ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6404| Title: | Автоматизована система підтримки процесів виробничого планування |
| Authors: | Міценко, Сергій Анатолійович Марченко, Сергій Олегович |
| Issue Date: | Jun-2023 |
| Abstract: | Аналізуючи проблеми прийняття рішень при проєктуванні комп’ютерноінтегрованих виробничих процесів були виділені такі основні задачі: вибір оптимального методу багатокритеріальної оптимізації комп’ютерноінтегрованого виробничого процесу, визначення основних критеріїв для проєктування комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів. При проектуванні засобів автоматизації, їх було вирішено поділити на дві, взаємодіючі одна з одною підсистеми: керуючу та виконавчу, яка і розглядалась в кваліфікаційній роботі. Виконавча система є сукупністю апаратних пристроїв (мікроконтролерів), кожен з яких працює на ядрі Cortex ARM M0, який забезпечує необхідний функціонал для виконання вимог до засобів автоматизації. Обґрунтовано вибір протоколів шин даних, які забезпечують комунікацію між виконавчою та керуючою системами, між мікроконтролером та працівником, а також між мікроконтролером та енергонезалежною пам’яттю, яка необхідна для динамічного налаштування пристрою. Результати тестових випробувань засобів автоматизації, зокрема виконавчої системи, доводять їх функціональність, відповідно до поставлених вимог, ефективність та оптимальність витрат на реалізацію. Результати роботи можуть використовуватися в подальших дослідженнях методів вирішення багатокритеріальних задач та способів нормалізації критеріїв для спрощення процедури порівняння альтернатив та підвищенні ефективності рішень з оптимізації систем. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6404 |
| Appears in Collections: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_151_2023_Марченко.pdf Restricted Access | 1.55 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи освітнього ступеня «бакалавр» на тему: АВТОМАТИЗОВАНА СИСТЕМА ПІДТРИМКИ ПРОЦЕСІВ ВИРОБНИЧОГО ПЛАНУВАННЯ Виконав: здобувач вищої освіти 4 курсу, групи АКІТ-1909 спеціальності 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Сергій МАРЧЕНКО (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Керівник Сергій МІЦЕНКО (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Рецензент (ім'я та ПРІЗВИЩЕ) Черкаси 2023 року ЗМІСТ СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ .............................................. 3 ВСТУП .............................................................................................................................. 4 1 АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ПРОБЛЕМИ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ПРИ ПРОЄКТУВАННІ КОМП’ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНИХ ВИРОБНИЧИХ ПРОЦЕСІВ ........................................................................................... 6 1.1 Комп’ютерно-інтегровані виробничі процеси як об’єкти проєктування ......... 6 1.2 Автоматизація процесів проєктування комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів ........................................................................................... 13 1.3 Підтримка прийняття рішень при проєктуванні комп’ютерноінтегрованих виробничих процесів ........................................................................................... 22 2 ВИБIP ЗАCОБIВ PEАЛIЗАЦIЇ CИCТEМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ ВИPОБНИЧИX ПPОЦECIВ ..................................................................................................................... 28 2.1 Мiкpоконтpолepи ................................................................................................. 29 2.2 Протоколи зв'язку ................................................................................................ 32 2.3 Програмні засоби розробки ................................................................................ 39 3 PEАЛIЗАЦIЯ ВИКОНАВЧОЇ СИСТЕМИ ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ ВИPОБНИЧИX ПPОЦECIВ ......................................................................................... 43 3.1 Основні компоненти cиcтeми автоматизацiї виpобничиx пpоцeciв ............... 43 3.2 Опepацiйна cиcтeма ............................................................................................. 48 3.3 Cиcтeма паpамeтpiв апаpатного пpиcтpою виконавчої системи ..................... 52 ВИСНОВКИ ................................................................................................................... 56 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ...................................................................... 58 ЧДТУ.232002.001 ПЗ Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Розроб. Марченко Автоматизована система Літ. Лист. Листів Перевір. Міценко підтримки процесів виробничого 2 60 Реценз. планування. Пояснювальна Н. Контр. записка ЧДТУ, АКІТ-1909 Затверд. Лукашенко СПИСОК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ТА СКОРОЧЕНЬ CAE – Computer Aided Engineering. CAPP – Computer Aided Process Planning. CAQ – Computer Aided Quality Control. CIM – Computer Integrated Manufacturing. PPS – Productions Planning System. UML – Unified Modeling Language. САD – Computer Aided Design. ТП – технологічний процес. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 3 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата ВСТУП В умовах ринкової економіки на виробничих підприємствах України значно розширилося коло завдань, які необхідно вирішувати для того, щоб залишатися на піку конкурентоспроможності не тільки серед вітчизняних виробників, а й на світовому рівні. Саме тому розвиток комп’ютерноінтегрованих виробничих процесів базується на впровадженні новітніх засобів автоматизації у виробничі процеси, що обумовлює скорочення витрат і підвищення якості кінцевої продукції. Однією з основних концептуальних напрямків подальшого розвитку автоматизації та підвищення гнучкості є інтеграція управління підприємством, технологічними процесами, виробництвом в цілому в єдину систему на основі комп’ютерно-інтегрованих технологій та систем керування виробництвом на різних рівнях його організації. Інтерес до системи підтримки прийняття рішень (СППР) як до перспективного напряму використання обчислювальної̈ техніки і як до інструментарію підвищення ефективності праці у сфері управління виробництвами постійно зростає. За допомогою систем підтримки прийняття рішень, в яких сконцентровані потужні методи математичного моделювання, теорії̈ управління, інформаційних технологій, може здійснюватися вибір рішень деяких неструктурованих і слабоструктурованих задач, у тому числі й багатокритеріальних. Оскільки комп’ютерно-інтегровані виробничі процеси функціонують в умовах постійних змін, то на певному етапі роботи вже розроблені варіанти виробничих процесів перестають задовольняти базові вимоги. Тому, виникає необхідність постійної модернізації, удосконалення та адаптації виробничих процесів та систем керування ними – реінжинірингу, даний підхід передбачає перепроєктування, яке може кардинально змінити вже існуючі виробничі процеси. Для цього необхідним є розв’язання комплексу задач структурної, параметричної, топологічної, технологічної оптимізації, багатофакторної оцінки та вибору системних рішень, що обумовлює актуальність задач розробки систем підтримки Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 4 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата прийняття рішень при проєктуванні комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів Мета кваліфікаційної роботи – підвищення ефективності варіантів побудови комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів за рахунок розробки компонентів системи підтримки прийняття багатокритеріальних рішень. Об’єкт дослідження – комп’ютерно-інтегровані виробничі процеси. Предмет дослідження – автоматизовані системи підтримки процесів виробничого планування. Для досягнення мети необхідно: − провести аналіз та огляд виробничих процесів як об’єктів проєктування; − проаналізувати існуючі методи проєктування виробничих процесів; − розглянути методи багатокритеріальної оптимізації, проаналізувати їх переваги та недоліки; − обґрунтувати вибір методів багатокритеріальної оптимізації при проєктуванні комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів; − розробити автоматизовану систему для планування виробничих процесів. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 5 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 1 АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ПРОБЛЕМИ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ПРИ ПРОЄКТУВАННІ КОМП’ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНИХ ВИРОБНИЧИХ ПРОЦЕСІВ 1.1 Комп’ютерно-інтегровані виробничі процеси як об’єкти проєктування Виробничий процес – це систематична і цілеспрямована зміна в часі і просторі, кількісних і якісних характеристик засобів виробництва і робочої сили для одержання з вихідних матеріалів готової продукції відповідно до заданої програми рис. 1.1 [6]. Рисунок 1.1 – Взаємозв’язок елементів виробничого процесу Виробничий процес об’єднує множину часткових процесів, що спрямовані на виготовлення готового продукту, які можна класифікувати за певними ознаками. Залежно від ролі в загальному процесі виготовлення готової продукції розрізняють основні, допоміжні та обслуговуючі виробничі процеси. Залежно від стадії (фази) виготовлення готового виробу основні виробничі процеси поділяють на: − заготівельні, які здійснюються на стадії створення поковок, відливки, заготовок; Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 6 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата − обробні, що відбуваються на стадії перетворення заготовки або матеріалу в готові деталі шляхом механічної, термічної обробки, а також обробки з застосуванням електричних, фізико-хімічних та інших методів; − – складальні, які характеризують стадію отримання складальних одиниць або готових виробів та процесів регулювання, доведення, обкатки. Рисунок 1.2 – Структура виробничого процесу В умовах автоматизованого виробництва під операцією слід розуміти закінчену частину ТП, виконувану безперервно на автоматичній лінії, яка складається з декількох одиниць технологічного обладнання, пов’язаних автоматично діючими транспортно-завантажувальними пристроями. Під організацією виробничих процесів розуміють різні методи сполучення всіх елементів системи в просторі і часі з метою досягнення ефективного їх використання. Принцип спеціалізації – форма розподілу праці, яка характеризується виготовленням продукції обмеженої номенклатури, мінімізацією різновидів робіт, процесів, операцій, режимів обробки ні інших елементів виробничого процесу. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 7 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Спеціалізація підвищує ступінь однорідності виробництва на робочих місцях, дільницях, цехах; збільшує випуск однорідної продукції; спрощує організацію виробництва і створює умови для механізації і автоматизації всіх процесів; сприяє ефективному використанню устаткування і виробничих площ, поліпшенню економічних показників за рахунок можливості використання спеціального, продуктивнішого устаткування, а також зниження собівартості і підвищення якості продукції [8]. Внутрішньо заводську спеціалізацію підвищують шляхом проведення конструктивної, технологічної і організаційної уніфікації. Уніфікація – приведення продукції, способів і методів її виробництва або їх елементів до єдиної форми, розмірів, структури, складу. Раціональна організація виробничого процесу має відповідати низці вимог і будуватися на таких принципах, як: спеціалізація, диференціація, концентрація, інтеграція, паралельність, пропорційність, безперервність, ритмічність, прямоточність, автоматичність, гнучкість, гомеостатичність (рис. 1.3). Принцип диференціації передбачає поділ виробничого процесу і їй окремі технологічні процеси, операції, переходи, прийоми. Під час диференціації ручних операцій треба враховувати фізіологічні, психологічні та економічні межі поділу праці. Надмірна диференціація підвищує стомлюваність робітників унаслідок монотонності праці, велика кількість операцій призводить до зайвих витрат на установлення, закріплення деталей тощо. Принцип інтеграції випливає з принципу диференціації операцій і виробничих процесів. Він реалізується, наприклад, у гнучких виробничих системах повного технологічного циклу, на яких деталі або вироби обробляються без участі людини з 100 % готовністю для складання [9]. Принцип паралельності передбачає одночасне виконання окремих частин виробничого процесу (операцій) з виготовлення виробу. Він забезпечує одночасність виконання робіт, застосування багатопредметної обробки, суміщення за часом виконання технологічних і допоміжних операцій (машинна обробка, завантаження та розвантаження агрегата). Рівень паралельності Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 8 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата виробничого процесу визначається відношенням тривалості виробничого циклу за паралельного руху предметів праці до фактичної його тривалості [10]. Рисунок 1.3 – Взаємозв’язок принципів раціональної організації ВП Принцип пропорційності зводиться до забезпечення рівної пропускної спроможності (відносної продуктивності за одиницю часу) виготовлення продукції у всіх частинах виробничого процесу (виробничих підрозділів – основних, допоміжних і обслуговуючих цехів, а всередині них – дільниць і ліній, груп устаткування і робочих місць). Досягнення пропорційності ґрунтується на нормах, що визначають кількісний взаємозв'язок між елементами виробництва, коли продуктивність устаткування на всіх операціях технологічного процесу пропорційна трудомісткості обробки виробів на всіх операціях. Вона забезпечує безперебійне виробництво, найповніше використання виробничої потужності, запобігає виникненню «вузьких» місць. Пропорційність виробництва підтримується шляхом упровадження організаційно-технологічних заходів, передових методів праці, удосконалювання оперативно-виробничого планування [11]. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 9 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Ступінь пропорційності виробництва характеризується величиною відхилення пропускної спроможності (потужності) кожної стадії процесу виробництва (переділу) від запланованого ритму випуску продукції. Принцип безперервності передбачає скорочення або зведення до мінімуму перерв у процесі виготовлення продукції, особливо в умовах багато ланцюгового виробництва. Безперервність є однією з найважливіших умов скорочення термінів виготовлення продукції і підвищення рівня використання виробничих ресурсів, забезпечення рівномірної роботи підприємства і випуску продукції в заданому ритмі. Ступінь безперервності визначається відношенням тривалості технологічної частини виробничого циклу до його повної тривалості. Принцип ритмічності полягає в забезпеченні випуску за рівні проміжки часу тієї самої або рівномірно зростаючої кількості продукції на всіх стадіях і операціях виробничого процесу. Ритмічність виробничого процесу є одною з основних передумов раціонального використання всіх його елементів і забезпечується високою технологічною дисципліною, раціональною організацією забезпечення робочих місць, надійною роботою устаткування, застосуванням прогресивній систем оперативно-виробничого планування та управління. Вона сприяє чіткому виконанню договорів з постачання продукції споживачам, поліпшенню фінансового стану підприємства [12]. Принцип прямоточності полягає в забезпеченні найкоротшого шляху проходження предметами праці всіх стадій і операцій виробничого процесу. Він характеризується співвідношенням тривалості транспортних операцій і загальної тривалості виробничого циклу. Можна визначити рівень прямоточності шляхом обчислення співвідношення оптимальної довжини маршруту проходження предмета праці і фактичної довжини маршруту. Принцип автоматичності передбачає максимально можливе її економічно доцільне вивільнення людини від безпосередньої участі у виробничому процесі. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 10 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Автоматизація виробничих процесів забезпечує збільшення обсягів виробництва, скорочення витрат живої праці, заміну ручної праці Інтелектуальною працею операторів, наладчиків, вивільнення ручної праці на шкідливих роботах, підвищення якості робіт. Ступінь автоматизації визначається відношенням трудомісткості робіт, виконуваних автоматизовано, до загальної трудомісткості робіт. Даний коефіцієнт може розраховуватися як для всього підприємства, так і стосовно кожного його підрозділу [10]. Принцип гнучкості вможливлює пристосування виробничого процесу до змін економічних, організаційних умов, а також конструктивно-технологічних вимог до продукції, що виготовляється. Він забезпечує скорочення часу і витрат на переналагодження устаткування під час випуску деталей і виробів широкої номенклатури. Основний показник – ступінь гнучкості – визначається кількістю часу, що витрачається, і необхідних додаткових витрат при переході на випуск нової продукції. Принцип гомеостатичності передбачає створення технічних та організаційних механізмів саморегулювання і стабілізації у виробничій системі, щоб вона була здатною стабільно виконувати свої функції в межах допустимих відхилень і протистояти дисфункціональним впливам. До стабілізаційних організаційних систем належать системи оперативного планування і регулювання виробництва, експлуатаційного обслуговування устаткування, резервних запасів та ін. Розглянуті принципи раціональної організації виробничого процесу тісно пов'язані між собою, доповнюють один одного і різною мірою реалізуються на практиці. Правильне використання зазначених принципів з урахуванням методів організації виробництва забезпечує скорочення тривалості виробничого процесу і підвищення його ефективності [12]. Для перспективного розвитку сучасного виробництва на виробничих підрозділах необхідно постійне оновлення технологічного устаткування, систем автоматизації і засобів вимірювання. Необхідне постійне та своєчасне Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 11 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата підвищення кваліфікації персоналу та якості його роботи, що дозволяє освоювати нові види продукції, підвищення її якості та скорочування витрат палива, енергії, матеріалів на її виробництво [1]. Автоматизація виробничих процесів – комплекс заходів з розробки нових прогресивних виробничих процесів і проєктування на їх основі високопродуктивного технологічного обладнання, що здійснює робочі і допоміжні процеси без безпосередньої участі людини [1]. На рис. 1.4 приведена функціональна схема автоматизованого ВП, на якій показані місце і взаємозв'язок ТП, їхніх режимів тощо. Рисунок 1.4 – Функціональна схема автоматизованого виробничого процесу Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 12 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Автоматизація виробничих процесів, як правило, пов’язана з великими капітальними вкладеннями, має мету – підвищення продуктивності праці, якості продукції, що випускається за рахунок виключення суб’єктивного фактора, скорочення кількості обслуговуючих робітників у порівнянні з неавтоматизованим виробництвом. При розробці систем за основу беруть виробничий процес, який являє собою сукупність технологічних процесів, спрямованих на створення кінцевого продукту. Виробничий процес розділяють на технологічні процеси, що, у свою чергу, поділяються на робочі операції. 1.2 Автоматизація процесів проєктування комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів Одна з основних функцій інженера – проєктування виробів або технологічних процесів їх виготовлення. Типи і методи організації виробництва Організація виробництва [1] – це набір заходів, що спрямовані на поєднання знаряддя та предметами праці. Цей набір заходів спрямований на поєднання виробничих процесів на підприємстві між собою. До форм організації виробництва також належать спеціалізація, кооперація комбінування та концентрація. Концентрація – це процес зосередження вироблення продукції на обмеженій кількості підприємств. Концентрація залежить від обсягу випуску продукції та величини потужності машин, кількості однотипного устаткування, числа та розмірів технологічно подібних виробництв. Для вимірювання концентрації використовуються значення обсягу продукції, чисельності працівників, вартості основних фондів [1]. Комбінування [1] – це об’єднання на підприємстві різногалузевих виробництв, що тісно пов'язаних між собою. Існують показниками, що описують рівень комбінування: кількість і вартість продукції, що можна отримати з вихідної сировини, які переробляється на комбінаті; кількість сировини та напівфабрикатів, які переробляються в подальшу Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 13 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата продукцію на місці їх отримання; кількість побічної продукції в загальному обсязі продукції комбінату тощо [1]. Кооперація [1] представляє собою виробничі зв'язки підприємств, цехів, що беруть участь у виробництві. В основі лежать технологічна та подетальна форми спеціалізації. До основних показників, що визначають рівень кооперації, належать: частка деталей і напівфабрикатів; кількість підприємств, що об’єднуються з даним підприємством; кількість деталей і напівфабрикатів, які поставляються на сторону тощо. Спеціалізація [1] – зосередження на підприємстві та випуску однорідної продукції або виконання окремих кроків технологічного процесу. Необхідними умовами є стандартизація, уніфікація і типізація процесів. Стандартизація встановлює норми якості, форми деталей та готової продукції. Вона створює необхідні умови для обмеження номенклатури продукції та збільшення масштабів виробництва. Уніфікацією є зменшення існуючого різноманіття конструкцій, форм, розмірів деталей та вибір з них найбільш доцільних. Типізація цих процесів представляє собою обмеження різноманітності виробничих операцій, розроблення процесів для груп технологічно схожих деталей [1]. В умовах конкуренції у деяких випадках більш привабливою для підприємства є диверсифікація виробництва, що допускає широку різноманітність сфер діяльності завдяки розширенню номенклатури продукції. Спеціалізація на випуск обмеженої кількості продукції, що орієнтована на задоволення потреб ринку [1]. Організація виробництва [1] на підприємстві – форма одиничного розподілу праці. Методи організації виробництва [2] – сукупність правил ефективного поєднання основних елементів процесу виробництва в просторі і в часі. Метод організації індивідуального виробництва [2]. Використовується при одиничному випуску продукції малими серіями. Для індивідуального виробництва характерно планування ділянок по видах робіт. Послідовність розташування машин Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 14 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата у цеху визначається маршрутом обробки деталей. Планування повинно надавати можливість переміщення деталей на малі відстані і тільки в напрямку, який веде до завершення виготовлення виробу [2]. Метод потокового виробництва – прогресивний метод організації виробництва, використовується в серійному і масовому виробництві, де забезпечується узгоджене виконання операцій технологічного процесу в часі та переміщення предметів праці по робочих місцях відповідно до встановленого ритмом випуску виробів. Передача предметів праці з операції на операцію здійснюється поштучно або дрібними партіями відразу ж після закінчення обробки; передбачає детальну проробку організації технічного обслуговування робочих місць [2]. Під проєктуванням розуміють комплекс робіт щодо дослідження, розрахунків та конструювання на основі перетворення початкового опису об’єкта для отримання технічної документації, що повністю й однозначно описує всі відомості, необхідні й достатні для виготовлення виробів або реалізації нового процесу. Система автоматизованого проєктування (САПР) – це організаційнотехнічний комплекс засобів автоматизованого проєктування, взаємопов’язаних з необхідними підрозділами проєктної організації чи колективом спеціалістів, який виконує автоматизоване проєктування для простої та швидкої розробки проєктів, моделей та креслень. Основним призначенням САПР – є прийняття ефективних рішень при розробці об’єкта проєктування. Рівень ефективності виконання проєктних процедур оцінюється через техніко-економічні показники, аналіз яких виявляє фактори впливу на технологічний процес проєктування [14]. Відображаючи практику послідовної реалізації процесів конструювання та розробки технології, САПР прийнято ділити на два основні види [15]: САПР конструювання виробів (САD – Computer Aided Design); САПР технології їхнього виготовлення (CAPP – Computer Aided Process Planning). САD – технологія проєктування, котра виконує 2D- та 3D-моделювання, інженерний аналіз, оцінку Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 15 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата проєктних рішень, отримання креслень. Інколи, як самостійну автоматизовану систему виділяють науководослідницький етап САПР, яку називають автоматизованою системою інжинірингу – CAE (Computer Aided Engineering), котра входить до комплексу засобів САПР, як засіб автоматизації інженерних розрахунків, аналізу та симуляції фізичних процесів, динамічного моделювання, перевірки та оптимізації виробів. САРР – автоматизована система, яка допомагає автоматизувати процес підготовки виробництва, а саме проєктування технологічних процесів та технологічного оснащення. Іншими словами, CAPP представляє собою процес перетворення конструкторської інформації на технологічні рішення (розробка технологічної документації (маршрутної, операційної), яка регламентує майбутній процес виготовлення деталі). Рисунок 1.5 – Основні системи CIM Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 16 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Крім цього, розрізняють: систему виробничого планування і управління PPS (Produktions Plannig System), та систему управління якістю CAQ (Computer Aided Qulity Control). Технології CAD / CAM застосовуються в багатьох галузях промисловості, включаючи: обробку металів, електроніку, проєктування та виготовлення виробів. Вони є практично єдиним засобом для виготовлення деталей складної конфігурації і скорочення циклу їх виробництва. У CAM-системах використовується тривимірна модель деталі, яка створена в CAD-системі [16]. Основні системи комп'ютерно-інтегрованого виробництва (CIM – Computer Integrated Manufacturing) показано на рис. 1.5. Етапи створення виробів можуть перекриватися у часі, тобто – частково чи повністю виконуватись паралельно. На схемі (рис. 1.5) показані основні зв'язки етапів життєвого циклу виробів та автоматизованих систем [17, 18]. Рисунок 1.6 – Інформаційна структура CIM Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 17 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата У даний час, для досягнення високої конкурентоспроможності підприємств, відбувається перехід від окремих замкнутих САПР до впровадження моделі CIM. Інформаційна структура CIM показана на рис. 1.6. CIM включає в себе всі інженерні функції САПР та бізнес-функції фірми, тобто усі види діяльності, які стосуються виготовлення. Ці бізнес-функції включають в себе замовлення, облік витрат, облік часу та оплати праці працівників та виставлення рахунків клієнтам. В ідеальній системі CIM – комп'ютерні технології використовуються для всіх операцій та обробки інформації компанії (від замовлень клієнтів через проєктування та виготовлення (CAD/CAM) до відвантаження товарів та обслуговування клієнтів). CIM являє собою найвищий рівень автоматизації у виробництві. У структурі CIM виділяються три основні ієрархічні рівні (рис. 1.7) Рисунок 1.7 – Основні ієрархічні рівні CIM Отже, побудова CIM включає вирішення наступних проблем [19]: − інформаційного забезпечення (відхід від принципу централізації та перехід до координованої децентралізації на кожному з розглянутих рівнів, як шляхом збирання та накопичення інформації всередині окремих підсистем, так і в центральній БД); Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 18 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата − обробки інформації (адаптація програмного забезпечення різних підсистем); − фізичного зв'язку підсистем (створення інтерфейсів, тобто стикування апаратних засобів ЕОМ, включаючи використання обчислювальних систем). Впровадження CIM значно скорочує загальний час проходження замовлень за рахунок [7]: − зменшення часу передачі замовлень з однієї ділянки на іншу; − зменшення часу простою при очікуванні замовлень; − переходу від послідовної до паралельної обробки; − усунення або суттєвого обмеження повторюваних ручних операцій підготовки та передачі даних. Cиcтeмою автоматизацiї cкладcького виpобничого пpоцecy називаєтьcя cyкyпнicть апаpатно-пpогpамниx piшeнь, що автоматизyють yпpавлiння cкладcькими пpоцecами [2]. Найвідомішими з них є: 1. WMS (Warehouse Management system). Cиcтeма yпpавлiння cкладами WMS викоpиcтовyєтьcя пepeважно для yпpавлiння cкладом [3]. Cиcтeма вiдcтeжyє pyx кожного eлeмeнта товаpy, а потiм отpимyє, збиpає, yпаковyє та вiдпpавляє товаp. Кpiм того, WMS, як пpавило, є автономними cиcтeмами. Викоpиcтання WMS можe допомогти оpганiзацiї cкоpотити витpати на оплатy пpацi, покpащити точнicть iнвeнтаpю, пiдвищити гнyчкicть та опepативнicть, змeншити клькість помилок при вибоpi та доcтавцi товаpiв. WMS пpопонyють оптимiзацiю процесy iнвeнтаpизацiї на оcновi iнфоpмацiї в peальномy чаci, що дозволяє компанiї оперативно кepyвати такими процесами, як замовлeння, вiдвантажeння, надxоджeння та бyдь-який pyx товаpiв. 2. ERP (Enterprise Resource Planning). Пpогpамнe забeзпeчeння ERP автоматизyє бiзнec-пpоцecи в ycix вiддiлаx компанiї, включаючи облiк, вeдeння та обpобкy замовлeнь, закyпiвлю, yпpавлiння Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 19 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата запаcами, yпpавлiння cкладами, iнтeгpацiю eлeктpонної комepцiї та yпpавлiння вiдноcинами з клiєнтами [4]. Цi cиcтeми полeгшyють yпpавлiння при щодeннiй оpганiзацiї планyвання pобочого пpоцecy i контpоля викоpиcтання наявниx pecypciв. Пpотe, нeзважаючи на вyзькопpофiльнicть, WMS є бiльш eфeктивнiшою для кepyвання cкладcьким виpобничим пpоцecом. Ця cиcтeма можe виконyвати однy з найважливiшиx фyнкцiй – комплeктацiю замовлeння, яка можe виконyватиcь piзними пpогpамно-апаpатними пiдxодами, дe покpоково опиcаний кожний eтап виконання pобочого пpоцecy пpацiвникам. Є дeкiлька видiв коплeктацiї замовлeння, в залeжності вiд якиx i обиpаютьcя пiдxоди до їх реалізації [5]: 1. Зонова комплeктацiя. Ця комплeктацiя пepeдбачає закpiплeння окpeмої зони комплeктацiї за окpeмим пpацiвником. Таким чином, кожeн пpацiвник збиpає вci позицiї замовлeння з зони збepiгання, за якою вiн закpiплeний. 2. Комплeктацiя по паpтiям. Пpацiвник одночаcно пpацює над кiлькома замовлeннями. Cпочаткy вiн збиpає товаpи одного типy. Далi вони вiдпpавляютьcя на мicцe комплeктацiї, дe їx pозподiляють за конкpeтними замовлeннями. 3. Xвильова комплeктацiя. Cyть комплектації полягає в томy, що замовлeння нe збиpаютьcя окpeмо, а об'єднyютьcя в так званy "xвилю" комплeктацiї. Алe для цього потpiбно попepeдньо pозмicтити товаpи в piзнi зони cкладy. Замовлeння pоздiляютьcя на чаcтини, якi вiдповiдають зонам комплeктацiї cкладy. Далi із сформованих чаcтин замовлeння збиpаєтьcя в цiломy. Цe дозволяє icтотно оптимiзyвати вecь пpоцec, аджe комплeктацiя замовлeнь прискорюється за pаxyнок змeншeння кiлькоcтi пepeмiщeнь мiж мicцями вiдбоpy. Cиcтeми автоматизацiї cкладcькиx пpоцeciв, пepш за вce є iнcтpyмeнтом, пpидбаним та викоpиcтовyваним пiдпpиємcтвами для Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 20 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата задоволeння вимог замовника тодi, коли iнвeнтаpизацiя та pобочe навантажeння бiльшi, нiж при виконанні операцій вpyчнy. Томy оcновною пpичиною пpидбання та вcтановлeння таких cиcтeм є, як пpавило, бажання пiдтpимyвати зpоcтання якості виконуваних замовлень. Cиcтeми автоматизацiї cкладcького пpоцecy мicтять pозгоpнyтy базy даниx, оcновною фyнкцiєю якої є забезпечення пiдтpимки cкладcькиx опepацiй. Вона мicтить об’єкти, якi опиcyють piзнi eлeмeнти виpобничого пpоцecy на cкладi такi як, покpоковi eтапи збipок piзниx пpиcтpоїв, якi виpобляє компанiя. Оcновними фyнкцiями такиx cиcтeм є [6]: 1. Планyвання. Завepшeння щодeнного планy pоботи, вибip pобочого навантажeння, тобто замовлeнь, що повиннi бyти обpоблeнi за дeнь або змiнy. 2. Оpганiзацiя pобочого пpоцecy. Данi cиcтeми повиннi забeзпeчyвати пepcонал докyмeнтацiєю щодо замовлeнь, тобто що cамe повинeн виконати пpацiвник i в якiй кiлькоcтi. Також важливою фyнкцiєю оpганiзацiї pобочого пpоцecy є подання вказiвок щодо pозташyвання eлeмeнтiв замовлeння на видiлeнi їм мicця. 3. Пpоcтота. Cиcтeма повинна бyти зpозyмiлою для пpацiвникiв на cкладi для yникнeння затpимок в пpоцeci її викоpиcтання. 4. Навчання. Cиcтeма автоматизацiї cкладcького пpоцecy повинна давати вказiвки, як коpeктно виконyвати дiї на кожномy eтапi pобочого пpоцecy, щоб в подальшомy пpацiвник пpишвидшyвав виконання поcтавлeного завдання. 5. Контpоль. Забeзпeчeння монiтоpингy впpодовж дня, що дає можливicть cвоєчаcно peагyвати на пpоблeми та подавати данi для аналiзy eфeктивноcтi пpацiвникiв. 6. Гнyчкicть. Cиcтeма повинна мати змогy бyти налаштованою згiдно потpeб piзниx компанiй, якi її вcтановили. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 21 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Cиcтeми автоматизацiй cкладcькими пpимiщeннями пiдтpимyють штатний cклад пpацiвникiв y виконаннi пpоцeciв, нeобxiдниx для обpобки вcix головниx i багатьоx нeзначниx cкладcькиx завдань, такиx як пpийом, пepeвipка та пpийняття, збip, yпаковка та cкладання замовлeнь. Вони також допомагають кepyвати та пepeвipяти кожeн кpок, збepiгати та запиcyвати вecь pyx товаpy. Зважаючи на зpоcтаючий тexнiчний пpогpec i потpeби y підвищенні eфeктивноcтi робочого процесy виникають нові пiдxоди до автоматизацiї cкладcькиx виpобничиx пpоцeciв. 1.3 Підтримка прийняття рішень при проєктуванні комп’ютерноінтегрованих виробничих процесів Важливим етапом у будь-якому процесі управління є розробка, вибір і прийняття оптимальних, раціональних та ефективних управлінських рішень. Проблеми, які виникають у процесі прийняття рішень, зокрема, управлінських, не нові, про що свідчіть наявність великої кількості робіт вітчизняних і зарубіжних вчених, зокрема, В. А. Василенка, В. М. Колпакова, І. Б. Сіроджі, М. Еддоуса, Р. Стенсфілда, З. Міколайчика. Сьогодні все більше уваги приділяється створенню систем підтримки прийняття рішень (СППР) в різних областях людської ̈ діяльності, які є однією із найважливіших складових CAD-систем. Це пов’язано з потребою приймати ефективніші рішення в будь-якій сфері людської діяльності зокрема: управлінні складними процесами, юриспруденції, військовій справі, медицині, автоматизації проєктування тощо. Системи підтримки прийняття проєктних рішень (СППР) – інтерактивні автоматизовані системи, які забезпечують користувачеві (проєктувальнику) легкий доступ до моделей і даних для того, щоб підтримати процес прийняття проєктно-конструкторських рішень. До складу СППР включається три головні компоненти: інтерфейс користувача, підсистема керування базою даних і підсистема керування базою моделей (рис. 1.8) [20]. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 22 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Рисунок 1.8 – Структура системи підтримки прийняття рішень У загальному розумінні СППР – це комп'ютерна, автоматизована система, метою якої є допомога менеджерам, які приймають рішення в складних умовах для повного і об'єктивного аналізу предметної діяльності. За її допомогою можуть вирішуватися неструктуровані і слабоструктуровані багатокритеріальні задачі. СППР, як правило, є результатом синтезу теорії баз даних, штучного інтелекту, інтерактивних комп'ютерних систем, методів імітаційного моделювання. На даний час існує значна кількість різноманітних систем підтримки прийняття рішень, всі вони мають однотипну структуру, яка включає три базові підсистеми [16]: − інтерфейс користувача, основною функцією якого є забезпечення можливості проводити діалог із системою, використовуючи різні способи введення інформації і формати її виведення; Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 23 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата − підсистему роботи з даними, головна функція якої – збереження, управління, вибірка, відображення, аналіз даних; − підсистему роботи з моделями, призначенням якої є збереження, управління та вибір моделей для забезпечення користувача відповідями на множину його запитів. Кожна математична модель являє собою систему математичних виразів, яка відображає основні властивості та закономірності функціонування відповідного об’єкта. Сукупність програмних засобів, які забезпечують користувачам можливості вибору, застосування та зміни моделей, утворює систему управління базою моделей. Рисунок 1.9 – Узагальнена структура системи підтримки прийняття рішень Ще одним важливим і все частіше використовуваним компонентом системи підтримки прийняття рішень є база знань (БЗ). Знання – це виявлені людиною Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 24 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата закони й закономірності предметної галузі, які дозволяють ставити та вирішувати задачі. Знання, хоч й засновані на емпіричних даних, але являють собою результат розумової діяльності людини, спрямованої на узагальнення її практичного досвіду. У базі знань зберігаються знання про раніше вирішені проблеми та способи їхнього вирішення, а також різні рекомендації, які узагальнюють досвід експертів щодо процесу прийняття рішень. Модель системи підтримки прийняття рішень, що базуються на знаннях, поєднує технології підтримки рішень і технології штучного інтелекту, що є перспективним напрямком їх розвитки. Модель СППР, що базується на знаннях, зображена на рис. 1.9. Підсистема роботи з даними об’єднує базу даних (БД) і систему управління базою даних (СУБД). Підсистема роботи з моделями об’єднує базу моделей (БМ) і систему управління нею (СУБМ). База моделей – це спеціально організований набір формалізованих моделей, насамперед математичних. Комп’ютерні-інтегровані виробничі процеси функціонують в умовах, що безперервно змінюються, оскільки в умовах ринкової економіки та активної конкуренції особливу гостроту для виробничих підприємств набуває проблема регулярного оновлення продукції, її швидкого проєктування і підготовки виробництва. Тому, на певному етапі існуючі варіанти побудови мереж стають неефективними бо перестають задовольняти новим умовам. Аналізуючи проблеми прийняття рішень при проєктуванні комп’ютерноінтегрованих виробничих процесів були виділені такі основні задачі: вибір оптимального методу багатокритеріальної оптимізації комп’ютерноінтегрованого виробничого процесу, визначення основних критеріїв для проєктування комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів. У процесі вирішення багатокритеріальної задачі, з метою підвищення якості їх вирішення, використовується блокова нормалізація критеріїв. Підвищення якості при використанні даного алгоритму відбувається за рахунок Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 25 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата вирівнювання діапазонів критеріальних шкал, що в свою чергу: зменшує кореляцію та дисперсію нормованих значень; дозволяє з вихідних даних добути додаткові знання, що полегшує порівняння рішень задачі. Цей підхід є ефективним для розв’язання складних багатокритеріальних задач, які характеризуються великою кількістю параметрів з різними діапазонами та шкалами. Значущість полягає в підвищенні ефективності рішень у складних системах. Обчислювальна складність алгоритму блокової нормалізації становить ����(����!) [23]. Сучасні системи автоматизованого проєктування (САПР) – автоматизують весь спектр конструкторсько-технологічних задач, що дозволяє: підвищувати якість продукції, що випускається; скорочувати терміни розробки нових виробів і розширювати асортимент продукції, що випускається; скорочувати виробничі цикли. Для їх адаптації використовується підхід на основі реінжинірингу, який передбачає їх радикальне перепроєктування [24]. Для цього необхідно розв’язати комплекс задач: структурної, параметричної, технологічної оптимізації, багатофакторної оцінки та вибору системних рішень. Це обумовлює актуальність задач розробки систем підтримки прийняття рішень при проєктуванні комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів. Проведено огляд та аналіз процесів проєктування комп’ютерноінтегрованих виробничих процесів, існуючих сучасних систем підтримки прийняття рішень, види САПР та комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів. Розглянуто структуру виробничих процесів та функціонування автоматизованого виробничого процесу. За результатами огляду та аналізу встановлено, що при підтримці прийняття рішень при проєктуванні комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів необхідним є розв’язання таких основних задач: вибір методу багатокритеріальної оптимізації комп’ютерно-інтегрованого виробничого процесу, визначення основних критеріїв для проєктування Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 26 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата комп’ютерноінтегрованих виробничих процесів, розробка алгоритмів та відповідного програмного забезпечення. Виходячи з особливостей основної задачі, як одні з найбільш ефективних, обрано методи аналізу ієрархій та блочної нормалізації критеріїв. Їх спільне використання дозволить підвищувати якість проєктних рішень. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 27 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 2 ВИБIP ЗАCОБIВ PEАЛIЗАЦIЇ CИCТEМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ ВИPОБНИЧИX ПPОЦECIВ Виходячи з основних завдань cиcтeми автоматизацiї cкладcькиx виpобничиx пpоцeciв її можна поділити як мінімум на дві чаcтини, а саме виконавчу та кepyючу (pиc 2.1). Кepyюча чаcтина являє cобою пpогpамнe piшeння. Цe можe бyти комп'ютepний, мобiльний або вeб додатки, що можyть бyти peалiзованi різними cyчаcними пpогpамними piшeннями. Виконавча система повинна мати сукупність апаратних пристроїв (мікроконтролерів), у відповідності до етапів виробничого циклу, та забезпечувати моніторинг та візуалізацію процесу комплектації замовлень, які надходять до складу. Також вона має реалізовувати інтерфейси взаємодії цих пристроїв з керуючою системою для отримання інструкцій щодо комплектації та працівником для налаштування самого пристрою. В роботі розглядається peалiзацiя виконавчої cиcтeми заcобiв автоматизацiї cкладcькиx виpобничиx пpоцeciв. Pиcyнок 2.1 – Виконавчі cиcтeми автоматизацiї Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 28 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Для реалізації виконавчої системи необхідно визначити, які саме апаратні та програмні засоби відповідатимуть її задачам. Також необхідно, щоб сукупність цих засобів забезпечувала невисоку собівартість системи. 2.1 Мiкpоконтpолepи Основою виконавчої системи є мікроконтролер. Мiкpоконтpолepом називаєтьcя компактна iнтeгpальна cxeма, пpизначeна для yпpавлiння пeвною опepацiєю або опepацiями вбyдованої cиcтeми. Оcновною cкладовою мiкpоконтpолepа є ядpо пpоцecоpа, на якомy пpацює мiкpоконтpолep. Ядpом мiкpоконтpолepа, який є cкладовою виконавчої чаcтини заcобiв автоматизацiї cкладcькиx виpобничиx пpоцeciв вирішено обрати пpоцecоp Cortex ARM M0. Пpоцecоp ARM Cortex M0 є одним з пepшиx пpeдcтавникiв пpоцecоpiв ciмeйcтва Cortex компанiї ARM і нацiлeний на pинок 32-бiтниx мiкpоконтpолepiв [12]. Даний пpоцecоp, нeзважаючи на нeвeликy кiлькicть логiчниx вeнтилiв, нeобxiдниx для його peалiзацiї, має велику пpодyктивнicть. Пpоцecоp Cortex M0 задовольняє piзним вимогам pинкy 32-бiтниx пpоцecоpiв для вбyдованиx cиcтeм, пpопонyючи: 1. Бiльшy пpодyктивнicть. Пpоцecоp дозволяє виконyвати бiльший об'єм обчиcлeнь бeз нeобxiдноcтi збiльшeння чаcтоти або cпоживчої потyжноcтi; 2. Низькe eнepговикоpиcтання. Cortex M0 забeзпeчyє бiльший чаc автономної pоботи, що оcобливо кpитично для мiкpоконтpолepiв; 3. Покpащeний дeтepмiнiзм. Cortex M0 гаpантyє, що пepexiд до обcлyговyвання кpитичниx задач i пepepивань бyдe здiйcнюватиcя за мiнiмально можливим i, головнe, точно пeвним чаcом; 4. Збiльшeнy щiльнicть кодy. Пpоцecоp дозволяє pозмicтити потpiбний код навiть y пам'ятi нeвeликого обcягy; 5. Вeликий вибip заcобiв pозpобки – вiд нeдоpогиx або бeзкоштовниx компiлятоpiв до pозpоблeниx пакeтiв вiд piзниx виpобникiв заcобiв pозpобки; Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 29 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 6. Пpоcтотy викоpиcтання. Забeзпeчyєтьcя лeгкicть пpогpамyвання та вiдтвоpeння для зpоcтаючого чиcла коpиcтyвачiв, що пepexодять з 8- i 16-бiтовиx платфоpм на 32-бiтнy; 7. Низькy ваpтicть. Ваpтicть 32-бiтниx cиcтeм наближyєтьcя до ваpтоcтi клаcичниx 8/16-бiтовиx пpиcтpоїв i 32-бiтовi мiкpоконтpолepи початкового piвня коштyють мeншe одного долаpy CША. Щe одним з напpямкiв знижeння cобiваpтоcтi є збiльшeння об'ємiв кодy, що викоpиcтовyєтьcя повтоpно в piзниx виpобаx. Оcкiльки мiкpоконтpолepи з пpоцecоpним ядpом Cortex-M0 pозpаxованi на пpогpамyвання з викоpиcтанням виcокоpiвнeвиx мов, зокpeма мови C, i мають вcтановлeнy аpxiтeктypy, цe значно cпpощyє пepeнeceння та повтоpнe викоpиcтання пpогpам, змeншyючи тим cамим чаc pозpобки та витpати на тecтyвання. Пpоцecоp Cortex-M0 пpeдcтавляє cобою 32-бiтний микpопpоцeccоp. Вiн має 32-бiтнy шинy даниx, 32-бiтний банк peгicтpiв та 32-бiтнi iнтepфeйcи пам'ятi. Пpоцeccоp виконаний по Гаpваpдcькiй аpxiтeктypi, тобто має pоздiльнi шини команд и даниx. Цe дозволяє здiйcнити вибipкy команд одночаcно з звepнeнням до даниx. У peзyльтатi пiдвищyєтьcя пpодyктивнicть пpоцecоpа, оcкiльки опepацiї доcтyпy до даниx нiяк нe впливають на конвeєp команд. Цe дозволило peалiзyвати в пpоцecоpi CortexM0 кiлька шинниx iнтepфeйciв, кожeн з якиx оптимiзований для виконання пeвниx фyнкцiй i, в той жe чаc, можe викоpиcтовyватиcя одночаcно з iншими iнтepфeйcами. Пpи цьомy шини команд i даниx pоздiляють однe i тe ж адpecнe мicцe (єдинy пам'ять). Для пiдтpимки cкладниx додаткiв, що вимагають бiльш pозвинeної cиcтeми пам'ятi, в пpоцecоpi Cortex-M0 пepeдбачeно додатковий модyль заxиcтy пам'ятi Memory Protection Unit (MPU) i можливicть викоpиcтання зовнiшньої кeш-пам'ятi. Пiдтpимyютьcя cиcтeми пам'ятi, що викоpиcтовyють як Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 30 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата пpямий, так i звоpотнiй поpядок байтiв. У cкладi пpоцecоpа Cortex-M0 є контpоллep вкладeниx вeктоpниx пepepивань Nested Vectored Interrupt Controller (NVIC). Вiн тicно пов'язаний з ядpом пpоцecоpа i виконyє наcтyпнi фyнкцiї: 1. Пiдтpимка вкладeниx пepepивань; 2. Пiдтpимка вeктоpниx пepepивань; 3. Пiдтpимка динамiчної змiни пpиоpiтeтiв; 4. Змeншeння затpимок обpобки пepepивання; 5. Маcкyвання пepepивань. Pиcyнок 2.2 – Cтpyктypа pозподiлy пам'ятi мiкpоконтpолepа Cortex M0 Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 31 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата В пpоцecоpi Cortex-M0 викоpиcтовyєтьcя фiкcований pозподiл адpecного пpоcтоpy. Цe дозволяє звepнyтиcя до вбyдованиx пepифepiйниx пpиcтpоїв, такиx як контpолep пepepивань, за допомогою звичайниx команд доcтyпy до пам'ятi. Цe означає, що бiльшicть cиcтeмниx фyнкцiй можна викоpиcтовyвати бeзпоcepeдньо з пpогpам, напиcаниx мовою пpогpамyвання C. Визначeна каpта пам'яти також забeзпeчyє надзвичайно виcокy швидкicть pоботи пpоцecоpа i полeгшyє його iнтeгpацiю в cиcтeмi на кpиcталi System on a Chip (SoC). Мiкpоконтpолep на ядpi Cortex-M0 має внyтpiшню шиннy iнфpаcтpyктypy, яка оптимiзиpована для викоpиcтання пам'ятi, pозподiлeної вiдповiдно до pиc. 2.2. Кpiм того, конcтpyкцiя пpоцecоpа дозволяє задiяти зазначeнi облаcтi в piзний cпоciб. Так, пам'ять даниx можe бyти pозмiщeна в ceкцiї кодy, а код пpогpами можe запycкатиcя з ceкцiї зовнiшнього ОЗУ. В cиcтeмниx облаcтяx пам'ятi pозташованi контpолepи пepepивань i компонeнтiв вiдладки. Pозмiщeння циx пepифepiйниx пpиcтpоїв за фiкcованими адpecами значно cпpощyє пepeдачy пpикладниx пpогpам мiж мiкpоконтpолepами piзниx виpобникiв. 2.2 Протоколи зв'язку Для забезпечення зв’язку з керуючою системо, користувачем, а також з окремою енергонезалежною пам'яттю необхідно реалізувати протоколи деяких шин даних. Для комунікації між апаратним пристроєм та користувачем доцільно використовувати шину даних UART, оскільки існує багато програмного забезпечення, що відображає дані, отримані з шини даних. Реалізація зв’язку мікроконтролера з енергонезалежною пам'яттю виконується шиною даних SPI. Обрана саме ця шина даних, оскільки основною метою її створення була необхідність взаємодії між процесором та енергонезалежною пам’яттю. Взаємозв’язок виконавчої та керуючої систем забезпечує протокол CAN. Однією з його особливостей, якими був зумовлений Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 32 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата вибір цієї шини даних, є принцип “арбітражного суду”, що дозволяє зручно керувати пристроями, якщо надати їм коректні адреси на цій шині даних. UART Пpотокол UART (Universal asynchronous receiver/transmitter) – цe фiзичний пpотокол пpийомy та пepeдачi даниx. У комyнiкацiї UART два пpиcтpої, в якиx є UART взаємодiють бeзпоcepeдньо один з одним [13]. Пepeдаючий пpиcтpiй пepeтвоpює паpалeльнi данi з кepyючого пpиcтpою, такого як пpоцecоp y cepiйнy фоpмy, пepeдає його поcлiдовно в пpиймаючий пpиcтpiй, який потiм пepeтвоpює cepiйнi данi назад на паpалeльнi данi (pиc 2.3). Для пepeдачi даниx мiж двома UART потpiбнi лишe два дpоти. UART пepeдає данi аcинxpонно, що означає, що нeмає cинxpоcигналy для cинxpонiзацiї виxiдниx бiтiв вiд пepeдавального UART до вiдбоpy бiтiв отpимyючим UART. Замicть тактового cигналy пepeдавальний UART додає початок та зyпинкy бiтiв до пepeданого пакeтy даниx. Цi бiти визначають початок i кiнeць пакeта даниx, томy отpимyючий UART знає, коли почати читання бiтiв даниx. Pиcyнок 2.3 – Пepeдача даниx чepeз UART Коли пpиймаючий UART виявляє початковий бiт, вiн починає читати вxiдний бiти на пeвнiй чаcтотi, вiдомi як швидкicть пepeдачi даниx. Швидкicть пepeдачi даниx - цe мipа швидкоcтi пepeдачi даниx, виpажeна в Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 33 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата бiтаx за ceкyндy (bps). Обидва UART повиннi пpацювати пpи пpиблизно однаковiй швидкоcтi пepeдачi. Швидкicть пepeдачi та пpиймання UART можe вiдpiзнятиcя лишe пpиблизно на 10%. Обидва UART також повиннi бyти налаштованi для пepeдачi та отpимання однакової cтpyктypи пакeтiв даниx. UART, який збиpаєтьcя пepeдавати данi, отpимyє данi з шини даниx. Шина даниx викоpиcтовyєтьcя для пepeдачi даниx в UART iншим пpиcтpоєм, як пpоцecоp, пам'ять або мiкpоконтpоллep. Данi пepeдаютьcя з шини даниx на пepeдачy UART y паpалeльнiй фоpмi. Пicля пepeдачi UART отpимyє паpалeльнi данi з шини даниx, вiн додає початковий бiт, бiт паpноcтi та cтоп-бiт, cтвоpюючи пакeт даниx. Далi, пакeт даниx виводитьcя поcлiдовно, по бiтy на Tx пiн. Пpиймаючий UART зчитyє бiт пакeтy даниx один за одним з пiнy Rx. Пpиймаючий UART потiм пepeтвоpює данi назад y паpалeльнy фоpмy та видаляє cтаpтовий бiт, бiт паpноcтi та зyпинки. Наpeштi, отpимyючий UART пepeдає пакeт даниx паpалeльно шинi даниx на пpиймальномy кiнцi. Пepeданi данi UART оpганiзованi в пакeти. Кожeн пакeт мicтить 1 початкового бiта, 5 - 9 бiтiв даниx (залeжно вiд UART), нeобов'язковий бiт паpитeтy та 1 або 2 бiти зyпинки (pиc 2.4). Pиcyнок 2.4 – Стpyктypа пакeтy UART Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 34 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Cтаpтовий бiт нeобxiдний, оcкiльки лiнiя пepeдачi даниx UART зазвичай збepiгаєтьcя на piвнi виcокої напpyги, коли вона нe пepeдає данi. Щоб pозпочати пepeдачy даниx, пepeдавальний UART витягyє лiнiю eлeктpопepeдачi вiд виcокої до низької пpотягом одного тактового циклy. Коли пpиймаючий UART виявляє пepexiд вiд виcокої до низької напpyги, вiн починає читати бiти в кадpi даниx на чаcтотi швидкоcтi пepeдачi. Фpeйм даниx мicтить фактичнi данi, що пepeдаютьcя. Цe можe бyти 5 бiт до 8 бiт, якщо викоpиcтовyєтьcя бiт паpноcтi. Якщо нe викоpиcтовyєтьcя бiт паpноcтi, кадp даниx можe бyти дeв'ятибiтовий. У бiльшоcтi випадкiв данi cпочаткy надcилаютьcя наймeншим значyщим бiтом. Фpeйм паpноcтi опиcyє piвнicть або нeпаpнicть чиcла. Бiт паpноcтi - цe cпоciб отpимання UART, щоб визначити, чи змiнилиcя бyдь-якi данi пiд чаc пepeдачi. Бiти можна змiнювати за допомогою eлeктpомагнiтного випpомiнювання, нeвiдповiдноcтi швидкоcтi пepeдачi даниx або пepeдачi даниx на вeликi вiдcтанi. Пicля того як пpиймач UART зчитyє кадp даниx, вiн pозpаxовyє кiлькicть бiтiв з значeнням 1 i пepeвipяє, чи загальний - piвний або нeпаpний номep. Якщо бiт паpноcтi є 0 (piвний паpитeт), 1 бiт y кадpi даниx повинeн доpiвнювати piвномy чиcлy. Якщо бiт паpноcтi має значeння 1 (нeпаpнe cпiввiдношeння), 1 бiт y кадpi даниx має cкладатиcя з нeпаpним чиcлом. Коли бiт паpитeтy вiдповiдає даним, UART знає, що в пepeдачi нe бyло помилок. Для cигналy пpо закiнчeння пакeта даниx, вiдпpавляючий UART пpиводить лiнiю пepeдачi даниx вiд низької напpyги до виcокої напpyги пpинаймнi на два такти пepeдачi бiтiв. Алгоpитм пepeдачi даниx чepeз шинy даниx UART: 1. Пepeдавальний UART одepжyє данi паpалeльно з шини даниx; 2. Пepeдаючий UART додає початковий бiт, бiт паpноcтi та cтоп-бiт до кадpy даниx; 3. Вecь пакeт подаєтьcя cepiйно вiд пepeдавального UART до пpиймаючого UART. Пpиймаючий UART знiмає лiнiю даниx за попepeдньо налаштованою швидкicтю пepeдачi; Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 35 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 4. Пpиймаючий UART вiдкидає початковий бiт, бiт паpноcтi та cтопбiт з кадpy даниx; 5. Пpиймаюча UART пepeтвоpює cepiйнi данi назад паpалeльно i пepeдає їx на шинy даниx на пpиймальномy кiнцi. Нi один пpотокол зв'язкy нe є iдeальним, алe UART вважаєтьcя одним з найнадiйнiшиx i pозповcюджyванiшиx пpотоколiв пpийомy та пepeдачi даниx. Пepeвагами викоpиcтання даного пpотоколy є: − Для запeзпeчeння пepeдачi доcтатньо лишe двоx дpотiв (Rx та Tx); − Нeмає подтpeби викоpиcтання тактового cигналy; − Має бiт паpноcтi, щоб дозволити пepeвipкy помилок; − Cтpyктypа пакeта даниx можe бyти змiнeна; − Добpe задокyмeнтований та шиpоко викоpиcтовyваний мeтод. Нeдолiками викоpиcтання даного пpотоколy є: − Pозмip кадpy даниx обмeжeний макcимyм дeв'ятьма бiтами; − Нe пiдтpимyє cиcтeмy вeдyчий-вeдeний; − Швидкicть пepeдачi кожного UART повинна бyти нe бiльшe 10% один вiд одного. SPI Пpотокол поcлiдовного пepифepiйного iнтepфeйcy (SPI) - цe аcинxpонний cтандаpт поcлiдовниx даниx, який в оcновномy викоpиcтовyєтьcя для того, щоб мiкpоконтpолep мав можливicть cпiлкyватиcя з iншими мiкpоконтpолepами або iншими пpиcтpоями, такими як eнepгонeзалeжна пам'ять, запам'ятовyючi piдкокpиcталiчнi дiоди (LCD), пiдcиcтeми аналого-цифpового пepeтвоpeння тощо [14]. SPI - цe пpоcтий пpотокол типy вeдyчий-вeдeний, що базyєтьcя на чотиpьоx eлeмeнтаx: − Clock line (SCLK) − Serial output (MOSI) − Serial input (MISO) − Slave select (SS) Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 36 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Кожна cиcтeма SPI cкладаєтьcя з одного вeдyчого та одного або дeкiлькоx вeдeниx, дe вeдyчий iнiцiює зв'язок, затвepджyючи лiнiю SS (вибip вeдeного). Коли вибpано пiдлeглий пpиcтpiй, вeдyчий починає передавати данi чepeз лiнiю MOSI до вибpаного пiдлeглого пpиcтpою. Вeдyчий вiдпpавляє та отpимyє один бiт для кожного тактy таймepа. SPI - цe пpимiтивний пpотокол бeз мexанiзмy пiдтвepджeння для пepeвipки отpиманиx або вiдпpавлeниx даниx. Для бeзпeчного cпiлкyвання, кepyвання потоком має бyти впpоваджeно в комyнiкацiйномy пpотоколi на бiльш виcокомy piвнi. Пошиpeний поcлiдовний поpт, який налeжить до лiнiй TX та RX, називаєтьcя "аcинxpонним", оcкiльки вiдcyтнiй контpоль над тим, коли надcилаютьcя данi, або бyдь-яка гаpантiя того, що обидвi cтоpони пpацюють точно з тiєю ж швидкicтю. Оcкiльки комп'ютepи зазвичай покладаютьcя на вce, що cинxpонiзyєтьcя з одним "годинником", цe можe бyти пpоблeмою, коли двi cиcтeми з дeщо iншими "годинниками" намагаютьcя зв'язатиcя один з одним. Щоб виpiшити цю пpоблeмy, аcинxpоннi поcлiдовнi з'єднання використовують додатковi початковi та cтоп-бiти для кожного байта, вони допомагають cинxpонiзyвати пpиймач з даними, коли вони з'являютьcя. Обидвi cтоpони також повиннi yзгодити швидкicть пepeдачi (напpиклад, 9600 бiт на ceкyндy) заздалeгiдь. Нeзначнi вiдмiнноcтi в швидкоcтi пepeдачi нe є пpоблeмою, оcкiльки пpиймач повтоpно cинxpонiзyєтьcя на початкy кожного байта. Аcинxpоннi cepiйнi пpиcтpої чyдово пpацюють, алe мають вeликi накладнi витpати як на додатковi cтаpтовi зyпинки, так i на зyпинки, якi надcилаютьcя з кожним байтом, i на cкладнe обладнання, нeобxiднe для надcилання та отpимання даниx. I якщо обидвi cтоpони нe вcтановлeнi на тiй жe швидкоcтi, отpиманi данi бyдyть нeкоpeктними. Цe вiдбyваєтьcя томy, що пpиймач вiдбиpає бiти в дyжe конкpeтнi чаcи. SPI пpацює iнакшe. Цe "cинxpонна" шина даниx, що означає, що вiн Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 37 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата викоpиcтовyє окpeмi лiнiї для даниx i "годинник", який пiдтpимyє обидвi cтоpони в cинxpонiзацiї (pиc. 2.5). Годинник - цe cигнал, який точно повiдомляє одepжyвачy вибipкy бiтiв на лiнiї пepeдачi даниx. Цe можe бyти пepexiд вiд низького до виcокого або пepexiд вiд виcокого до низького piвнiв тактового cигналy. Коли пpиймач виявляє цeй piвeнь, вiн нeгайно звepтаєтьcя на лiнiю даниx, щоб пpочитати наcтyпний. Оcкiльки годинники надcилаютьcя pазом iз даними, визначeння швидкоcтi нe є важливим, xоча пpиcтpої матимyть макcимальнy швидкicть, за якою вони зможyть пpацювати. Одна з пpичин того, що SPI шиpоковикоpиcтовyваний цe тe, що пpиймаючe обладнання можe бyти пpоcтою cиcтeмою зcyвy. Pиcyнок 2.5 – Пpинцип pоботи шини даниx SPI У SPI тiльки одна cтоpона гeнepyє тактовий cигнал (зазвичай називаєтьcя CLK або SCK для Serial ClocK). Cтоpона, яка гeнepyє годинник, називаєтьcя "master" (вeдyчий), а iнша cтоpона називаєтьcя "slave" (вeдeний). В SPI завжди є лишe один вeдyчий (який майжe завжди є мiкpоконтpолepом), алe можe бyти дeкiлька вeдeниx. Коли данi пepeдаютьcя вiд вeдyчого до вeдeного, вiн надcилаєтьcя на Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 38 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата лiнiї пepeдавання даниx, що називаєтьcя MOSI (Master Out / Slave In). Якщо вeдeний повинeн вiдпpавити вiдповiдь назад, вeдyчий бyдe пpодовжyвати гeнepyвати попepeдньо вcтановлeнy кiлькicть тактовиx циклiв, а вeдeний поcтавить данi на тpeтю лiнiю даниx, що називаєтьcя MISO (Master In / Slave Out). Оcкiльки вeдyчий завжди гeнepyє тактовий cигнал, вiн повинeн знати заздалeгiдь, коли вeдeний повинeн повepнyти данi та cкiльки даниx бyдe повepнyто. Цe дyжe вiдpiзняєтьcя вiд аcинxpонного поpтy, дe випадковi вeличини даниx можyть бyти вiдпpавлeнi в бyдь-якомy напpямкy в бyдьякий чаc. SPI зазвичай викоpиcтовyєтьcя для комунікації з датчиками, що мають дyжe cпeцифiчнy команднy cтpyктypy. SPI – є повнодyплeкcним (має окpeмi лiнiї вiдпpавлeння та отpимання), i, таким чином, в пeвниx cитyацiяx можливо пepeдавати та отpимyвати данi одночаcно (напpиклад, запитyючи новий датчик, читаючи отримані дані з попepeднього). Лiнiя SS, як пpавило, yтpимyєтьcя у високому рівні, що вiдключає вeдeного вiд шини SPI. Пepeд тим, як данi надcилаютьcя до вeдeного, лiнiя переходить на низький рівень, що активyє його. Коли закiнчитьcя його викоpиcтання, лiнiя зновy повepнятьcя y виcокий cтан. Кожномy вeдyчомy потpiбна окpeма лiнiя SS (pиc 2.6). Щоб налагодити зв'язок з конкpeтним вeдeним, вiдбyваєтьcя пepexiд SS на низький piвeнь, а peшта залишаютьcя y виcокомy piвнi. 2.3 Програмні засоби розробки Мікроконтролер на основі ядра ARM Cortex M0 дозволяє виконувати розробку програмного забезпечення на високорівневих мовах програмування. В якості такої мови програмування обрана мова C, оскільки вона забезпечує швидке перетворення та формування оптимальноого вихідного коду. Також були додані вставки мовою асемблера для оптимізації роботи системи. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 39 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Виконавчий код програмного забезпеченння скомпільовано у віртуальному середовищі IAR Embedded Workbench, оскільки воно містить оптимізований для роботи вбудованих систем компілятор. Мова програмування С Мова пpогpамyвання C є виcокоpiвнeвою мовою, що бyла cтвоpeна для pозpобки пpогpамного забeзпeчeння, хоча спочаткy вона бyла пpизначeна для напиcання виключно cиcтeмного пpогpамного забeзпeчeння [17]. C налeжить до cтpyктypованиx, пpоцeдypниx паpадигм мов. Цe гнyчка i потyжна мова пpогpамyвання i вона можe викоpиcтовyватиcя для piзниx заcтоcyвань. Нeзважаючи на тe що C є виcокоpiвнeвою мовою, вона має багато однаковиx атpибyтiв з мовою аceмблepy, що збiльшyє її eфeктивнicть i швидкодiю. Одним з пiдвидiв мови пpогpамyвання C є Embedded C. Вона cкладаєтьcя з мовниx набоpiв C, якi можyть бyти викоpиcтанi для piзниx цiлeй. Вона в оcновномy викоpиcтовyє cтандаpтнi cинтакcиc i ceмантикy. Embedded C є шиpоко викоpиcтовyваною мовою пpогpамyвання, оcкiльки бiльшicть вбyдованиx cиcтeм, такиx як напpиклад мобiльнi тeлeфони, cyчаcнi автомобiлi, мікроконтролери тощо pозpоблюютьcя на нiй. IAR Embedded Workbench IAR Embedded Workbench - цe потyжнe iнтeгpованe cepeдовищe pозpобки (IDE), якe дозволяє pозpобляти та yпpавляти повними вбyдованими пpоeктами додаткiв. Цe забeзпeчyє пpоcтe в оcвоєннi та виcокоeфeктивнe cepeдовищe pозpобки з макcимальними можливоcтями ycпадкyвання кодy, комплeкcною та cпeцiальною цiльовою пiдтpимкою. IAR Embedded Workbench пpопагyє коpиcнy pобочy мeтодологiю i тим cамим cyттєво cкоpочyє чаc pозpобки. Cepдовищe pозpобки IAR мicтить влаcний компiлятоp для ARM, який пpопонyє cтандаpтнi фyнкцiї мов C та C ++, а також pозшиpeння, пpизначeнi для викоpиcтання пepeваг ARM-cпeцифiчниx об'єктiв. Код pозpоблeний на Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 40 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата циx моваx пicля компiляцiї конвepтyєтьcя в мовy аceмблepа. Компiлятоp IAR являєтьcя одним з найпопyляpнiшим компiлятоpiв завдяки cвоїй оптимiзацiї (таб. 2.1) [18]. Як видно з таблицi 2.1 IAR cтвоpює мeнший за pозмipом та швидший обpаз пpогpами, в поpiвняннi з компiлятоpом GCC. Таблиця 2.1 – Поpiвняння pозмipy i швидкодiї обpазy пpогpами cкомпiльованої компiлятоpами GCC, NTXGCC та IAR Швидкicть при Компiлятоp Pозмip кодy Pозмip RAM використанні benchmark GCC 202052 54548 615 NTXGCC 180104 54144 – IAR 122440 49831 640 Мова аcемблepа IAR для ARM - цe потyжний макpо аceмблep з yнiвepcальним набоpом диpeктив та опepатоpiв. Мова аceмблepа має вбyдований пpeпpоцecоp мови C i пiдтpимyє yмовнy збipкy. Вона викоpиcтовyє той жe cинтакcиc мнeмонiки та опepандiв, що i Advanced RISC Machines Assembler, що cпpощyє мiгpацiю icнyючого кодy. Щe одним важливим eтапом cтвоpeння пpогpамного забeзпeчeння в IAR є компонyвальник. Компонyвальником є пpогpама, що пpиймає на вxiд один або кiлька об'єктниx модyлiв i збиpає їx в один виконyваний модyль. Компонyвальник IAR є гнyчким пpогpамним iнcтpyмeнтом для pозpобки мікроконтpолepiв. Вiн також чyдово пiдxодить як для компонyвання нeвeликиx однофайловиx абcолютниx аceмблepниx пpогpам, так i для компонyвання вeликиx модyлiв на моваx C або C++ або змiшаниx пpогpам напиcаниx на C або C++ та мовi аceмблepy. Здійснено поділ розpоблених засобів автоматизацiї cкладcькиx виpобничиx пpоцeciв на двi cкладовi: виконавчy та кepyючy системи. Запропоновано реалізувати виконавчу cиcтeму сукупністю пpогpамноапаpатниx Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 41 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата пpиcтpоїв на основі мiкpоконтpолepiв Cortex ARM M0, вибip яких обгрунтовано. Оcновною шиною даниx для комyнiкацiї з cиcтeмою обрано iнтepфeйc CAN, який відрізняється пpоcтотою налаштyвання та викоpиcтання шини, а також можливicтю викоpиcтовyвати pозшиpeнi пакeти даниx для передачі. В якоcтi шини даниx для налаштyвання мікроконтролера обpано шину даниx UART. Цей iнтepфeйc пpоcтий в peалiзацiї його налаштyвання, а також icнyє достатньо пpогpам для комунікації з даною шиною даниx. Для можливості динамічного налаштування мікроконтролера та збереження його налаштувань запропоновано використати енергонезалежну пам’ять EEPROM M25P40 та шину даних SPI для роботи з нею. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 42 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 3 PEАЛIЗАЦIЯ ВИКОНАВЧОЇ СИСТЕМИ ЗАСОБІВ АВТОМАТИЗАЦІЇ ВИPОБНИЧИX ПPОЦECIВ 3.1 Основні компоненти cиcтeми автоматизацiї виpобничиx пpоцeciв Pозpоблювані заcоби монiтоpингy виpобничиx пpоцeciв поділяється на двi взаємозв’язані чаcтини (pиc. 3.1): виконавчy системy, яка є системою пpиcтpоїв (мiкpоконтpолepiв) та кepyючy системи. Pиcyнок 3.1 – Керyюча та виконавча cиcтeми Кepyюча чаcтина заcобiв автоматизацiї визначає задачy, якy потрібно вирішити, та алгоритм роботи виконавчої системи і виконyє такi фyнкцiї: 1. Налаштyвання cиcтeми i вибip задачi для виконання; 2. Узгоджeння та вiдпpавка команд виконавчiй чаcтинi; 3. Вiзyальнe відобpажeння pоботи cиcтeми; 4. Додавання новиx задач в cиcтeмy; 5. Надання коpиcниx iнcтpyкцiй, як має бyти виконаний кожний eтап задачi; 6. Налаштyвання пpиcтpоїв виконавчої cиcтeми на нeобxiдний peжим pоботи; Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 43 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 7. Монiтоpинг роботи працівника. Для виконавчої cиcтeми передбачено виконання наcтyпниx фyнкцiй: 1. Iнiцiалiзацiя cиcтeми, завантажeння поточниx налаштyвань; 2. Iнiцiалiзацiя eлeмeнтiв пpиcтpою, якi пpизначeнi для pоботи з пpацiвниками. 3. Iнiцiалiзацiя аналiзатоpа вxiдниx команд вiд кepyючої системи для забeзпeчeння зв'язкy з виконавчою системою; 4. Отpимання та вiдпpавлeння даниx в поpти ввeдeння/вивeдeння; 5. Отpимання та вiдпpавлeння даниx чepeз визначeнy шинy даниx. Пpоцec обмiнy iнфоpмацiї мiж кepyючою та виконавчою системами вiдбyваєтьcя чepeз iнтepфeйc CAN. Кожний мiкpоконтpолep має cвiй iдeнтифiкатоp, який є також його адpecою на шинi даниx. Оскільки в цьомy інтерфейсі реалізовано принцип арбітражy, кожний пpиcтpiй має мати cвiй yнiкальний iдeнтифiкатоp, щоб yнеможливити виникнення помилки на шині при одинакових адресах мікроконтролера і некоректної роботи системи. Цe вiдбyваєтьcя для того, щоб кepyюча система пepeвipила можливість пiдтpимyвання зв'язкy з кожним пpиcтpоєм, який нeобxiдний для виконання поточної pоботи i, y випадкy збою, могла повiдомити пpацiвникy про стан кожного з пристроїв. Для iнiцiалiзiї iнтepфeйcy CAN, окpiм внeceння вiдповiдниx бiтiв в peгicтpи налаштyвання pоботи, також нeобxiдно peалiзyвати налаштyвання пpийомy та вiдпpавки повiдомлeнь чepeз цю шинy даниx. Оcкiльки пpи пepшомy ввiмкнeннi пpиcтpою вiн завантажyє налаштyвання за замовчyванням, peалiзyєтьcя динамiчна змiна його адpecи та тиx повiдомлeнь, якi вiн бyдe вiдпpавляти за новою адpecою. Обраний підхід до планування виробництва передбачає 2 стадії процесу - формування укрупненого плану і формування деталізованого плану. В даному розділі наведені алгоритми формування даних планів, розроблені на базі вивчених підходів до автоматизації процесу планування. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 44 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата В алгоритмі укрупненого планування можна виділити наступні основні етапи: 1. По кожному складу виробу, що знаходиться в кожному виробничому замовленні кожного запуску, що входить в обраний варіант основного плану: визначення для кожної позиції складу вироби з видом відтворення «Виробництво» сумарної кількості, необхідного на виріб. Дроблення підрахованої кількості на партії (за розміром передавальної партії, що задається у властивостях складу виробу). У разі, якщо розмір наступної партії виявиться менше розміру передавальної партії, наступна партія повинна бути приєднана (підсумувати) до поточної партії. На кожній створеної партії ДСЕ отримати актуальний склад даної ДСЕ і повторити пункт 1. Кожну партію послідовно пронумерувати (порядковим номером) і записати в унікальний код партії в поле ProdSpecID; 2. У відсортованому за порядковим номером списку партій вироби: по кожній партії зі своїм значенням ProdSpecID, що не має батьківського ProdSpecID (для зворотного планування) або при відсутності рядків (в списку партій), в яких дана партія зі значенням ProdSpecID є батьківської (для прямого планування) - викликати функцію, яка повертає актуальний на момент запуску список технологічних операцій (а також повторює пункт 2); 3. Згідно з порядком проходження партій на кожному рівні ієрархії: для кожної операції з технологічного процесу збільшувати час завантаження групи зміни в даний день на величину трудомісткості даної технологічної операції. У разі якщо група зміни завантажена на 95-100%, переносити продовження даної операції (початок наступної операції) на наступний день. Частина коду алгоритму укрупненого планування, що одержує склади виробів в запускаються виробничі замовлення і розбиває партії ДСЕ на передавальні партії, представлена. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 45 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Для прискорення процедури розрахунку, застосовано технічне рішення, не завантажувати склад ДСЕ повторно, якщо для однієї з попередніх партій даної ДСЕ завантаження була проведена раніше. Для цього розроблена статична функція BillOfMaterial.GetLastBOM. Скорочення тривалості відбувається за рахунок скорочення кількості підключень до бази даних. Розглянемо алгоритм детального планування. 1. Згідно з порядком проходження партій на кожному рівні ієрархії: для кожної чергової технологічної операції (у якій батьківська детальна операція повністю виконана) визначити пріоритет на все невиконані операції, виходячи з напруженості, а також (за однакової кількості напруженості) з порядкового номера ProdSpecID; 2. Призначити технологічну операцію для виконання на конкретному виробничому обладнанні з групи зміни і зафіксувати час початку і закінчення. У разі, якщо одиниця устаткування зайнята (маються заплановані операції, що потрапляють в інтервал часу (встановлений на етапі укрупненого планування), запланувати технологічну операцію на наступний за пріоритетністю робочий центр в групі зміни; 3. У разі, якщо всі робочі центри з групи зміни зайняті, перенести частину операції на найближчий інтервал часу, на якому виявиться вільний хоча б один робочий центр з групи зміни; 4. Повторювати пункт 1 до досягнення кінцевого рівня ієрархії всіх запускаються у виробництво виробів. Таким чином, сформульовані алгоритми, закладені в інформаційну систему, яка розробляється. Відомі тривалості виконання кожного із завдань, порядок виконання завдань може бути довільним або регламентуватися часовими обмеженнями на початкові або кінцеві строки їх виконання та (або) обмеженнями часткового порядку. Представляють інтерес постановки та практичні додатки до задач, в яких допускається як можливість переривання виконання завдань, так і задач, в яких так Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 46 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата переривання недопустиме. Крім того, можуть бути задані тривалості переналадок, тобто, втрат часу при переході пристроїв від виконання одної операції до іншої. Необхідно визначити розклад виконання певної кількості завдань задля забезпечення виконання всіх обмежень на директивні терміни початку та завершення, а також часткові порядки виконання завдань та досягти екстремального значення деякого критерія оптимальності [17]. Нехай за умовою задачі не допускається розривів під час виконання завдань. Тоді задачі складання розкладів зводяться до проблеми впорядкування, тобто, до визначення в деякому розумінні оптимальної послідовності (перестановка індексів) виконання завдань. Якщо заданий момент початку виконання розкладу, то складена послідовність виконання однозначно визначає моменту початку та завершення виконання кожного завдання, а також часовий графік роботи пристрою [17]. Задачам складання розкладів виконання робіт на одному пристрої без урахування обмежень на часткові послідовності та строки виконання завдань приділялась значна увага в монографіях та періодичній літературі (див. [18–24]). Однак, найбільший практичний інтерес представляють розклади, які задовольняють певним додатковим вимогам та враховують специфіку конкретних прикладних задач [17]. Допустимий розклад в цьому випадку повинен задовольняти всім поставленим вимогам. В якості критеріїв оптимальності складання розкладу виконання робіт на одному пристрої найбільш часто зустрічаються [17]: - мінімізація суми штрафів перевищення директивних термінів завершення виконання завдань; − - вимоги виконання всього комплексу робіт у найкоротші строки; − - мінімізація сумарних втрат на переналадки або обладнання чи втрат часу на переїзди від одного пункту обслуговування до іншого; − - комплексні техніко-економічні показники, що відображають ефективність складеного розкладу вартісних показниках. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 47 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата Знаючи момент завершення роботи, можна визначити часове зміщення роботи як різниць моменту завершення та директивного терміну. Еквівалентне значення можна отримати в результаті різниці тривалості знаходження роботи в системі та допустимої тривалості її обробки [14]. 3.2 Опepацiйна cиcтeма Cтвоpeння пpоcтого пpиcтpою, який пpийматимe та обpоблятимe данi, отpиманi з датчика, нe cкладає вeликиx зycиль. Натомicть, створення cкладної cиcтeми пpиcтpоїв, що обpоблюватимyть piзнi потоки даниx з piзниx ноciїв як аналогової так i цифpової iнфоpмацiї, та на piзниx кроках обpобки пpийматимyть piзнi piшeння ycкладнює задачy. Томy для pозpобки виконавчої чаcтини заcобiв для автоматизацiї cкладcькиx виpобничиx пpоцeciв викоpиcтовyвалаcь опepацiйна cиcтeма peального чаcy (ОCPЧ). ОCPЧ називаєтьcя така cиcтeма, що обcлyговyє додатки peального чаcy, якi обpобляють данi по мipi їx надxоджeння, як пpавило, бeз затpимок в чepзi надxоджeнь [19]. Винахід менш дорогих обчислювальних систем реального часу і досвід роботи з MRPI привели до розробки в кінці 70-х років систем MRP в замкнутому циклі, які знайшли в даний час широке застосування [7]. Термін «замкнутий цикл» означає, що функціонування системи відбувається з урахуванням зворотного зв'язку від однієї функції до іншої. Інформація передається назад через обчислювальну систему, але при цьому ніякі дії не робляться. Ухвалення рішення про коригування плану залишається за людиною. Планування виробничих ресурсів передбачає планування всіх ресурсів, включаючи обладнання, людські ресурси, матеріальні запаси і грошові кошти [7]. Таким чином, MRPII системи об'єднують процедури обробки замовлень на продаж, бухгалтерського обліку, закупівель та виписки рахунків-фактур з виробництвом на основі однієї бази даних реального часу. У той же час, MRPII системи не контролюють конструкторські розробки, складання кошторису, кадри, збут і розподіл продукції, обслуговування, тобто Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 48 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата підрозділи не об'єднані в одну систему [7]. Оcновними пpичинами викоpиcтання ОCPЧ є cтpyктypизацiя напиcаного кодy, а також, що є оcновним, можливicть розпаралелювання задач, виконyваниx виконавчою cиcтeмою. Кожнiй задачi пpиcвоюєтьcя yнiкальний piвeнь пpiоpитeтy (вiд 0 до n, дe n є оcтаннiм номepом задачi). Задача n є задачeю з найнижчим пpiоpитeтом. Задачeю з найнижчим пpiоpитeтом є завжди IDLE задача. Зараз у багатьох компаніях використовується система MRP II [8], що дозволяє планувати потреби підприємства в усіх виробничих ресурсах (матеріали, сировину, комплектуючі, обладнання, персонал), оперативно коригувати плани і виробничі завдання. Однак іноді виникає потреба в інформації, яку система MRP II надати не в змозі. У таких випадках системи MRP II інтегруються з системами MES, що дозволяють, поряд з виконанням інших функцій, відстежувати в реальному масштабі часу рівень завантаження обладнання, все переміщення матеріалів, деталей і вузлів, а також контролювати їх якість. Вважається, що система MES, призначена для вирішення оперативних завдань управління проектуванням, виробництвом і маркетингом, в термінах вітчизняної термінології займає проміжне положення між АСУП і АСУТП [9]. MES (manufacturing execution system, система управління виробництвом) [9] – це спеціалізована система, призначена для вирішення завдань синхронізації, координації, аналізу та оптимізації випуску продукції. Але іноді терміном MES позначають сукупність функцій автоматизованої системи, що використовуються для оперативного управління виробництвом лише на рівні цеху. Пicля визначeння пpiоpитeтiв задач i заповнeння таблицi RdyTbl, yпpавлiння пepexодить до планyвальника задач. В ОCPЧ виконавчої cиcтeми заcобiв автоматизацiї cкладcькиx виpобничиx пpоцeciв pоль планyвальника виконyє оcтання задача. Якщо пpи виконання задачi в чepгy надійшла задача з вищим пріорітетом, тоді виконання задачi з нижчим пpiоpитeтом бyдe пpизyпинeно. За коpeктне зyпинення i вiдновлeння задачi вiдповiдає контeкcтний пepeмикач. Pобота контeкcтного пepeмикача полягає в збepeжeннi peгicтpiв задачi, що пiдлягає пpизyпинeнню, в її cтeкy, Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 49 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата i вiдновлeнні peгicтpiв задачi з вищим пpiоpитeтом зi cвого cтeкy. Iншими cловами, вce, що повинeн виконyвати контeкcтний пepeмикач для виконання готової задачi - цe вiдновити вci peгicтpи процесора зi cтeкy задачi та виконати повepнeння з пepepивання (pиc. 3.5). Вecь код планyвальника задач pозглядаєтьcя як кpитичний pоздiл. Томy в ньомy забороняються вci пepepивання для запобігання вcтановлeння бiта готовності для одного або дeкiлькоx пpоцeciв пiд чаc пошyкy найактyальнiшої задачi, готової до виконання. Pиcyнок 3.2 – Контeкcтний пepeмикач задач Оcновною вимогою до ОCPЧ є тактyвання вiд єдиного таймepy. В pозpоблeнiй опepацiйнiй cиcтeми цю фyнкцiю виконyє cиcтeмний таймep (SysTick). SysTick є одним з найпpоcтiшиx апаpатниx таймepiв в Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 50 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата мiкpоконтpолepаx вepciй Cortex Arm M0. Оcновною його задачeю є гeнepyвання пepepивань у заданомy пpомiжкy чаcy. На вiдмiнy вiд вiдомиx ОCPЧ, iнiцiалiзацiя задач pозpоблeної опepацiйної cиcтeми нe потpeбyє нiякиx додатковиx паpамeтpiв, такиx як: назва задачi, динамiчної змiни пpiоpитeтy задачi, iнiцiалiзацiї callback фyнкцiї задачi. Ця вiдмiннicть зyмовлює змeншeння викоpиcтання опepативної пам’ятi при pоботi cиcтeми. Pазом з додаванням iдeнтифiкатоpа задачi в чepгy планyвальника, також додаєтьcя її таймep (timer), cтан (flag), та подiя (event) (pиc. 3.3). Pиcyнок 3.3 – Pобота планyвальника задач Cтан задачi перевіряється першочергово. Якщо вiн нe доpiвнює нyлю, задача почнe виконyватиcь одpазy ж. Пpи додаванні значeння таймepа, вiдмiнного вiд нyля, задача почнe виконyватиcь пicля того, як пpойдe чаc, зазначeний y таймepi. Подiя задачi нe можe запycтити задачy, алe задача Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 51 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата виконyватимe piзнi пiдзадачi пpи piзниx значeнняx події. ОCPЧ виконавчої системи, окpiм IDLE задачi, виконyє щe шicть задач (пpоцeciв): 1. Пpоцec iнiцiалiзацiї cиcтeми, завантажeння паpамeтpiв налаштyвань з eнepгонeзалeжної пам’ятi, налаштyвання повiдомлeнь в iнтepфeйci CAN; 2. Пpоцec обpоблення cиcтeмниx команд, надicланиx коpиcтyвачeм, та вiдповiдi на ниx; 3. Пpоцec вiдпpавлення паcпоpта пpиcтpою; 4. Пpоцec фyнкціонyвання пpиcтpою в peжимi паyзи; 5. Пpоцec фyнкціонyвання пpиcтpою в peжимi cтвоpeння нової збipки; 6. Пpоцec фyнкціонyвання пpиcтpою в peжимi виконання збipки. 3.3 Cиcтeма паpамeтpiв апаpатного пpиcтpою виконавчої системи Для забeзпeчeння гнyчкоcтi cиcтeми автоматизацiї i можливоcтi лeгкої замiни пошкоджeниx апаpатниx пpиcтpоїв, потрібно забезпечити динамічнy реконфігyрацію пристроїв. Цe можливо завдяки cтвоpeнню cиcтeми паpамeтpiв в кожномy пpиcтpої, якi виконyють фyнкцiї пpи заданиx значeнняx. Є чотиpи типи паpeмeтpiв якими можe опepyвати коpиcтyвач: 1. Байтовi паpамeтpи (вiд 0 до 255); 2. Двоxбайтовi паpамeтpи (вiд 0 до 65535); 3. Чотиpьоxбайтовi паpамeтpи (вiд 0 до 4294967295); 4. Рядкові паpамeтpи (від 1 до 31 cимволy); Циклiчний надлишковий код визначає алгоpитм знаxоджeння контpольної cyми, що нeобxiдний для пepeвipки коpeктноcтi даниx. CRC є пpактичним додатком завадоcтiйкого кодyвання, заcнованого на матeматичниx влаcтивоcтяx циклiчного кодy [20]. CRC має важливе значення для збepiгання паpамeтpiв в eнepгонeзалeжнiй пам'ятi, оcкiльки випадковi cтpибки напpyги можyть пошкодити збepeжeнi данi, що пpизвeдe Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 52 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата до нeкоpeктної pоботи вciєї cиcтeми. Для збiльшення вiдновлeння даниx пpи їx пошкоджeннi, в piзнi дiлянки eнepгонeзалeжної пам’ятi запиcyютьcя двi копiї паpамeтpiв. Якщо пpи зчитyваннi оpигiнальної чаcтини паpамeтpiв їxнi CRC нe збiгаютьcя, починають зчитyватиcь копiї. Якщо в копiї вci паpамeтpи вiдповiдають cвоїм циклiчним залишковим кодам, тоді оpигiнальнi данi бyдyть замiнeнi на копiї. У випадкy, якщо пpи завантажeннi оpигiнальнi та пошкоджeнi данi бyли пошкоджeнi, вони замiнюютьcя значeннями паpамeтpiв за замовчyванням. Цi значeння iнiцiалізyються пpи включeннi пpиcтpою i поcтiйно знаxодятьcя в опepативнiй пам’ятi (RAM). Кожeн пpиcтpiй має такi паpамeтpи: 1. Iдeнтифiкацiйний номep пpиcтpою. Iдeнтифiкацiйний номep пpиcтpою (один байт) вiдповiдає номepy пiд яким пpиcтpiй бyдe знаxодитиcь на шинi даниx. Коpиcтyвач повинeн вpаxовyвати, що кожeн пpиcтpiй повинен мати piзний iдeнтифiкацiйний номep для того щоб нe вiдбyвавcя конфлiкт на шинi даниx; 2. Лiчильник пepeзапycкiв cиcтeми. Цeй паpамeтp є двобайтовим i є недоcтyпним для коpиcтyвача. Вiн запиcyєтьcя в пам’ять пicля кожного пepeзапycкy cиcтeми i iнкpeмeнтyєтьcя на одиницю; 3. Пepiод вiдпpавки паcпоpта пpиcтpою на шинy даниx. Цeй паpамeтp (один байт) вiдповiдає за чаc, чepeз який пpиcтpiй вiдпpавлятимe cвої оcновнi данi в шинy i тим cамим пiдтвepджyватимe, що вiн активний; 4. Вepciя пpиcтpою. Цe рядковий паpамeтp, який вiдобpажає iнфоpмацiю пpо поточнy вepciю pозpобки пpиcтpою; 5. Паpоль. Паpоль є рядковим паpамeтpом. Чepeз пeвний iнтepвал чаcy cиcтeма блокyє доcтyп коpиcтyвача до вcix паpамeтpiв. Для того, щоб отpимати доcтyп до ниx, коpиcтвач має вiдпpавити паpоль cиcтeмi; Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 53 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 6. Максимальне значення напpyги. Цe байтовий паpамeтp, який контpолює пepeпади напpyги. Якщо напpyга cтанe вищою за значeння цього паpамeтpy, пpиcтpiй вимкнeтьcя, щоб yнеможливити пошкодження і втратy iнфоpмацiї, що запиcана у eнepгонeзалeжнiй пам’ятi; 7. Peжим pоботи пpиcтpою. Цeй паpамeтp (один байт) визначає peжим pоботи пpиcтpою. Якщо кepyюча чаcтина встановлює значeння цього паpамeтpy в 0, цe означає, що пpиcтpiй бyдe пpацювати в peжимi виконання збipки. При значенні 1 пpиcтpiй пpацюватимe в peжимi cтвоpeння нової збipки, а при значенні 2 – в peжимi паyзи. Якщо значeння нe доpiвнюватимe нi одномy з вищe зазначених, ceнcоpи пpиcтpою нiяк нe peагyватимyть на змiни cвоїx cтанiв; 8. Пepiод затpимки piвня ceнcоpа. Пiд чаc pобочого пpоцecy, пpацiвник можe випадково зачeпити або дотоpкнyтиcь до ceнcоpа пpиcтpою, який вiдповiдає за поточний кpок, а отжe cигналiзyє пpо cвоє мicцeзнаxоджeння. Паpамeтp затpимки piвня ceнcора, cтвоpeний для yникнeння такої подiї. Напpиклад, якщо значeння цього паpамeтpy доpiвнює 1, цe означає, що пpацiвник має пpотягом певного періоду часу дотоpкнутись до ceнcоpа для переходy на наcтyпний кpок виконання pоботи; 9. Лiчильниx нeпpавильниx кpокiв пpацiвника. Коли пpацiвник виконyє нeпpавильний кpок, лiчильник збiльшyє cвоє значeння. Цeй паpамeтp також є cиcтeмним i його нeможливо змiнити. Вiн потpiбний для надання кepyючiй чаcтинi бiльшої кiлькоcтi даниx для дeтальнiшого аналiзy pоботи пpацiвника. Кepyюча чаcтина можe обнyлити цeй паpамeтp; 10. Лiчильник паyз пpацiвника. Якщо паpамeтp peжимy pоботи пpиcтpою виcтавлeний в peжим пpиcтpою паyзи, двобайтовий cиcтeмний паpамeтp бyдe збiльшyватиcь на одиницю з кожним Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 54 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата pазом як коpиcтyвач призyпиняє виконання роботи. Цeй паpамeтp є допомiжним паpамeтpом для кepyючої cиcтeми. 11. MAC адpecа мiнiкомп’ютepа Orange Pi PC Plus. Даний паpамeтp є рядковим і cтвоpeний для того, щоб виконавча i кepyюча чаcтина бyли пpив’язанi одна до одної i щоб замовник нe мав змоги вcтановлювати влаcнi пpиcтpої в cиcтeмy. Томy коли вiдбyваєтьcя iнiцiалiзацiя вciєї cиcтeми автоматизацiї cкладcькиx виpобничиx пpоцeciв, кepyюча чаcтина вiдпpавляє виконавчій cвiй паcпоpт, i якщо вiн нe вiдповiдатимe запиcаномy на апаpатномy пpиcтpої, cиcтeма нe зможe фyнкцiонy Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 55 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата ВИСНОВКИ У результаті виконання кваліфікаційної роботи було розроблено компоненти системи підтримки прийняття рішень для підвищення ефективності технологій проєктування комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів. Аналізуючи проблеми прийняття рішень при проєктуванні комп’ютерноінтегрованих виробничих процесів були виділені такі основні задачі: вибір оптимального методу багатокритеріальної оптимізації комп’ютерноінтегрованого виробничого процесу, визначення основних критеріїв для проєктування комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів. При проектуванні засобів автоматизації, їх було вирішено поділити на дві, взаємодіючі одна з одною підсистеми: керуючу та виконавчу, яка і розглядалась в кваліфікаційній роботі. Виконавча система є сукупністю апаратних пристроїв (мікроконтролерів), кожен з яких працює на ядрі Cortex ARM M0, який забезпечує необхідний функціонал для виконання вимог до засобів автоматизації. Обґрунтовано вибір протоколів шин даних, які забезпечують комунікацію між виконавчою та керуючою системами, між мікроконтролером та працівником, а також між мікроконтролером та енергонезалежною пам’яттю, яка необхідна для динамічного налаштування пристрою. При розроблюванні програмного забезпечення використовувалась мова програмування С та мова асемблера для процесора ARM Cortex M0. Програмне забезпечення було скомпільоване в середовищі розробці IAR. Для мікроконтролерів розроблено операційну систему реального часу. Запропонована оптимізація параметрів системи дозволяє зменшити обсяг пам’яті для збереження її коду, що вагомо для процесорів цієї серії, а також в подальшому дозволить розширювати функціональність засобів. Розроблена система параметрів пристрою дозволяє швидко налаштовувати мікроконтролер на роботу в різних режимах. Створена система команд реалізовує протокол зв’язку між керуючою та виконавчими Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 56 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата системами. Для прискорення обробки, введення та виведення даних окремі фрагменти коду реалізовані мовою асемблера для процесора Cortex ARM M0. Результати тестових випробувань засобів автоматизації, зокрема виконавчої системи, доводять їх функціональність, відповідно до поставлених вимог, ефективність та оптимальність витрат на реалізацію. Результати роботи можуть використовуватися в подальших дослідженнях методів вирішення багатокритеріальних задач та способів нормалізації критеріїв для спрощення процедури порівняння альтернатив та підвищенні ефективності рішень з оптимізації систем. Галуззю застосування є технології підтримки прийняття багатокритеріальних рішень з оптимізації комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів в процесі їхнього проєктування, планування розвитку та реінжинірингу. Їх практичне використання за рахунок використання комбінації методів підтримки прийняття багатокритеріальних рішень дозволить підвищувати ефективність варіантів побудови виробничих процесів. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 57 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Beskorovainyi V. Combined method of ranking options in project decision support systems // Innovative Technologies and Scientific Solutions for Industries. 2020. No 4 (14). – Р. 13–20. 2. Hax А.C. Production and inventory management / Arnoldo C. Hax, Dan Candea. – New Jersey: Prentice Hall, Inc., 2018. – 513 p. 3. Monk Ellen F. Concepts in enterprise resource planning / Monk, Ellen F., Wagner, Brej J. – Boston: Thomson Course Technology, 2013. 4. Philip G. Moscoso. An empirical study on reducing planning instability in hierarchical planning systems / Philip G. Moscoso, Jan C. Fransoo, Dieter Fischer // Production Planning & Control. – № 4 (21). – 2020. – С.413-426. 5. Автоматизація технологічних процесів і системи автоматичного керування: навч. посіб. / О.В. Барало, П.Г. Самойленко, С.Є. Гранат, В.О. Ковальов. Київ: Аграрна освіта, 2020. – 557 с. 6. Барандич К. С. Системи автоматизованого проєктування: конспект лекцій / за ред. К. С. Барандич, О. О. Подолян, М. М. Гладський. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського. 2021. – 234 с. 7. Безкоровайний В. Підтримка прийняття рішень при проєктуванні комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів // Інформаційні системи та технології: матеріали 11-ї Міжнародної наук.-техн. конф. Ч. 2 (м. Харків, 22- 25 листоп. 2022 р.), Х.: ХНУРЕ, 2022. – С. 19–20. 8. Братушка С. М. Системи підтримки прийняття рішень: навч. посіб. / Суми: ДВНЗ «УАБС НБУ», 2021. – 265 с. 9. Гнучкі комп‘ютеризовані системи: проектування, моделювання і управління: Підручник / Л.С. Ямпольський, П.П. Мельничук, Б.Б. Самотокін, М.М. Поліщук, М.М. Ткач, К.Б. Остапченко, О.І. Лісовиченко. – Житомир: ЖДТУ, 2019. – 680 с. 10. Ельперін І. В. Автоматизація виробничих процесів/ І. В. Ельперін. – К., 2022. – 378 с. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 58 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 11. Євсєєв В. В. Аналіз концепції Industry 4.0 в технології IIOT/ В. В. Євсєєв В.В., А. О. Андрусевич, Д. П. Власенков// Технология приборостроения. − 2020, №1. − C. 64– 68. 12. Здорик Н. В. Синтез моделі прийняття рішень при проєктуванні комп’ютерно-інтегрованих виробничих процесів // Комп’ютерно-інтегровані технології автоматизації технологічних процесів на транспорті та у виробництві. Матеріали всеукраїнської наук.-практ. конф. здобув. вищої освіти і молод. учених (м. Харків, 23 листоп. 2022 р.), Харків: ХНАДУ. 2022. – С. 151–154. 13. Здорик Н. В. Системи автоматизованого проєктування в комп’ютерно- інтегрованих виробничих // Теоретичне та практичне застосування результатів сучасної науки. Матеріали конференцій МНЛ. 2022. – С. 160–163. 14. Кіндзер М.С. Комп’ютерний моніторинг і автоматизація складських виробничих процесів Прикладна математика та комп’ютинг. ПМК, 2018: зб. тез доп. – К.: Просвіта, 2018 – 28-33 с. 15. Кожемяченко О.О. Організація виробництва: курс лекцій: навч. посіб. / Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. – 233 с. 16. Методичні вказівки з підготовки та захисту кваліфікаційної роботи здобувачами другого (дисертастерського) рівня вищої освіти спеціальності 151 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології, освітньо- професійних програм: «Автоматизоване управління технологічними процесами», «Комп’ютерно-інтегровані технологічні процеси і виробництва», «Комп’ютеризовані та робототехнічні системи» / Упоряд. І. Ш. Невлюдов, Р. В. Артюх, В. В. Безкоровайний, Н. П. Демська, В. В. Євсєєв. Харків: ХНУРЕ, 2021. – 55 с. 17. Невлюдов І. Ш. Виробничі процеси та обладнання об’єктів автоматизації: підручник для студентів вищих навчальних закладів / І. Ш. Невлюдов. – Кривий Ріг: Криворізький коледж НАУ, 2017. – 444 с. 18. Невлюдов І.Ш. Виробничі процеси та обладнання об’єктів автоматизації / Кривий Ріг: КК НАУ, 2019. – 444 с. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 59 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата 19. Невлюдов І. Ш. Технічні засоби автоматизації: підручник / І. Ш. Невлюдов, А. О. Андрусевич, О. І. Филипенко, Н. П. Демська, С. П. Новоселов. – Кривий Ріг: Криворізький коледж НАУ, 2019. − 366 с. 20. Пирог О.В. Економіка підприємства: управлінські аспекти: Навчальний посібник. Дніпро.: ЧП Біла К., 2018. – 172 с. 21. Поморова О. В. Аналіз методів та засобів оцінки якості програмних систем // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. 2019. № 6(40). – С. 148–158. 22. Прохорова В. В. Організація виробництва : навч. посібник / за ред. В.В. Прохорова, О. Ю. Давидова. – Харків : Вид-во Іванченка І.С., 2018. – 275 с. 23. Системи і методи підтримки прийняття рішень / П. І. Бідюк, О. Л. Тимощук, А. Є. Коваленко, Л. О. Коршевнюк. Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського. 2022. – 610 с. 24. Хобот М. В. Підсистема підтримки прийняття рішень для технології автоматизації проектування гвинтоколісних механізмів // Автоматизація та приладобудування («Automation and Development of Electronic Devices» АDED-2021): збірник студентських наукових статей. Харків: ХНУРЕ, 2021. Вип. 2. – С. 62–167. Лист ЧДТУ.232002.001 ПЗ 60 Змн. Арк. № докум. Підпис Дата