Оптимизация технологических процессов. 1. Оптимизация. Задачи оптимизации

Оптимизация технологических процессов. 1. Оптимизация. Задачи оптимизации швейного производства. 2. Виды оптимизации. Методы оптимизации. 3. Критерии оптимизации. Выбор критериев оптимизации. Однокритериальная, многокритериальная оптимизация. 4. Оптимизации ТПШИ

1. Оптимизация. Задачи оптимизации швейного производства l Оптимизация это целенаправленная деятельность, заключающаяся в получении наилучших результатов при соответствующих условиях. l Оптимизация это выбор наилучшего решения из множества возможных. По латински «наилучший» переводится как «optimus» , поэтому наилучшее решение и называется оптимальным, а задача поиска и выбора наилучшего решения есть задача оптимизации. Для всех задач оптимизации характерно наличие множества возможных вариантов решений. Обычно их называют допустимыми решениями.

Примеры оптимизационных задач в швейном производстве: l 1. Задача определения оптимальной раскладки лекал. l 2. Задача определения оптимальной последовательности запуска моделей в поток. l 3. Задача выбора оптимальных методов обработки, оборудования. l 4. Задача определения оптимальной мощности потока l 5. Задача оптимальной расстановки оборудования на площади потока и цеха l 6. Задача оптимизации расчета кусков в настиле.

2. Виды оптимизации. Методы оптимизации Различают: l структурную и l параметрическую. оптимизацию технологических процессов: 1. Параметрическая оптимизация это оптимизация, связанная с изменением параметров процесса при его заданной структуре. Она характерна для уровня технологических операций при выборе режимов обработки (режимов ВТО, параметров соединения деталей и т. д. )

Параметрическая оптимизация направлена на отыскание наилучших технологических режимов, которые могут быть заданы заранее. На выбор таких режимов оказывает влияние множество факторов. Поэтому, для параметрической оптимизации технологического процесса с использованием ЭВМ могут быть применены методы, когда оптимальное решение получают с помощью математической модели оптимизации, позволяющей не только получить оптимальное решение, но и проанализировать влияние различных факторов, входящих в модель, на оптимальное решение. l Многофакторная математическая модель имеет следующий вид; Y = а + alxl + а 2 х2 + а 3 х3 + а 4 х4 + а 5 х5

l 2. Структурной является оптимизация, связанная с выбором наилучшей структуры технологического процесса, т. е. с выбором необходимых операций, порядка их выполнения. Считается, что структурная оптимизация является главной, так как данную задачу приходится решать чаще, и ее результаты в наибольшей степени влияют на основные технико экономические показатели процессов. Для структурной оптимизации технологических процессов чаще всего применяются итеративные (пошаговые) методы.

Для осуществления структурной оптимизации технологических процессов можно выделить следующие итеративные методы: l 1. Самым простейшим методом поиска оптимального варианта технологического процесса на каждой итерации (шаге) является просчет всех возможных вариантов (искомых величин), т. е. метод полного перебора. Он применяется, когда искомые величины имеют конечное и не очень большое число различных значений. С увеличением количества оптимизируемых переменных число просматриваемых вариантов быстро растет, просчет возможных вариантов становится трудно реализуемым. В этих случаях применяются методы, исключающие полный перебор (например, метод направленного поиска на каждом шаге оптимизации).

l 2. Метод направленного поиска. Особенностью этого метода поиска оптимального решения является его направление, определенное технологическими правилами и ограничениями. Направленный поиск в сочетании с математическими методами оптимизации наиболее эффективен при решении широкого круга технологических задач.

l 3. Метод многоуровневой декомпозицией. При решении сложных трудно формализуемых задач используются итерационные алгоритмы решения задач в сочетании с многоуровневой декомпозицией процесса проектирования. Основой метода является расчленение сложных процессов проектирования на несколько взаимосвязанных уровней /стадий/ характеризующихся последовательно возрастающей от уровня к уровню степенью детализации проектных решений. Процесс проектирования на каждом уровне представляет собой многовариантную процедуру. На основе каждого проектного варианта одного уровня формируется несколько детальных вариантов следующего уровня. В результате проектирования на всех стадиях образуется дерево допустимых вариантов, отвечающих заданным техническим ограничениям. Недостаток заключается в том, что для выбора одного оптимального варианта необходимо до конца спроектировать большое число допустимых техническим ограничениям вариантов. l Эффективность процесса повышается, если организовать выбор оптимальных вариантов проектных решений на каждом уровне; но при этом возникает проблема формирования критериев промежуточного отбора оптимальных вариантов на разных уровнях.

3. Критерии оптимизации. Выбор критериев оптимизации. Однокритериальная, многокритериальная оптимизация. l Критерий оптимизации это показатель, количественно характеризующий степень достижения намеченной цели. В различных ситуациях критерий оптимизации может принимать разнообразную форму. При всех обстоятельствах он должен удовлетворять вполне определенным требованиям. l Требования к критерию оптимизации l 1. Должен измерять эффективность системы l 2. Быть количественным, то есть выражаться однозначно некоторым числом. Где это сделать сложно целесообразно нормировать критерий, чтобы он принимал значение от 0 (что соответствует самой плохой характеристике) до 1 (случай идеальной характеристики) l 3. Определяться с достаточной точностью без больших затрат и потерь времени l 4. Желательно, чтобы был прост.

l Классификация критериев оптимизации. Критерии оптимизации условно можно классифицировать на: l экономические, (макс. прибыль, миним. себестоимость, и т. д. ) l технико экономические, (макс. производительность, рентабельность) l технические (трудоёмкость изготовления изделия и т. д. ) l прочие (эстетические, психологические и т. д. ) Критериями оптимизации при изготовлении швейных изделий являются как правило показатели качества, различные характеристики производственного процесса, технико экономические показатели. Большинство критериев взаимосвязано, поэтому приходится говорить об оптимизации только в определенном смысле, так как часто улучшение одного критерия вызывает ухудшение другого.

В зависимости от количества выбранных критериев различают задачи однокритериальной и многокритериальной оптимизации. l Задача однокритериальной оптимизации заключается в выборе варианта решения, наилучшим образом соответствующего единственной цели. l Многокритериальная задача состоит в поиске среди конечного или бесконечного множества допустимых решений «лучшего» решения с учетом совокупности критериев.

В реальных технологических задачах всегда бывает несколько целей, поэтому задача многокритериальной оптимизации более жизненна (адекватна действительности). В большинстве же методов математического программирования предполагается оценка по одному критерию (т. к. методы решения подобных задач достаточно хорошо разработаны). Поэтому, так как многокритериальная оптимизация связана с рядом серьезных трудностей, ее часто сводят к однокритериальной оптимизации путем «огрубления» а именно: l 1 В одних случаях выбирают наиболее важный критерий, а остальные отбрасывают. l 2 В других случаях используют «пороговую» оптимизацию, когда оптимизируется наиболее важный критерий, а для других устанавливается допустимый уровень. При этом необходимо определить границы менее значимых критериев. При изменении этих границ меняется и оптимальное решение, что не всегда удобно

4. Оптимизации ТПШИ l Критерии оптимизации ТПШИ В качестве критериев оптимизации технологических процессов чаще всего используются такие характеристики ТП, как: l время изготовления изделия (Т), l технологическую себестоимость (Ст), l капитальные затраты (К).

l Этапы оптимизации ТПШИ. Из всех случаев, в которых приходится решать задачу проектирования технологических процессов изготовления швейных изделий наиболее распространены следующие: l проектирование ТПШИ при разработке проекта нового предприятия; l проектирование ТПШИ при реконструкции действующего потока; l проектирование ТПШИ при запуске новых моделей изделий на действующий по ток без реконструкции последнего. Наиболее часто на практике приходится решать задачу проектирования технологических процессов при запуске новых моделей на действующий поток

В общем случае алгоритм проектирования технологического процесса следующий: 1 Ввод исходной информации г 2 Определение области возможных методов обработки изделия г 3 Определение области допустимых методов обработки изделия г 4 Определение области оптимальных методов обработки изделия 5 Организационно-технологический анализ ТПШИ (технологического процесса изготовления швейного изделия

6 Формирование организационно-технологической структуры потока г 7 Формирование организационного планировочной структуры потока т 8 Выбор условий и средств для обеспечения функционирования потоков (выбор транспортных средств) 7 9 Разработка плана расстановки оборудования на площади потока Г 10 Технико-экономический анализ организационно-планировочной структуры потока

11 Размещение технологического потока на площади швейного цеха г 12 Технико-экономический анализ результатов проектирования Г 13 Разработка технической документации

Для нахождений оптимальных решений предлагается двухэтапный метод оптимизации ТП l 1 этап – на стадии моделирования вариантов технологических решений по заданной модели изделия (ограничение числа вариантов технологических процессов, которые могли бы удовлетворить поставленньм технологическим требованиям) l 2 этап – на стадии формирования технологических процессов функционирующих в производстве, (решается задача оптимизации, позволяющая получить наилучшие конечные результаты по внешним характеристикам ТП в условиях конкретного производства)

При моделировании технологических процессов накладываются различные ограничения, основными из которых являются: l конструктивно технологические и l технические Конструктивно-технологические ограничения определяются конструктивно технологическими особенностями определенного изделия, которое необходимо изготовить. Технические ограничения определяются возможностями конкретного предприятия, а именно: наличием оборудования, средств малой механизации, которые могут быть использованы при изготовлении заданного изделия на предприятии

Алгоритм оптимизации процесса проектирования ТПШИ: l 1. Ввод исходной информации. Исходной информацией являются сведения об изготавливаемом изделии и данные о предприятии, на котором изделие будет изготавливаться. l 2. Из базы данных выбирают возможные методы обработки для заданного изделия, с учётом конструктивно технологических ограничений: вид изделия, вид материала и т. д. l 3. Из области возможных методов обработки с учетом конкретных производственных условий определяют область допустимых методов обработки. К допустимым методам обработки относятся методы, которыми можно изготовить данное изделии на конкретном предприятии. Отсев недопустимых методов обработки производится по техническим ограничениям: виду оборудования, приспособлениям и т. д.

l 4. Анализ допустимых методов обработки с целью выделения более оптимальных из них. Основными критериями для оценки оптимальности чаще всего являются затраты времени, себестоимость обработки изделия. Оптимальные методы обработки узлов изделия при объединении их в технологический процесс по схеме сборки изделия не всегда позволяют получить оптимальный вариант технологического процесса с точки зрения условий производства. Поэтому для окончательного выбора оптимального варианта технологический процесса швейных изделий производят:

l 5. Организационно технологический анализ. Основными критериями оптимизации технологического процесса на данном этапе являются: степень комплектуемости технологически неделимых операций, использование рабочей силы, загрузка оборудования. l Основными критериями оптимизации технологического процесса на данном этапе являются такие как степень комплектуемости, технологически неделимых операций, использование рабочей силы, загрузка оборудования.