Z E S Z Y T Y N A U K O W E P O L IT E C H N IK I ŚL Ą SK IE J Seria: A U T O M A T Y K A z.119
________1996 N r kol. 1339
E ugeniusz T O C Z Y Ł O W S K I, M arek C Y Z IO , R em igiusz K R U P A , K rzy szto f M A IK , T om asz S IK O R S K I, A rtu r W A LCZA K
In s ty tu t A u to m a ty k i i In fo rm aty k i Stosow anej P olitechniki W arszaw skiej
L A B O R A T O R Y JN Y M ODEL INSTALACJI CIM
S t r e s z c z e n i e . W referacie przedstaw iono podstaw ow e zało ż en ia tw orzonego w IA ilS P o litech n ik i W arszaw skiej lab o rato ry jn eg o m odelu in sta la c ji C IM . P rz e d staw io n o s tr u k tu r ę fizyczną i fu n k cjo n aln ą in stalacji C IM o raz opisano m o d u ły rea liz u ją c e funkcje m odelow ania, m o nitorow ania, stero w an ia o p eraty w n eg o i n a d rzędnego p lan o w an ia produkcji. Poszczególne m o d u ły funkcjonalne p ra c u ją w śro dow isku rozproszonym n a różnych p latfo rm ach sprzętow ych (k o m p u te ry k lasy P C , p rzem ysłow e k o m p u te ry o p a rte n a m ag istrali V M E ) i program ow ych (sy ste m y o p e
ra c y jn e O S /9 , Q N X , MS W indow s), w ykorzystując do kom unikacji m ięd zy sobą sieci lokalne A rc n e t i E th e rn e t oraz sieć m iejscow ą Profibus. Z ap rezen to w an o też w y k o rz y sta n ą w p ro jek cie m etodologię p ro jek to w an ia system ów czasu rzeczyw i
stego W a rd a & M ellora.
LA BO R A TO R Y M ODEL OF A CIM SYSTEM
S u m m a r y . T h e p a p e r p resen ts an im p lem en tatio n of a la b o ra to ry C IM sy ste m , w hich is b ee in g developed a t th e W arsaw U niversity of Technology. T h e fu n ctio n al an d p h y sical s tru c tu r e of th e CIM sy stem is an aly sed and th e fu n c tio n a l m o d u les for m o d ellin g , m o n ito rin g , o p e ra tio n a l control, an d p ro d u c tio n p lan n in g a re d escrib ed . T h e im p le m e n ta tio n of th e fu n ctio n al m odules is d is trib u te d on various c o m p u te rs (P C s a n d in d u s tria l co m p u ters w ith V M E b u s), o p e ra tio n sy stem s (O S /9 , Q N X , MS W in d o w s), and various com m unication p rotocols (A rc n e t, E th e rn e t a n d P r o fibus). T h e W ard & M ellor m ethodology for s tru c tu r e d d e v elo p m en t of re a l-tim e sy s te m s , w hich w as ap p lied in th e p ro ject, is also described.
1. O pis stru k tu ry system u produkcyjnego
W ro zd ziale p rzed staw io n o podstaw ow e zało żen ia dotyczące s t r u k tu r y sy ste m u p ro dukcyjnego m odelow anego w IA ilS P W Laboratorium S y ste m ó w Stero w a n ia C IM . M ode
low any s y s te m za w ie ra je d n ą p ó ła u to m a ty c z n ą linię p ro d u k c y jn ą , n a k tó re j a s o rty m e n t wielu ro d zajó w w yrobów je s t w y tw arzan y w try b ie p ro d u k cji p rze ry w a n e j realizow anej w porcjach, tz n . w danej chwili n a linii m oże być produkow any tylko je d e n w yrób, czyli u sta -
114 E. T o czy lo w sk i i in.
R ys. 1. S chem at ogólny sy stem u produkcyjnego Fig. 1. G eneral s tru c tu re of th e p ro d u ctio n sy stem
lony ro d z a j n a p o ju w określonym ty p ie b u telk i. Z m ian a ro d zaju p rodukow anego w y ro b u w y m ag a p rz e sta w ie n ia (p rzezb ro jen ia) linii. W szczególności z m ia n a ro d z a ju p ro d u k tu w y m ag a czyszczenia in stalacji. Z m ian a wielkości b u telk i w ym aga p rz e z b ro je n ia p a ra m e tró w lin ii p ro d u k cy jn ej na w ym agany ro zm iar (pojem ność) b u telk i.
W zak ła d z ie je s t w ytw arzany pew ien a so rty m e n t w yrobów c h arak tery zo w an y ch p rz e z dw a a tr y b u ty : ro d z a j p ro d u k tu i wielkość opakow ania (b u te lk i).
L in ia p ro d u k c y jn a je s t uszeregow anym ciągiem w yodrębnionych frag m en tó w n azy w a
nych dalej m o d u ła m i p ro d u k cy jn y m i (ogólna s tr u k tu r a fu n k cjo n aln a sy s te m u p ro d u k cji je s t p rz e d s ta w io n a n a r y s .l) . K ażdy m o d u ł je s t p ew nym zestaw em zasobów p ro d u k c y j
nych (m aszy n technologicznych, buforów , środków tr a n s p o rtu ) d z ia ła ją c y m p o d k o n tro lą stero w n ik a przem ysłow ego i realizu jący m określony a so rty m e n t o p eracji. M o d n i m oże p o siad ać w ogólnym p rzy p ad k u kilka rów noległych, elem en tarn y ch zasobów w ytw órczych określonego ty p u (n p . m aszy n , agregatów p ro d ukcyjnych, stan o w isk ). O pis funk cjo n aln y poszczególnych m od u łó w je s t n astęp u jący :
• M ag azy n surow ców - w m agazynie są przechow yw ane n a stę p u ją c e m a te ria ły i sk ła d nik i w y m ag an e w procesie produkcji: form y b u telek i g ra n u la t, sy ro p i k o n c e n tra ty
L ab oratoryjn y m o d e l in stalacji CIM 115
n ap o jó w , n a k rę tk i, etykiety, folia oraz palety.
• M o d u ł p ro d u k cji napojów - w m odule ty m odbyw a się p rzygotow anie n a p o ju p o le g a ją c e n a w ym ieszaniu, w ap a ra c ie m ik su jący m , w ym aganych składników (tz n . odpow iedniego k o n c e n tra tu , syropu i wody) podaw anych w p o trz e b n y c h ilościach w sposób ciągły. W danej chwili m ikser m oże być w ykorzystyw any do pro d u k cji tylko je d n e g o ro d z a ju n a p o ju . W celu zm ian y ro d zaju n a p o ju konieczne je s t w ykonanie o p eracji ’’p rz e z b ro je n ia ” polegającej n a opróżnieniu m ik se ra , w yp łu k an iu a p a ra tu ry , n a p e łn ie n iu i doprow adzeniu sta n u n a p o ju do w ym aganego poziom u i sk ład u .
• M o d u ł p ro d u k cji bu telek - w m odule ty m o dbyw a się p ro d u k c ja dow olnego ro d z a ju b u te le k , k tó r a m oże być realizow ana n a jed n y m z dw óch zau to m aty zo w an y ch a g re
gatów p ro d u k c y jn y c h (m aszyn). M aszyna pierw sza p ro d u k u je b u telk i z gotow ych fo rm , k tó re p o b ie ra z b u fo ra form . M aszyna d ru g a p ro d u k u je b u te lk i z g ra n u la tu , k tó ry je s t przechow yw any w buforze g ra n u la tu . K ażd a m a sz y n a m oże pro d u k o w ać b u te lk i jed n o - a lb o dw ulitrow e po u p rzed n im p rzezb ro jen iu (p rzestaw ien iu p a ra m e trów m o d u łu ) i w znow ieniu produkcji.
• M agazyn b u telek - b u telk i m ogą być przechow yw ane w trzech niezależnych, rów noległych sekcjach m ag azy n u pełn iący ch rolę trzech buforów ty p u F IF O . W każ
d y m b u fo rze m o g ą być jednocześnie przechow yw ane zarów no b u te lk i jed n o -, ja k i dw u litro w e. W szy stk ie bufory m a ją jed n ak o w ą p o je m n o ść n ieza leżn ą od ro d z a ju przechow yw anych w nim butelek.
• M o d u ł n a p e łn ia n ia - w m o d u le ty m b u telk i p o b ieran e kolejno z m agazynu b u te le k są n a p e łn ia n e , w karuzelow ym au to m acie n a p e łn ia ją c y m , n a p o je m n alew an y m z m ik sera. K a ż d a b u telk a po n ap ełn ien iu je s t z a k ręcan a. P rz e d opuszczeniem m o d u łu b u te lk i p rz e c h o d z ą k ontrolę poziom u n ap ełn ien ia. B utelki sp e łn ia ją c e w y m a g a n ia jakości są tra n sp o rto w a n e do kolejnego m o d u łu , n a to m ia s t w adliw e są um ieszczan e
w buforze o dpadów , którego opróżnienie w ym aga obsługi o p e ra to rsk ie j.
• M o d u ł n a k le ja n ia e ty k ie t - w m o d u le ty m n a stę p u je o k lejan ie b u te le k e ty k ie ta m i w łaściw ym i d la danego ro d z a ju n a p o ju i b u telk i. D odatkow o n a każdej ety k iecie je s t n a d ru k o w y w a n a d a ta p rodukcji i n u m er serii.
116 E. T o c zy lo w sk i i in.
• M o d u ł paczkow ania i foliow ania - w m odule tym b u telk i są grup o w an e w p aczki i foliowane.
• M o d u ł p alety zacji - w m o d u le ty m paczki b u telek są u k ła d a n e n a p a le ty tw orząc tzw . k o n te n e ry tra n sp o rto w e .
• M agazyn w ysokiego skład o w an ia - w m agazynie ty m są p rzechow yw ane spaletyzo- w ane k o n te n e ry opakow anych napojów przy g o to w an e do w ysyłki. M ag azy n w yso
kiego sk ład o w an ia m a s tru k tu r ą w ielopiętrow ą. K ażd y k o n te n e r m oże b y ć u m iesz
czony n a końcu kolejki z n ajd u jącej się w jed n y m polu m ag az y n u (w odpow iedniej jeg o w arstw ie i kolu m n ie). K ażde pole m agazynu je s t obsługiw ane ja k o n ieza leżn a kolejka ty p u F1FO .
N a linii p ro d u k c y jn e j m o d u ły p ro d u k cy jn e są połączone środkam i tra n sp o rto w y m i (tra n s p o r te ra m i) . K ażdy tr a n s p o rte r pełni jednocześnie p o d w ó jn ą fun k cję - z je d n e j s tro n y je s t n o śn ik iem , a z drugiej stro n y m agazynem buforow ym (k o m p e n sa c y jn y m ) p o m ięd zy m o d u ła m i p ro d u k cy jn y m i. W zależności od ro d z a ju o p eracji, o p e ra c je tr a n s p o r
tow e p o m ięd zy poszczególnym i sto p n iam i pro d u k cy jn y m i są realizow ane z a p o m o c ą p rz e n ośników (taśm o w y ch lub podw ieszonych) albo wózków tran sp o rto w y ch . W szczególności tr a n s p o r t poszczególnych surowców z m agazynu surowców do o d p o w ied n ich m od u łó w p ro d u k cy jn y ch o d b y w a się przy w ykorzystaniu tra n s p o rtu wózkowego. B u te lk i p u s te są tra n sp o rto w a n e z a p o m o cą podw ieszonego sy stem u przenośników p n e u m a ty c z n y c h . N a
p e łn io n e b u te lk i oraz paczki b u telek są tran sp o rto w a n e p o m ięd zy dalszy m i m o d u ła m i p ro d u k c y jn y m i z a p o m o cą przenośników taśm ow ych. G otow e do w ysyłki sp alety zo w an e k o n te n e ry b u te le k są tra n sp o rto w a n e do m agazynu w ysokiego sk ła d o w a n ia z a p o m o c ą wózków w idłow ych.
W p rz y ję ty m m o d elu lekkie o biekty (b u telk i) z n a jd u ją c e się n a tr a n s p o rte rz e n ie są m ocow ane sztyw no, a w ięc m o g ą przesuw ać się w zględem taśm y (a ty m sa m y m m o g ą być z a trz y m y w a n e p rzed stanow iskiem m im o ruchu taśm y ).
S tr u k tu r a fizyczna realizow anego u k ła d u stero w an ia i zarz ą d z a n ia pro d u k cji je s t p rz e d sta w io n a n a rys. 2.
L ab oratoryjn y m o d el in stalacji C1M 117
K o m p u te r z a r u t il i a j ij c y K o m p u te r1 n a d rz ę d n y w a r s tw y
R ys. 2. S tr u k tu r a fizyczna m odelu in stalacji C IM Fig. 2. Physical s tru c tu r e of CIM system
2. M etod ologia projektowania strukturalnego
M e to d y k a p ro je k to w a n ia stru k tu ra ln e g o z w y k o rzy stan iem narzędzi C A S E tw orzy do
g odne środow isko do p ro je k to w a n ia złożonych aplikacji in fo rm aty czn y ch , zw łaszcza d la system ów czasu rzeczyw istego [6, 5]. M etody analizy i p ro jek to w an ia stru k tu ra ln e g o dzielą tw orzenie aplikacji na trz y eta p y : (1) przygotow anie m odelu zasadniczego (" e sse n tia l m o
d el” ) sk ła d a ją c e g o się z m o d elu o to c z e n ia ("en v iro n m en tal m o d el” ) i m o d elu zachow ań (" b e h a v io ra l m o d el"); (2) przygotow anie m odelu Im plem entacji (" im p le m e n ta tio n m o
del” ) utw orzonego n a p o d staw ie poprzedniego m odelu i sk ład ająceg o się z m o d elu p ro c e sorów ("p ro cesso r m o d el” ), m odelu zadań (" ta sk m odel” ) i m odelu m odułów (" m o d u le m o d el” ); (3) zap ro g ram o w an ie aplikacji zgodnie z m odelem im p lem en tacji.
T w o rzo n e p o d czas analizy i p ro je k to w a n ia m odele m a ją z a zad a n ie po k azan ie trzech asp ek tó w aplikacji: (1) staty czn eg o - ja k ie is tn ie ją pow iązania m ięd zy d an y m i; (2) d y n am icznego - ja k a je s t kolejność w ykonyw ania operacji; (3) p rz e tw a rz a n ia - ja k ie d a n e
118 E- T o c zy ło w sk i i in.
p rz e p ły w a ją w sy stem ie, z ja k ic h danych jc rnożna uzyskać i w ja k i sposób. W o pisyw a
ny m p ro je k c ie zastosow ano m eto d ę analizy i p ro jek to w an ia stru k tu ra ln e g o d la system ów czasu rzeczyw istego o p raco w an ą przez P a u la T . W a rd a i S te p h e n a J . M ellora [5],
Z astosow ane techniki
M odele w an alizie s tru k tu ra ln e j m a ją p o stać diagram ów pokazujących podstaw ow e a sp e k ty p ro je k to w a n e j aplikacji. A naliza i p ro jek to w an ie s tru k tu r a ln e w y k o rzy stu je n a s
tę p u ją c e ro d z a je diagram ów :
t d ia g ra m p rzep ły w u d anych ( " d a ta flow d iag ram ” ) - pokazuje s ta ty c z n ą s tru k tu r ę p rz e tw a rz a n ia w sy stem ie, tz n . skąd p o ja w ia ją się d a n e w sy stem ie, ja k są p rz e tw a rz a n e i ja k ie d a n e w ychodzą z sy stem u . D iagram y p rzep ły w u dan y ch m ów ią, ja k z d an y ch w ejściowych uzyskać d ane wyjściowe;
• d ia g ra m przejść stan ó w (’’s ta te tran sitio n d ia g ra m ” ) - pokazuje d y n am iczn y a s p e k t p ro jek to w an eg o sy stem u . O pisuje o n , ja k zm ienia się s ta n danego e le m e n tu sy s te m u w zależności od zdarzeń do niego dochodzących i ja k ie sygnały w y sy ła te n elem en t.
W m e to d z ie W a rd a i M ellora d iagram y p rzejść stan ó w rysow ane s ą d la w szy stk ich procesów steru jąc y ch . W chodzące do takiego procesu p rzepływ y ste ru ją c e uw ażan e są za zd arzen ia, w ychodzące zaś z a sygnały tego procesu;
• d ia g ra m encji (” e n tity relatio n sh ip d iag ram ” ) - opisuje s ta ty c z n ą s tr u k tu r ę danych sy s te m u . P okazuje on, ja k pow iązane są m iędzy sobą różne d an e p rzechow yw ane w sy stem ie;
• d ia g ra m s tru k tu r y (’’s tru c tu r e c h a rt” ) - pokazuje p o d ział pew nego fra g m e n tu p ro jek to w an e g o sy ste m u n a m oduły oraz kom unikację pom iędzy m o d u ła m i w ew n ątrz teg o frag m en tu ;
• specyfikacja dan y ch - służy do określenia danych przekazyw anych p o m ięd zy m o
d u ła m i. W opisyw anym p ro jek cie zastosow ano n a jb a rd z ie j p o p u la rn ą n o ta c ję B N F (z w a n ą też n o ta c ją D e M arco).
A naliza i projektow anie strukturalne
P ierw szy m e ta p e m p ro je k to w a n ia sy stem u inform atycznego je s t an a liz a p ro b le m u p o p rzez bu d o w ę i w eryfikację m odelu zasadniczego sy stem u . M odel ten z a k ła d a b ra k fizycz
L ab oratoryjn y m o d el in sta la cji CIM 119
nych ogran iczeń n a m ożliw ości p rzesy łan ia d anych, możliwości s p rz ę tu itp . W p ra k ty c e tw orząc te n m o d el uw zględnia się część ograniczeń, z a p o m in a ją c o in n y ch . M odel z a sa d n i
czy s k ła d a się z dw óch elem entów : m odelu o to cze n ia i m o d elu zachow ań. Po zakończeniu e ta p u a n a liz y o trzy m u jem y m odel projektow anego sy ste m u , k tó ry w kolejnych krokach je s t uszczegóław iany aż do jeg o im plem entacji.
M odel o to c z e n ia
M odel o to c z e n ia m a za zad an ie określenie g ran ic sy stem u in fo rm aty czn eg o , obiektów z n im k o m u n ik u jący ch się i reakcji sy stem u n a zd arzen ia zew n ętrzn e. M o d el o to c z e n ia sk ła d a się z n a stę p u ją c y c h elem entów :
• o p isu celów sy stem u , jeg o granic itp.;
• d ia g ra m u kontekstow ego będącego d iag ram em p rzep ły w u d an y ch . D iag ram te n s k ła d a się z je d n e j tran sfo rm acji danych nazw anej ta k ja k sy s te m o raz te rm in a to ró w i p rzepływ ów p o m ięd zy te rm in a to ra m i i sy stem em . P okazuje on, ja k ie o b ie k ty leżą n a z e w n ą trz sy stem u i ja k się z nim kom unikują;
• listy zd a rz e ń , n a k tó re system m a reagow ać w raz z reakcjam i sy ste m u n a zdarzen ia.
L ista zd a rz e ń m usi przew idyw ać w szystkie możliwe (n aw et b ard zo opóźnione) re
akcje s y s te m u n a zd arzen ie. P o w in n a być on a sp ó jn a z d iag ram em k o n tek sto w y m - w szy stk ie d y sk re tn e i steru jąc e p rzepływ y od term in ato ró w są zd arzen iam i d la sy s
te m u , w szy stk ie d y sk re tn e i k o n tro ln e p rzep ły w y od sy stem u są jego o d p o w ied ziam i.
M odel zachow ań
M odel zachow ań pokazuje, ja k realizow ane s ą odpow iedzi sy ste m u n a z d a rz e n ia ze
w n ętrzn e. M odel zachow ań sk ła d a się z h ierarchii diagram ów p rzep ły w u dan y ch w raz z p ow iązanym i z n im i d ia g ra m a m i p rzejść stanów , d iag ram am i encji i specyfikacjam i d a nych. S zczy te m h ierarch ii diagram ów przepływ u danych je s t d iag ram kontekstow y. K a ż d a z tra n sfo rm a c ji d an y ch m oże po siad ać dekom pozycję b ę d ą c ą d ia g ra m e m p rz e p ły w u d a nych lub opis jej funkcjonalności. O pisy m ogą zo stać u tw orzone zarów no w p o sta c i te k s tu , opisu w arunków w ejściow ych i wyjściowych, ja k i alg o ry tm u opisanego w jęz y k u fo rm a l
ny m . P ro cesy s te ru ją c e są dekom ponow ane n a d iag ram przejść stanów . K ażd y z p rz e p ły wów d a n y c h p o sia d a opis w postaci specyfikacji danych. P o jem n ik i d anych d e k o m p o n o w ane są n a d iag ram y encji.
120 E. T o c zy lo w sk i i in.
M odel procesorów
S tw o rzen ie m o d elu procesorów je s t pierw szym e ta p e m p ro je k to w a n ia o p ro g ram o w an ia sy s te m u . P rz y tw orzeniu tego m odelu d ecydujem y o rozbiciu całego p ro g ra m u p o m ięd zy ró żn e p ro ceso ry (k o m p u te ry ). D ecydujem y ta k ż e o sposobach przek azy w an ia dan y ch p o m ięd zy ty m i p rocesoram i i o pow iązaniu term in ato ró w z pro ceso ram i. M odel procesorów je s t o d p o w ied n ik iem d iag ram u kontekstow ego - je s t to d iag ram p rzep ły w u d an y ch , w
k tó ry m każdy p roces rep re z e n tu je inny procesor.
M odel zad ań
D ru g im e ta p e m p ro je k to w a n ia opro g ram o w an ia sy stem u je s t stw orzenie m odelu za d a ń . M odel z a d a ń je s t h ie ra rc h ią diagram ów p rzepływ u d anych. D la każdego z procesorów p o p rzed n ieg o m o d elu decydujem y o podziale funkcji w nim w ykonyw anych n a z a d a n ia . D ecy d u jem y ta k ż e o sposobie kom unikacji i przekazyw ania danych m ięd zy z a d a n ia m i. Z definicji z a d a n ia są w ykonyw ane jednocześnie. K ażde z zad ań m o żn a dalej d ekom ponow ać ja k w p rz y p a d k u m odelu zachow ań.
M odel m odułów
M odel m od u łó w m a za zad an ie p rzek ształcen ie ab strak cy jn y ch d iag ram ó w p rzep ły w u d a n y c h w d iag ram s tr u k tu r y pokazujący je d n o stk i p rogram ow e i ich w za je m n e p ow iązania.
K a ż d e z za d a ń m o d elu zad ań je s t opisyw ane w p o staci m o d elu m o d u łó w . W y k o n a n ie m o d e lu m o d u łó w kończy p ra c e projektow e - na jego p o d staw ie m ożliw e je s t w ykonanie specyfikacji p o d p ro g ram ó w , a n a stę p n ie ich zakodow anie.
3. P rojek t instalacji CIM
C elem budow y sy ste m u je s t opracow anie n ietry w ialn eg o m o d e lu p ro d u k cji w p rz e d sięb io rstw ie przem y sło w y m , m ożliwego do im p lem en tacji w w arunkach la b o ra to ry jn y c h i odpow iedniego do celów szkoleniow ych.
M odel otoczenia
M odel o to c z e n ia o p isu je środow isko, w k tó ry m sy stem funkcjonuje. D ia g ra m k o n te k sto w y d efin iu je g ran icę pom iędzy sy stem em a otoczeniem (rep rezen to w an y m p rz e z te r m in a to r y - o b iek ty n a zew n ątrz sy stem u , z k tó ry m i sy stem się k o m u n ik u je) o raz ich w z a je m n e p o w ią z a n ia .
L ab oratoryjn y m o d e l in sta la cji CIM 121
N a rys. 3 z o sta ł przedstaw iony d iag ram kontekstow y p ro jek to w an ej in s ta la c ji C IM . T e rm in a to r D ział S przed aży przekazuje do system u p rz y ję te zam ó w ie n ia klientów (ro dzaj i ilość p ro d u k tu ), a tak że kon tro lu je ich s ta n realizacji. D ział W y sy łk i re p re z e n tu je zespól pracow ników o b sługujących klientów zgłaszających się po o d b ió r zam ów ionych w cześniej w yrobów . P rz ek azu je on do sy ste m u sygnał gotow ości p o b ra n ia p rz e z k lie n ta zam aw ianego to w aru , a ta k ż e czeka n a p otw ierdzenie p o b ra n ia . T e rm in a to r M an ag er re p re z e n tu je osobę n a d z o ru ją c ą całość procesu n ad rzęd n eg o h arm o n o g ram o w an ia p ro d u k cji. W zak resie je j k o m p eten cji z n a jd u je się m odyfikacja p lan u p ro d u k cy jn eg o o raz s ta ty czn y c h p a ra m e tró w m ających w pływ n a proces planow ania n ad rzęd n eg o . M ag azy n ier re p re z e n tu je osobę sp ra w u ją c ą n a d rz ę d n ą k ontrolę nad p rocesem h arm o n o g ra m o w a n ia dostaw surow ców do m ag az y n u oraz tra n s p o rtu surowców do m odułów p ro d u k cy jn y ch . M oże ta k ż e p o d ją ć decyzję o interw encyjnej dostaw ie określonego surow ca. D ział Z a
o p a trz e n ia re p re z e n tu je zespół odpow iedzialny za w sp ó łp racę z niezależnym i d o staw cam i surowców . P rz y jm u je on z sy stem u ż ą d a n ia dostaw surow ców , a p o ich zrealizow aniu zaw iad am ia o ty m sy stem . Chochlik System u T ransportow ego realizu je m o d el n ied eter- m in isty czn eg o o d d z ia ły w a n ia n a system wózków tra n sp o rto w y c h d o sta rc z a ją c y c h surow ce do m od u łó w p ro d u k cy jn y ch , sym ulując n a p rzy k ład ich aw arię. O p e ra to r In sta la c ji re p re z e n tu je osoby n a d z o ru ją c e i w sp o m ag ające d ziałan ie in stalacji n a poziom ic stero w an ia o p eraty w n eg o , nadzorow anie przebiegu procesu technologicznego, a ta k ż e konfigurow anie zasobów sprzętow o-program ow ych in stalacji. T e rm in a to r O p e ra to r Linii P ro d u k c y jn e j re p re z e n tu je zasoby pracow nicze w spom agające działanie in stalacji n a poziom ie p ro d u k c ji, czyli w y k o n u jące p om ocnicze o p eracje niezb ęd n e d la praw idłow ego p rzebiegu p ro d u k cji (np. u su n ięcie odpadów p ro dukcyjnych). Chochlik P ro d u k cji realizu je m odel n ie d e te rm in i- stycznego o d d z ia ły w a n ia n a linię p ro d u k cy jn ą, p rzekazując je j in fo rm ację o now ym try b ie p racy (n p . aw arii) określonego elem en tu m o d u łu produkcyjnego.
M odel zachow ań
Z a d a n ie m m o d elu zachow ań je st p rzed staw ien ie w ew nętrznego d z ia ła n ia p ro je k to w a nego sy s te m u ta k zaplanow anego, by sp ełn iać w ym ogi o to cze n ia określone w m o d elu o to czenia. M odel zachow ań o b ejm u je w stępny d iag ram przepływ u d an y ch o raz p o czątk o w ą definicję sc h e m a tu danych.
122 E. T o c zy lo w sk i i in.
R ys. 3. D iagram kontekstow y Fig. 3. C o n tex t diag ram
m o d a l k o sztó w z u ż y c ia energii D ział W ysyłki
D z ia ł S p r z e d a ż y z a m ó w ie n ia n a to w ary ^ ,
< ---
M a n a g e r p la n dla m a n a g e r * l ... . p d .rp a n a g ę ra _ ¿
Z e g a r C z a s u c z a s i data
A s tr o n o m ic z n e g o
M a g a z y n ie r
sta n m a g a z y n u dla m a g a z y n ie ra / in te rw e n cy jn e ż ą d a n ie d o s ta w y ^ f
D z ia ł d o s ta w a su ro w c a C h o c h lik S y s t e m u
Z a o p a trz e n ia 1 a w a r la s y s t e m u tra n s p o rto w e g o T ra n s p o rto w e g o
Rys. 4. M odel in stalacji C IM , c z .l Fig. 4. M odel of C IM sy ste m , p a r t 1
L ab oratoryjn y m od el in sta la cji CIM 123
T ran sfo rm acje, czyli elem enty p rzek ształcające d an e wejściowe n a w yjściow e zgodnie z o p isu jący m i je a lg o ry tm a m i, pokazane są n a rysunkach 4, 5 i 6.
P lan o w an ie n a d rz ę d n e ( P I )
F u n k cje w ykonyw ane przez tę tran sfo rm ację o b ejm u ją, przed e w szy stk im , generow anie h arm o n o g ra m u p ro d u k cji 12 typów w yrobów n a horyzoncie czasow ym złożonym z T = 60 zm ian p ro d u k c y jn y c h , uszczegółow ienie harm o n o g ram u n a n ajb liższe dw ie zm ian y (przy w y k o rz y sta n iu m ech a n izm u rep ety cji) oraz w yznaczanie pred y k cji zu ży cia surow ców w p rzew id y w an y m hory zo n cie czasow ym .
Z a rząd zan ie m ag az y n em surowców (P 2)
F u n k cje tej tra n sfo rm a c ji - to generow anie żądań dostaw określonych ilości surow ców n a p o d sta w ie p rognozy ich zużycia, u zu p ełn ian ie (n a p o d staw ie zleceń) buforów surow ców za p o m o cą sy ste m u wózków tran sp o rto w y ch , sterow anie i sy m u la c ja sy s te m u wózków tra n sp o rto w y c h o raz sym ulow anie sta n u m agazynu surowców.
S terow anie o p e ra ty w n e (P 3)
F u n k cje realizow ane przez tran sfo rm ację stero w an ia o p eraty w n eg o d o ty c z ą bieżących, szczegółow ych zag ad n ień decyzyjnych zw iązanych z realizacją procesu p rodukcji i są zw ią
zane z re a liz a c ją a lg o ry tm u stero w an ia operatyw nego o raz p rz e tw a rz a n ia i re je stra c ji d a nych p o m iaro w y ch opisujących stan in stalacji.
S y m u lacja linii p ro d u k cy jn ej (P5)
Z a d a n ie m tra n sfo rm a c ji je s t sy m u lacja p racy rzeczyw istych m o d u łó w w chodzących w sk ła d linii p ro d u k cy jn ej. Podstaw ow e funkcje - to stero w an ie p ra c ą linii n a p o d s ta wie n a d c h o d zący ch rozkazów , inform ow anie w arstw w yższych o a k tu a ln y c h p a ra m e tra c h pracy linii, zlecan ie o p erato ro w i linii produkcyjnej w yk o n an ia o p eracji pom o cn iczej, sy m ulow anie p racy linii w sta n ie aw arii, a tak że w ysyłanie inform acji o a k tu a ln y m zużyciu energii e le k try c z n e j każdego z m odułów .
W iz u a liz a c ja (P 7 )
T ra n sfo rm a c ja t a polni funkcje w spom agające p racę o p erato ró w in s ta la c ji, a jej p o d staw ow ym z a d a n ie m je s t graficzna p re z e n ta c ja bieżącego sta n u in sta la c ji, sygnalizow anie stanów aw ary jn y ch lu b p rzek ro czen ia lim itów oraz generow anie ra p o rtó w . D o stę p n e d la o p e ra to ra form y p re z e n ta c ji to hierarch iczn a m a p a sy n o p ty czn a in stalacji o raz fo rm a ta-
124 E. T o c zy ło w sk i i in.
m od el kosztów zużycia onorgll
lotyczilOflQ__
R ys. 5. M odel in stalacji C IM , cz.2 Fig. 5. M odel of CIM sy stem , p a rt 2
ci
p a r a m e t r y in
(C2j
A
> k > k
s y g n a ł z e g a r a e n e g
talacji d o t y m u l.
k
r o z k a z y s te r jjące p ro d u k c ją
e n e r g ia u ir o d n lo r a
f w a r t o ic l p o m ia r ó w s t a n u w a t r o ic i p o m ia r ó w e n e r g ii
P 8 \
zlec, w y d a n ia w y r o b u
operacją.do.wkonania__
p o tw ie rd z e n ie w y k o n a n ia o p e r -
O p e r a t o r L in U P ro d u k c y jn e j
k w a n t e n e rg ii
C h o c h lik [ o d c h o c h lik a
P ro d u k c ji
Z e g a r C z a s u A s t r o n o m ic z n e g o
R ys. 6. M odel in stalacji C IM , cz.3 Fig. 6. M odel of CIM sy stem , p a r t 3
L ab oratoryjn y m o d el in stalacji CIM 125
b elary czn a. O p e ra to r m oże obserw ow ać ogólny sch em at całej in sta la c ji, szczegółow y o b raz jednego, w ybran eg o m o d u łu produkcyjnego, albo obraz opisujący je d e n z jeg o elem entów .
P o m iar z u ż y c ia energii (PS)
Z a d a n ie m te j tra n sfo rm a c ji je s t zb ieran ie dan y ch o zużyciu energii każdego z m o d u łó w , p rz e tw a rz a n ie ty ch danych i w yliczanie s ta ty sty k (d la każdego z m od u łó w p ro d u k c y jn y c h zużycie m in u to w e i w kw adransach - pom iędzy dw om a sy g n ałam i zew n ętrzn eg o zeg ara en erg ety czn eg o ).
A rch itektu ra sprzętow a
S tr u k tu r a fizyczna realizow anej in stalacji CIM je s t p rz e d sta w io n a n a rys. 2. B udow any m odel in s ta la c ji CIM zaw iera h etero g en iczn ą sieć kom puterow ą. Z różnicow anie sieci p ra c u ją c y c h n a różnych poziom ach kom unikacyjnych sy stem u w ynika z odm iennych w arunków
p racy i staw ian y ch w y m ag ań . Sieci m iejscow e p ra c u ją (n a ogól) na p o d sta w ie p ro to k o łu znacznikow ego zgodnego z n o rm ą ISO 8802.4 (w projekcie sieć P R O F IB U S o raz A rc n e t).
W ty m p ro je k c ie łącz ą m o d u ł w arstw y stero w an ia o p eratyw nego i w izualizacji (k o m p u te r P C z sy ste m e m o p eracy jn y m Q N X ) z m o d u łem z a rz ą d z a n ia m ag azy n em surow ców , z m o d u łe m sy m u lacji linii produkcyjnej (oba to k o m p u te ry P C z sy stem em Q N X ) lub z m o d u łe m p o m ia ru zużycia energii elektrycznej (w projekcie in te lig e n tn y stero w n ik o nazw ie S m a r t 1 / 0 p ra c u ją c y pod k o n tro lą sy stem u O S /9 ).
Sieci lokalne p ra c u ją przew ażnie w ykorzystując p ro to k ó ł C S M A /C D zg odny z n o rm ą ISO 8802.3 (w p ro jek cie E th e rn e t), Ł ą c z ą one w w naszym sy ste m ie m o d u ły z a rz ą d z a n ia i p lan o w an ia p ro d u k c ji (k o m p u te r P C p od k o n tro lą sy stem u W indow s) ze w sp o m n ian y m i ju ż m o d u ła m i ste ro w a n ia o peratyw nego, czy też zarz ą d z a n ia m ag azy n em surow ców . Sieci rozległe, sto so w an e w w arstw ie zarząd zan ia, n ie w y k azu ją isto tn ej specyfiki w p o ró w n an iu z sieciam i ro zleg ły m i ogólnego przeznaczenia. S tąd szeroko w y k orzystyw any je s t tu zestaw protokołów T C P /I P .
L IT E R A T U R A
1. T oczyłow ski E ., Cyzio M ., K ru p a R ., M aik K ., Sikorski T ., W alczak A ., : P ro je k t m o d elu in s ta la c ji CIM realizującej funkcje stero w an ia o peracyjnego i h arm o n o g ra-
126 E. T o c z y ło w sk i i in.
m o w a n ia p ro d u k cji w m odelow ym gnieździe pro d u k cy jn y m . R a p o rt IA ilS N r 96-7, I n s ty tu t A u to m a ty k i i In fo rm aty k i Stosow anej, P o litech n ik a W arszaw ska.
2. Sikorski T ., Toczyłow ski E.: S tr u k tu r a S ystem u S tero w an ia i Z a rz ą d z a n ia L a b o ra to ry jn eg o M o d elu In stalac ji CIM . R a p o rt IA ilS N r 95-17, I n s ty tu t A u to m a ty k i i In fo rm aty k i S tosow anej, P olitechnika W arszaw ska.
3. S a c h a K ., Sikorski T ., Toczyłow ski E.: O pracow anie założeń budow y m o d e lu in s ta la cji C IM in teg ru jącej ró żn o ro d n e p latfo rm y sprzętow o-program ow e p rzy w y k o rzy sta
n iu sieci LAN i przem ysłow ych sieci m iejscow ych. R a p o rt IA ilS N r 95-18, I n s ty tu t A u to m a ty k i i In fo rm aty k i Stosow anej, P o lite c h n ik a W arszaw ska.
4. S ach a K .: P ro je k t b ram y Profibus - T C P /I P . R a p o rt IA ilS N r 96-4, I n s ty tu t A u to m a ty k i i In fo rm a ty k i S tosow anej, P o litech n ik a W arszaw ska.
5. W ard P .T ., M eltor S .J.: S tru c tu re d D evelopm ent for R eal-T im e S y stem s, V olum e 1, 2, 3. Y ourdon P ress, A P ren tice-H all Co., 1989.
6. Y ourdon E.: M odern S tru c tu re d A nalysis. Y ourdon P ress, A P ren tice-H all C o., 1989.
R ecenzent: Prof. d r inż. H enryk K ow alow ski
W p ły n ę ło do R edakcji do 30.06.1996 r.
A b stract
T h e p a p e r p re s e n ts an im p le m e n ta tio n of a la b o ra to ry CIM sy stem , w hich is b eein g developed a t th e W arsaw U niversity of Technology. T h e m o d elled p ro d u c tio n sy s te m is a co m p lex m a n u fa c tu rin g cell, w hich consists of a netw ork of p ro d u c tio n m o d u les. M odules m ay o p e ra te in a co n tin u o u s, sem i-continuous or b a tc h m ode a n d a re a rra n g e d , in te rm s of w ork flow, in a co m b in atio n o f series and parallel. T h e m odel an d th e co n tro l s tr u c tu r e does co n sid er all d e ta ile d , realistic featu res a n d lim ita tio n s of th e p ro d u c tio n sy s te m , in c lu d in g sto rag e buffers a n d m a te ria ls h an d lin g lim ita tio n s.
T h e p ro d u c tio n sy stem pro d u ces a se t of item s, w here ite m is d escrib ed b y tw o a t
trib u te s : on e p e rta in in g to i t ’s processing req u irem en ts w ith in a fam ily o f item s, te rm e d as th e p ro d u c t a ttr ib u te . T h e o th e r a ttr ib u te describes how various fam ilie o f ite m s a re re la te d to on e a n o th e r. T h e second a ttr ib u te is refcred as th e size of th e fam ily of ite m s . T h e lot-size sch ed u lin g takes in to acco u n t th e se ttin g o f a facility from o n e fam ily to a n o th e r ( m a jo r changeovers) an d re-settin g w ith in a fam ily ( m in o r changeovers).
T h e fu n ctio n al a n d physical s tru c tu r e of th e CIM sy stem is an aly sed an d th e fu n c tio n a l m o d u les for m o d ellin g , m o n ito rin g , o p e ra tio n a l control, an d p ro d u c tio n p la n n in g are d e sc rib e d . T h e im p le m e n ta tio n of th e functional m odules is d is trib u te d on various co m p u te r s (P C s a n d in d u s tria l co m p u ters w ith V M E bus), o p e ra tio n sy ste m s (O S /9 , Q N X , M S W indow s), an d various com m u n icatio n protocols (A rc n e t, E th e rn e t a n d P ro fib u s).
T h e W a rd & M ellor m ethodology for s tru c tu re d d evelopm ent of re a l-tim e sy s te m s , w hich w as ap p lied in th e p ro je c t, is also described.
