pobierz

Aktualizacja: 07.12.2010
Przedmiot: Prognozowanie i symulacja procesów przemysłowych
laboratorium komputerowe 30h/semestr
Prowadzący: mgr inż. Bartosz Skobiej
Ogólny zakres tematyczny.
Prognozowanie i symulacja procesów przemysłowych z wykorzystaniem wspomagania komputerowego.
Oprogramowanie.
HPSim (sieci Petriego typu P/T), CPN Tools (czasowe kolorowe sieci Petriego, HTCPN).
Forma zaliczenia semestru:
Ocena średnia z dwóch projektów.
–
–
–
–
–
–
–
–
Założenia do projektów:
projekt tworzony w grupach dwuosobowych
zastosowanie programów: HPSim, CPN Tools
projekt 1: zbudowanie układu symulacyjnego 3 maszyn obróbkowych z obsługą różnych marszrut technologicznych
projekt 2: zbudowanie układu symulacyjnego w oparciu o kolorowe, czasowe sieci Petriego lub HTCPN
po zbudowaniu pierwszej wersji projektu 1 wprowadzić optymalizację w oparciu o próby symulacyjne
stworzyć wykres Gantt'a obrazujący pracę układu projektu 1
sformułować wnioski do projektu 1
opracować dokumentację projektu 2 (założenia, cele do osiągnięcia, opis oczekiwanego działania, uwagi i predykcja wniosków).
Literatura.
– Marcin Szpyrka, Sieci Petriego w modelowaniu i analizie systemów współbieżnych, WNT, Warszawa 2008
– Ryszard Zdanowicz, Modelowanie i symulacja procesów wytwarzania, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007
Literatura uzupełniająca
– Anne Vinter Ratzer i inni, CPN Tools for Editing, Simulating, and Analysing Coloured Petri Nets, Springer Berlin 2003
– Kurt Jensen i inni, Coloured Petri Nets and CPN Tools for modelling and validation of concurrent systems, Springer Berlin / Heidelberg, Berlin 2007 – Harro Wimmel, Entscheidbarkeit bei Petri Netzen, Springer­Verlag, Berlin 2008
Strona 1 z 8
Zajęcia laboratoryjne.
Wprowadzenie do teorii sieci Petriego: • rozwój komputerowych systemów wspomagania
• zastosowanie komputerów i sieci Petriego
• podstawowa klasyfikacja sieci
• elementy budowy sieci (miejsca, tranzycje, łuki, tokeny)
• zasady budowy sieci Petriego.
Wprowadzenie do programu HPSim:
• zakres obsługiwanych sieci
• budowa programu (narzędzia, atrybuty elementów, tryb edycji i symulacji)
Zadanie 1 – Wspólne tworzenie prostej sieci P/T z omówieniem atrybutów miejsc, tranzycji i łuków.
Zadanie 2 – Algorytm rozwiązywania równania stopnia 2. Omówienie zagadnienia i wyjaśnienie wątpliwości.
Pomoc i omówienie rozwiązania lub kilku możliwych rozwiązań. Testowanie układów. Zadanie 3 – Skrzyżowanie 01.
Analiza systemu sygnalizacji świetlnej przedstawionej na rysunku. Wyświetlany jest tylko sygnał zielony a skrzyżowanie ma spełniać wymagania bezkolizyjności. Ustalenie dopuszczalnych stanów systemu i stworzenie sieci Petriego modelującej działanie sygnalizacji. Ustalenie czasu cyklu zmiany świateł na 15ms.
Objaśnienie założeń, punkty krytyczne. Wspólne omówienie założeń i określenie dopuszczalnych stanów systemu.
Strona 2 z 8
2a
2b
1
3
Dopuszczalne stany systemu.
Stan
1
2a
2b
3
1
zielony
zielony
czerwony
czerwony
2
czerwony
zielony
zielony
czerwony
3
czerwony
czerwony
czerwony
zielony
Jeden z kilku stanów niebranych pod uwagę (możliwa kolizja)
4
czerwony
zielony
czerwony
zielony
Rozwiązanie
Budowa sieci TYLKO z zielonymi sygnalizatorami. Tranzycje typu Deterministic – podać czasu przejść tak aby cykl=15ms (czyli po 5 ms na tranzycję). Działanie w skali czasowej. Testowanie poprawności działania układu.
Zadanie 4 – Skrzyżowanie 02.
Praca samodzielna. Symulacja skrzyżowania przedstawionego na schemacie, obejmującego tylko zieloną sygnalizację. Sygnalizacja zielona działa naprzemiennie: 1­3; 2­4, czyli umożliwia ruch po liniach prostych w obu kierunkach jednocześnie. Całkowity cykl świateł 6ms (po 3ms na kierunek).
Strona 3 z 8
2
3
1
4
Zadanie 5 – Symulacja dystrybutora napojów.
W maszynie znajdują się: kawa za 2 PLN i herbata za 1 PLN. Dystrybutor przyjmuje monety 1,2,5. Istnieje możliwość wrzucania tylko 1 monety. Po wrzuceniu monety klient może wybrać napój lub zrezygnować. Stworzyć pojedynczy cykl pracy dystrybutora przy założeniu, że automat nie wydaje reszty.
Zadanie 6 – Model przejazdu kolejowego
Schemat przejazdu kolejowego. Wspólna praca nad układem. Omówienie elementów: szlaban, pociąg, auto – i ich wpływu na działanie systemu. Wprowadzenie losowości w przejazdach pociągów.
Przykładowe założenia:
10 pociągów uaktywnia się kolejno w czasie losowym: 20­40ms (Uniform distribution)
Przejazd po torowisku auta: 1ms
Przejazd pociągu: 5ms
Szlaban: jeżeli jest token to szlaban jest w górze.
Zadanie 7 – Model układu obróbkowego.
Model układ składa się z magazynu o pojemności 20 przedmiotów, jednego robota, jednej maszyny obróbkowej i magazynu wyrobów gotowych. Robot pobiera przedmioty z magazynu i transportuje do maszyny obróbkowej. Po obróbce przedmioty są transportowane przez robota do magazynu wyrobów gotowych. Czas obróbki przedmiotów w maszynie ustalono na 7ms. Czasy transportowe wynoszą 1ms. Wstępne założenia i uwagi dotyczące symulowanego układu. Ustalenie kolejności wykonywania czynności i separacja podukładów: stany robota – stany przepływu materiałów.
Strona 4 z 8
Różne modele symulacyjne maszyn obróbkowych.
Rozbudowa układu:
• dwa magazyny po 20 przedmiotów
• robot pobiera przedmioty naprzemiennie i dostarcza do maszyny a następnie do magazynu wyrobów gotowych.
Zadanie 8 – Ruch wahadłowy/sygnalizacja przemienna.
Założenia: • auta jeżdżą w dowolnym kierunku średnio co 10ms
• przejazd jednokierunkowy auta trwa 7ms
Zadanie: dobrać optymalny czas zmiany świateł z uwagi na ilość aut oczekujących na przejazd.
Ważne zagadnienia:
• losowy kierunek jazdy aut co 10ms
• czy sieć osiąga swój stan końcowy?
• symulacja przejazdu tylko jednego auta na raz (sugerowane rozbudowanie o powiązanie między ilością aut a czasem przejazdu)
• omówienie błędów w działaniu układu, np. podczas „przejazdu” auta w czasie 7ms i pojawieniu się tokena zmiany świateł... oraz innych.
Strona 5 z 8
Projekt 1.
Rozpatrujemy układ 3 maszyn, dwóch/trzech magazynów (palet) i robota przemysłowego. Schemat przepływu elementów w układzie jest określony marszrutami technologicznymi (MT) definiującymi ruch pomiędzy maszynami M1, M2, M3 i paletami.
Patrz: założenia na stronie 1 oraz przykładowy projekt.
M1
M2
P1
P2
M3
P3
Wymagania minimalne do sprawozdania:
• strona tytułowa
• opis zadania
• stworzony model układu (praca niewspółbieżna)
• wykres Gantt'a
• wnioski.
Przykładowe marszruty technologiczne na oceny wyższe:
A) MT1: P1­M1­M2­P2
MT2: P3­M2­M3­P3
B)
MT1: P1­M2­M1­P1
MT2: P3­M3­M2­P2
C)
MT1: P2­M2­M1­P1
MT2: P3­M3­P1
D)
MT1: P1­M1­M2­P2
MT2: P3­M3­P2
E)
MT1: P1­M1­P2
MT2: P3­M1­M3­P3
F)
MT1: P1­M1­M2­P1
MT2: P2­M3­P3
G)
MT1: P1­M1­M3­P3
MT2: P2­M2­P2
Strona 6 z 8
Zadanie 9 – Termostat.
•
•
•
•
•
•
•
pojęcie termostatu i jego zastosowania
pojęcie temperatury
elementy konstrukcji termostatu (np. bimetal)
system termostatu z dwoma czujnikami
warunki logiczne działania termostatu z dwoma czujnikami
stany krytyczne układu
zakres symulacji i sposoby jej implementacja w sieci Petriego.
Zadanie 10 – Skrzyżowanie 03
S
A
R
P
B
O
C
N
M
D
E
L
F
K
G
J
H
I
Zadania:
1. Zapoznać się z rysunkiem.
2. Przyjąć uwarunkowania: • sygnalizacja tylko koloru zielonego
Strona 7 z 8
skrzyżowanie bezkolizyjne
czas przejazdu auta przez skrzyżowanie: 3ms (czas podany w skali)
stosunek czasu możliwości ruchu w kierunkach ­ 3:2:1 (W­E: N­S: W­N/E­S)
„powtarzacze” A,B,C oraz J,K,L zapalają się 2ms PRZED światłami E,F,G oraz N,O,P
3. Dokonać porównania z zadaniami omawianymi na zajęciach.
4. Zredukować ilość świateł dla celów symulacyjnych.
5. Opracować tabelę stanów dopuszczalnych modelu.
6. Zbudować model w programie HPSim.
•
•
•
•
Zadanie 11 – Sygnalizator świetlny
Stworzyć model zmiany kolorów świateł: zielony, żółty, czerwony – zgodnie z rzeczywistością, tzn. Zielony (5ms) ­> Pomarańczowy (1ms) ­> Czerwony (4ms) ­> Czerwony+Pomarańczowy (1ms) ­> Zielony...
Zadanie 12 – Wodny park rozrywki/zjeżdżalnia
Stworzyć model symulacyjny dwustopniowej zjeżdżalni w parku wodnym, określić jej wąskie gardła. Sprawdzić czy przy poniższych założeniach kolejka do zjeżdżalni będzie się wydłużać czy będzie się skracać? Dane:
•
•
•
•
•
•
•
•
Stopień 1 (górny): zjazd 3ms.
Pomiędzy stopniami mamy miejsce na 4 osoby.
Stopień 2 (dolny): zjazd 5ms.
Zjeżdżać może tylko jedna osoba na raz.
Liczba osób w kolejce do zjeżdżalni nie może przekroczyć 30.
Po zjechaniu, 50% osób idzie bawić się innymi atrakcjami, a 50% wraca na szczyt zjeżdżalni.
Nowi klienci pojawiają się losowo w czasie 10ms­20ms i ustawiają się w kolejce na szczycie zjeżdżalni.
Powrót klienta, który zjechał, na szczyt zjeżdżalni trwa 5ms. Zadanie 13 – Układ samoregulujący.
Na podstawie Zadania 9 stworzyć układ samoregulujący w zakresie 8­12 w miejscach czujników.
Tzn.: przy stanie 8 w czujniku ­> powrót do stanu 10; przy stanie 12 w czujniku ­> powrót do stanu 10; z zachowaniem ilości tokenów w systemie.
Strona 8 z 8