит из мо­бильных секций роликовых конвейеров, возможно изменение ее структуры и конфигурации в соответствии с конкретными усло­виями транспортирования грузов. Передвижные стеллажи наилуч­шим образом взаимодействуют с автоматическими (роботизирован­ными) авто- и электропогрузчиками. В этом случае обеспечивается высокая степень маневрирования техническими средствами ТСК и наилучшая ее адаптация к изменяющимся ситуациям.

Одной из наиболее распространенных и характерных задач, ко­торые решаются в рамках ГПС, является выбор и реализация наи­лучших приоритетов обслуживания заявок. За основной критерий выбора оптимальной дисциплины обслуживания принимают наи­меньшее суммарное время обслуживания и наименьший простой об­служивающих устройств: погрузочно-разгрузочных и складских ма­шин. С этой целью строят имитационные модели функционирова­ния, обеспечивающие оптимизацию приоритетного обслуживания.

В зависимости от структуры и конфигурации транспортно-нако­пительной системы ГПС применяют соответствующие способы ре­гулирования поступления и движения изделий. Функции управле­ния и регулирования потоков грузов-изделий передают интеллек­туальным роботам-манипуляторам, которые управляются микро- ЭВМ. Манипуляторы оснащают тактильными датчиками.

Покажем на примере характер и содержание приоритетных за­дач. На рис. 3.21 представлена часть транспортно-накопительной системы роботизированного участка ГПС, который характеризуется следующими особенностями.

На входной участок конвейера грузы Г передают с направ­ления Д1 и Д₂ парами и перемещают их двумя параллельными по­токами со скоростью 1>ь грузы представляют собой случайный по­ток заявок.

С помощью автоматических манипуляторов и М₂ грузы пе­редаются на конвейер Кг, в котором формируется однолинейный поток грузов, перемещающихся со скоростью и₂.

С конвейера Кг грузы передаются на конвейер Кз автоматическим манипулятором М₃.

Задача состоит в том, чтобы обеспечить равномерную загрузку манипулятора М₃ и конвейера Кз путем регулирования производи­тельности манипуляторов М_х и М₂ и тем самым минимизировать непроизводительный простой последних. Кроме того, необходимо определить время задержки манипулятора М₂ в зависимости от ве­личины рассогласования —1г каждой пары движения грузов на конвейере К₂. С этой целью моделируют различные конфликтные ситуации, при которых груз, передаваемый манипулятором М₂, не уапевает покинуть приемный участок П₂ перед тем, как, в свою очередь, другой груз будет подан на конвейер К₂ манипулятором Мл. Это может привести к блокировке конвейера . Поэтому не­обходимо в конечном счете регулировать интервалы ^₂ между гру­зами на конвейере К₂. Для решения задачи строят статистические модели двухлинейного потока грузов на конвейере К\, режим рабо- ты]и изменения продолжительности рабочих циклов манипуляторов и М₂ и движения грузов на конвейере К₂. На основании этих мо­делей ЭВМ строят и проигрывают имитационную модель функцио­нирования конвейеров Ки Кг и манипуляторов и М₂. В резуль­тате выбора оптимального приоритета поступления грузов с обеих линий имитируется суммированный простой конвейера и мани­пуляторов и М₂ при условии соблюдения нормативного интер­вала между движущимися грузами на конвейере К₂.