Системы автоматизированного проектирования упаковочного производства - Бобров В.И.

Автор: Бобров В.И.
Теги: технология обработки без снятия стружки в целом: процессы, инструмент, оборудование и приспособления общая технология основы промышленного производства автоматизация упаковочное производство
ISBN: 5-8122-0858-1
Год: 2006
Похожие
Системы автоматизированного проектирования (САПР) технологических процессов швейного производства
Технологий литейного производства
Основы литейного производства
Основы сварочного производства
Текст
                    Системы автоматизированного
проектирования
УПАКОВОЧНОГО
в.и. БОБРОВ
ПРОИЗВОДСТВА
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство но образованию
Московский государственный университет печати
В. И. Бобров
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ УПАКОВОЧНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Учебное пособие
Допущено УМО по образованию
в области полиграфии и книжного дела
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальности
261201.65 «Технология и дизайн упаковочного
производства»
Москва
2006
УДК 621.798
ББК 30.61
Б72
Реценз с н т ы:
НФ. Ефремов, доктор технических наукг профессор (МГУП);
В. А. /Медведев, кандидат технических наук, профессор (МГУПП)
Бобров В. И.
Ь7 2	Системы автоматизированного проектирования упаковоч-
ного производства: Учеб, пособие / В. И. Бобров; Моск. гос.
ун-т. печати. — М.: МГУП. 2006. — 314 с.: ил.
ISBN 5-8122-0858-1
В учебном пособии рассмотрены принципы построения САПР производ-
ственны» систем и изделий упаковочного производства. Описаны основные
этапы и циклы комплексного проектирования, методы анализа технологичес-
ких систем, методы решения задач с помощью компьютера, комплексные мо-
дели качества. Большое внимание уделено математическому обеспечению
процедур анализа и синтеза проектных решений.
11редназн.*чено для студентов высших учебных заведений, обучающих-
ся по специальности 261201.65 < Технология и дизайн упаковочного произ-
водства».
УДК 621.798
ББК 30.61
ISBN 5-8122-0858-1
© Бобров В. И., 2006
© Московский
государстве 11 н ы й
унивс рситет печати, 2006
ПРЕДИСЛОВИЕ
В пособии изложен учебный материал по дисциплине «Системы
автоматизированного проектирования упаковочного производства»
в соответствии с программой указанного курса для студентов, обуча-
ющихся по специальности 261201 «Технология и дизайн упаковочно-
го производства».
Включение в образовательный стандарт указанной дисципли-
ны явилось следствием объективных причин. Конец XX и начало
XXI в. характеризуются бурным развитием информационных техно-
логий, которые пронизывают все сферы производственной деятель-
ности, в том числе и проектирование упаковочного производства. В
этот период наблюдается динамическое развитие производства упа-
ковки как за рубежом, так и в России. Разработка прогрессивных ре-
шений нуждается в совершенствовании методики их принятия па
основе использования современных математических методов и вы-
числительной техники, более четкой регламентации деятельности
исполнителей. В основе такой организации процесса проектирования
лежат методы системного анализа, научно обоснованного прогнозирова-
ния, учета многообразных факторов и условий, непосредственно влияю-
щих на качество выполняемых проектов, повышение точнос ти и досто-
верности исходных данных, унификация и стандартизация проектных
решений, разработка нормативов проектирования и оценочных показа-
те чей. Система обеспечения качества предусматривает оценку проектных
решений на всех стадиях разработки проекта. Она реализуется с помо-
щью программного и технического обеспечения.
Создание и использование систем автоматизированного проек ти-
рования (САПР) — новое направление в проектировании упаковоч-
ного производства.
В настоящем учебном пособии автор предпринял попытку систе-
матизировать и обобщить результаты, полученные в области созда-
ния САПР производств и изделий в различных отраслях. В нем рас-
сматриваются общие подходы, методы и алгоритмы процесса проек-
тирования производств, которые положены в основу их автоматиза-
3
ции на определенных этапах проектирования и которые могут быть
использованы в упаковочном производстве.
Следует отметить полное отсутствие учебной литературы по САПР
упаковочного производства. Учебники и учебные пособия, выпущен-
ные в конце 80-х — начале 90-х годов прошлого века, носят в основ-
ном отраслевой характер, не отражают особенности проектирования
упаковочного производства. Данное учебное пособие в некоторой сте-
пени восполняет этот пробел.
Пособие состоит из семи глав.
В главе 1 приведены понятия и определения системы автоматизи-
рованного проектирования упаковочного производства, объектов
проектирования и автоматизации, виды САПР. Глава 2 посвящена
общим вопросам построения САПР упаковочного производства. В
главе 3 излагаются этапы проектных решений. В главе 4 даны опреде-
ления и характеристики производственного процесса, рассмотре-
ны методы структурного синтеза производственной системы, осно-
вы выбора и принятия технологических решений, методы оценки
эффективности производственных систем.
В главе 5 представлено описание технического обеспечения
САПР упаковочного производства. Глава 6 посвящена математичес-
кому обеспечению проектных решений, включает описание мето-
дов математического программирования для расчета оптимальных
параметров производственных систем, методов решения задач про-
ектирования производства с использованием аппарата теории сис-
тем массового обслуживания и статистического и имитационного
моделирования. Здесь кратко изложены математические основы
компьютерной графики. В главе 7 содержатся сведения о специали-
зированном программном обеспечении САПР упаковки из картона и
САПР упаковочного производства и технологических процессов.
1. ПОНЯТИЕ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ УПАКОВОЧНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
1.1.	Определение САПР
Системы автоматизированного проектирования уже многие годы
широко используются в промышленно развитых странах, в том чис-
ле и в России. Многочисленные аспекты создания, построения и ис-
пользования САПР регламентированы государственными стандарта-
ми и руководящими документами.
В ГОСТ 23501.0-79 «Системы автоматизированного проектирова-
ния. Основные положения» дано следующее определение: «САПР
представляет собой организационно-техническую систему, состоя-
щую из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимо-
связанного с подразделениями проектной организации, и выполня-
ющую автоматизированное проектирование».
Не устанавливая однозначно состав системы, стандарт определя-
ет два принципиальных ее свойства, а именно: 1) САПР — организа-
ционно-техническая система, в которой комплекс средств автомати-
зации (КСА) взаимосвязан с подразделениями проектной организа-
ции; 2) САПР выполняет проектирование.
В состав САПР входят и проектировщики, ибо без них никакая
автоматизированная (не автоматическая) система не может функци-
онировать, тем более во взаимосвязи с другими подразделениями
организации. Проектировщики являются одновременно и пользова-
телями САПР.
Правомерно ли в таком случае относить проектировщиков к
САПР? Правомерно, так как САПР — система автоматизированного, а
не автоматического проектирования. Это значит, что часть операций
проектирования всегда будет выполняться человеком. В совсршен-
5
пых системах доля работ, выполняемых человеком, будет меньше, но
содержание работ будет более творческим, а роль человека — более
ответственной.
Такое понимание САПР полностью соответствует формулировке
стандарта и позволяет сделать следующие весьма важные практичес-
кие выводы: 1) САПР в целом не может быть создана вне предприя-
тия, на котором будет использоваться, и не может быть тиражирова-
на; 2) тиражировать для использования другими предприятиями мож-
но средства автоматизации проектирования.
1.2.	Понятие проектирования, объекты
проектирования и автоматизации
Из определения САПР следует, что целью ее функционирования
является проектирование. Что же такое проектирование с точки зре-
ния физической сущности выполняемых процессов? Дадим упрощен-
ный, но точный ответ: проектирование — это процесс переработки
информации, приводящий к получению полного представления о
проектируемом объекте и способах его изготовления. Итак, проек-
тирование объекта - это процесс создания проекта, т. е. прототипа,
прообраза предполагаемого или возможного объекта.
Проектирование начинается при наличии потребности общества
в некоторых объектах, каковыми могут быть объекты строительства,
промышленные изделия или технологические процессы. Проекти-
рование включает разработку технического предложения и/или тех-
нического задания (ТЗ), отражающих эти потребности, и реализа-
цию ТЗ в виде проекта, представленного в принятой форме проект-
ной документации.
Идеальная схема функционирования САПР может быть представ
лена цепочкой:
техническое задание на проектирование (ТЗ) —> КСА + проек-
тировщики —> проект (ПР) в виде проектной документации.
Проектирование — один из наиболее сложных видов интеллекту-
альной работы, выполняемой человеком. Более того, процесс проек-
тирования сложных объектов не под силу одному человеку и выпол-
няется творческим коллективом. Это, в свою очередь, делает процесс
проектирования еще более сложным и трудно поддающимся форма-
лизации. Для автоматизации такого процесса необходимо четко
знать, что в действительности он собой представляет и как выполня-
6
ется разработчиками Только получив ответы на эти вопросы, можно
приступить к выбору или созданию инструментальных средств, авто-
матизирующих данный процесс. Опыт свидетельствует, что изучение
процессов проектирования и их формализация давались специали-
стам с большим трудом, поэтому автоматизация проектирования
всюду осуществлялась поэтапно, охватывая последовательно новые
проектные операции. Соответственно поэтапно создавались новые
и совершенствовались имевшиеся средства автоматизации проек-
тирования. В некоторых публикациях поэтапное и скачкообразное
развитие автоматизации проектирования объясняется только харак-
тером развития средств вычислительной техники В действительно-
сти эти факторы взаимосвязаны.
Что же является объектом автоматизации в САПР?
Понятие «автоматизация» означает замену действий человека в
технологическом процессе энергией неживой природы. Следователь-
но, объектом автоматизации в проектировании являются работы, дей-
ствия человека, которые он выполняет в процессе проектирования
Л то, 41 о проектируют, называют объектом проектирования.
При создании предприятия (типографии) или его реконструкции
объектами проектирования являются участок, цех, предприятие (ти-
пография) по производству упаковки. При технологической подго-
товке производства — изделия (тара и упаковка), технологическая
оснастка, технологические процессы изготовления изделий. Такие
же объекты призвана проектировать САПР.
1.3.	Виды САПР
Принято подразделять САПР отраслей промышленности на сис-
темы функционального, конструкторского и технологического про-
ектирования. Системы функционального проектирования называют
системами расчетов и инженерного анализа или системами САЕ
(Computer Aided Engineering). Системы конструкторского проекти-
рования называют системами CAD (Computer Aided Design). Проек
тирование технологических процессов составляет часть технологи-
ческой подготовки производства и выполняется в системах САМ
(Computer Aided Manufacturing). Многие прикладные программы
проектирования упаковки построены на базе систем CAD и САМ.
Функции координации работы систем CAE/CAD/CAM, управление
7
проектными данными и проектированием возложены на систему уп-
равления проектными данными PDM (Product Data Mamagement).
Классификация САПР осуществляется но ряду признаков, напри-
мер по объекту проектирования, приложению, целевому назначе-
нию, масштабам (комплексности решаемых задач), характеру базо-
вой подсистемы.
В соответствии с объектами автоматизированного проектиро-
вания различают САПР изделий (QUIP И), САПР технологических
процессов изготовления изделий (САПР ТП), САПР технологичес-
кой оснастки (САПР ТО), САПР производственных систем (САПР
ПС), САПР объектов строительства (САПР ОС).
В условиях реального производства все виды систем автоматиза-
ции (СА) взаимодействуют друг с другом. Так, САПР ТП входит в ав-
томатизированную систему технологической подготовки производ-
ства (АСТПП). В то же время АСТПП, САПР ТО и САПР И являются
составными частями автоматизированной системы технической под-
готовки производства (АСТП), которая включается совместно с ав-
томатизированной системой научных исследований (АСНИ) в авто-
матизированную систему управления производством (АСУП). Взаи-
модействие указанных систем осуществляется путем обмена инфор-
мацией как в виде обычных документов, так и в машинных кодах по
локальной сети и сети Интернет или записанной на машинных носи-
телях (дискетах, дисках, флэш-драйвах).
По приложениям наиболее представительными и широко исполь-
зуемыми являются следующие группы САПР: САПР для применения
в отраслях общего машиностроения, их часто называют машиностро-
ительными САПР или системами MCAD (Mechanical CAD); САПР
для радиоэлектроники — системы ECAD (Electronic CAD) или EDA
(Electronic Design Automation); САПР в области архитектуры и
строительства — системы ArchiCAD (Architectural CAD); САПР упа-
ковки — система MarbaCAD и др.
По целевому назначению различают САПР и подсистемы САПР,
обеспечивающие разные аспекты (страты) проектирования.
По масштабам различают отдельные программно-методические
комплексы (ПМК) САПР.
По характеру базовой подсистемы различают следующие
виды САПР:
САПР на базе подсистемы машинной графики и геометрического
моделирования. Эти САПР ориентированы на приложения, где ос-
новной процедурой проектирования является конструирование, т. е.
8
определение пространственных форм и взаимного расположения
графических объектов. К этой группе сисл ем о гносится большин-
ство САПР в области проектирования упаковки и планировки уча-
стков предприятий, например AutoCAD, Impact CAD/CAM,
MarbaCAD, Score! CAD;
САПР на базе системы управления базой данных (СУБД). Они
ориентированы на приложения, в которых при сравнительно неслож-
ных математических расчетах перерабатывается большой объем дан-
ных. Такие САПР преимущественно встречаются в технико-экономи-
ческих приложениях, например при проектировании бизнес-планов;
САПР на базе конкретного прикладного пакета. Фактически это
автономно используемые ПМК, например имитационного моделиро-
вания производственных процессов, расчета прочности по методу
конечных элементов. Примерами могут служить программы логичес-
кого проектирования на базе языка VHDL, математические пакеты
типа MathCAD, MathLab;
комплексные (интегрированные) САПР, состоящие из совокуп-
ности подсистем предыдущих видов, например комплекс прогрим
много обеспечения компании Esko-Graphics, программы ArtPro,
ArtiosCAD.
1.4.	Модель процесса проектирования
Объекты проектирования не являются объектами автоматизации
проектирования. В производственной практике объектом автомати-
зации проектирования является вся совокупность действий проек-
тировщиков, разрабатывающих изделие, технологический процесс,
организацию производства и оформляющих результаты разработок
в виде конструкторской, технологической и эксплуатационной доку-
ментации. Очевидно, что содержание и последовательность действий
проектировщиков при разработке различных видов изделий и про-
цессов могут существенно различаться, и все же процессы проекти-
рования любых объектов содержат много одинаковых или подобных
операций, если рассматривать их с формальной стороны — как опе-
рации обработки информации.
Данное обстоятельство позволяет формализовать значительную
часть проектных операций и выбрать или разработать средства для
их автоматизации. Для этого создается описательная модель всего
процесса проектирования, в которой он делится на ряд этапов и под-
этапов в зависимости от степени проработки решаемых вопросов.
9
Каждый этап де пят на виды работ по функциональному признак) (как
правило, соответствующему специализации проектировщика), а
виды, в свою очередь,— на проектные операции, идентичные по тех-
нологии выполнения, например: поиск информации в справочниках,
выполнение арифметических операций с числовыми данными, под-
готовка чертежей, формирование текстовых документов и т. п.
Разделив процесс на этапы и операции, можно описать их с помо-
щью математических методов и определить инструментальные сред-
ства для их автоматизации. Затем необходимо рассмотреть выделен-
ные проектные операции и средства автоматизации в комплексе и
найти способы сопряжения их в единую систему, отвечающую постав-
ленным целям.
Контрольные вопросы
1.	Определение САПР, цель ее функционирования.
2	Определение понятий «проектирование» и «автоматизация».
3.	Что является объектом проектирования в САПР упаковочного про-
изводства?
4	Что является объектом автоматизации в САПР упаковочного произ-
води тва?
5.	Виды и классификация САПР.
6.	Содержание модели процесса проектирования.
2.	ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ УПАКОВОЧНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
2.1.	Архитектура САПР и описание ее элементов
Под архитектурой системы понимают ее структуру САПР упако-
вочного производства во многом аналогична любой другой промыш-
ленной системе. В обоих случаях она имеет определенную структуру
и состав основных звеньев.
Дисциплина, которая исследуетсложныс системы, их проектиро-
вание называется системотехникой. В теории систем и системотех-
нике введен ряд базовых понятий и терминов.
Система— множество совместно действующих элементов, находящих-
ся в отношениях и связях между собой и образующих некоторую цело-
стность, предназначенную для выполнения определенных функций.
Элемент—часть системы, предназначенная для выполнения опре-
деленных функций и рассматриваемая при проведении анализа как
единое целое
Подсистема — часть системы (подмножество элементов и их взаи-
мосвязей), которая имеет свойства системы.
Надсистема— система, по отношению к которой рассматриваемая
система является подсистемой.
Структура — отображение совокупности элементов системы и их
взаимосвязей. Понятие с груктуры отличается от понятия самой сис-
темы тем, что при описании структуры принимают во внимание лишь
типы элементов и связей без конкретизации значений их параметров.
Как и любая сложная система, САПР состоит из подсистем. Разли-
чают проектирующие и обслуживающие подсистемы.
Проектирующая подсистема непосредственно выполняет проектные
процедуры. Примерами проектирующих подсистем могут служить
подсистемы технологических расчетов, геометрического моделиро-
11
вания упаковки, планировки производственных цехов и участков,
изготовления конструкторской документации.
Обслуживающие подсисвммы обеспечивают функционирование про-
ектирующих подсистем. Их совокупность часто называется систем-
ной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими
подсистемами являются подсистемы управления проектными данны-
ми, подсистемы разработки и сопровождения программного обеспе-
чения, обучающие подсистемы для освоения пользователями техно-
логий, реализованных в САПР.
В более полном виде материально-технической базой, инструмен-
тальной основой САПР является взаимосвязанная совокупность сле-
дующих семи видов обеспечения: технического; математического;
программного; информационного; лингвистического; методическо-
го; организационного.
Инструменты САПР решают задачи, традиционно решавшиеся
проектировщиками — работниками интеллектуального труда По мере
совершенствования средств САПР все больший объем интеллектуальной
работы проектировщика передается инструментам САПР: это построе-
ние математических моделей объектов проектирования, анализ, синтез,
моделирование, трассировка соединений элементов ПС. В то же время
проектировщик по-прежнему решает все проектные задачи, отдавая ин-
струментам САПР только рутинную, утомительную часть своего груда.
Современные инструменты САПР должны строиться таким образом,
чтобы исключить традиционного посредника между проектировщиком
и ЭВМ — математиков-программистов. Повышение функциональных
способностей инструментов САПР в этом отношении сводится к пере-
ходу от инструментов первых поколений САПР с посредниками к инст-
рументам проектировщика. Быстрое изменение номенклатуры и усло-
вий функционирования объектов проектирования приводит к необхо-
димости приспосабливать инструменты САПР к вновь возникающим
процедурам проектирования. Это свойство адаптации должно быть за-
ложено в САПР и во все ее компоненты, особенно в математические
методы, алгоритмы и системную часть программного обеспечения.
САПР организована как человеко-машинная система, предостав-
ляющая проектировщику инструменты на всех этапах проектирования.
В основе архитектуры САПР ПС лежит блочно-иерархический
принцип, который в свою очередь опирается на принципы иерархи-
ческой подчиненности и организационно методического включения
отдельных компонентов САПР.
Один из вариантов архитектуры САПР ПС представлен на рис. 2.1.
Здесь в состав САПР входят только три вида основного обеспечения
из семи: техническое, информационное и npoi раммное.
12
Рие, 2.1. Архитектура САПР 1IC
Каждое обеспечение САПР ПС строится как трехуровневая ветвь
дерева. На верхнем уровне ветви «технические средства» размещает-
ся центральный вычислительный комплекс (ЦБК), осуществляющий
переработку информации, поступающей от расположенных па вто-
ром уровне иерархии рабочих станций проектировщиков (разработ-
чиков, конструкторов, технологов, испытателей).
Рабочие станции (PC) получают информацию от терминалов про-
ектировщиков (ТП), установленных непосредственно на рабочих
местах в каждой самостоятельной группе проектировщиков.
2.2.	Виды обеспечения
2.2.1.	Техническое обеспечение
Лёхпическое обеспечение включает различные аппаратные сред-
ства персональные рабочие станции проектировщиков, ЭВМ, пери-
ферийные устройства (принтеры, сканеры, серверы, плоттеры,
графопостроители, сетевое коммуникационное оборудование, линии
связи, измерительные средства).
Требования к техническим средствам САПР ПС сформированы
на основании анализа объемов, состава, приемов обработки и хране-
ния информации, перерабатываемой в САПР ПС.
2.2.2.	Математическое обеспечение
Математическое обеспечение (МО) САПР включает математические
модели объекта проектирования, методы, алгоритмы и программы.
На математическом обеспечении как на фундаменте строя гея ос-
новные компоненты САПР — пакеты прикладных программ (ППП).
Представляя весь объем работ по созданию ППП в виде пирамиды,
на нижнем ее уровне разместим математические модели, методы. На
следующем — алгоритмы и только на самой последней ступени — про-
граммы. Составление программ представляет собой запись на при-
нятом языке программирования алгоритма. Достаточно опытный
программист совмещает две верхние ступени программы, разраба-
тывая вычислительный алгоритм, а затем записывает его на алгорит-
мическом языке программирования Фортран, Паскаль, Бейсик,
MathLab, MathCad, Marie, Eureka, Derive, Mathematika, Simular и др.
Поэтому обычно 70% времени создания ППП — программного про-
14
дукта — занимает математическое обеспечение и 30% — составление
самих программ.
Математическая модель —это система математических соотноше-
ний: аналитических — в виде уравнений, графических - в виде струк-
турных схем и пи графов, табличных — в виде таблиц, описывающих
изучаемый процесс или явление.
Математические модели производственных систем (ПС) можно
классифицировать по степени детализации ПС как сложной систе-
мы в соответствии с трехуровневой иерархической схемой. Тогда
выделяются следующие три уровня математических моделей (ММ)
ММ всей ПС как сложной системы, ММ устройств ПС как отдельных
подсистем, ММ элементов устройств.
На самом верхнем уровне при описании ПС применяются гра-
фы, модели в виде марковских процессов. На уровне устройств
ПС применяются модели в виде марковских или полумарковских
процессов. Широко распространенными ММ многих устройств
и элементов ПС являются обыкновенные дифференциальные
уравнения, в общем случае нелинейные, стохастические, с запаз-
дывающим элементом. Из этих уравнений как частные случаи
получают линейные дифференциальные уравнения, уравнения
статики, кинематические уравнения и др.
Метод — путь исследования или способ решения задачи, включа-
ющий совокупность теории и приемов, содержащих логику и обосно-
вание решения задачи. Из метода решения вытекают алгоритмы.
Алгоритм представляет собой последовательность арифметических,
логических и аналитических операций, составленных с учетом возмож-
ностей реализации на ЭВМ и оценки погрешностей вычислений.
Математические методы и алгоритмы. Рассмотрим классифика-
цию качественного состава методов и алгоритмов. Одним из возмож-
ных подходов к классификации методов является их разбиение по
отношению к ЭВМ на эвристические, машинно-ориентированные и
классические методы, «чисто» машинные и машинно-аналитические.
Эвристические методы (ЭМ) основаны на интуиции и опыте разра-
ботчика ПС. В настоящее время ЭМ получили развитие благодаря
внедрению диалоговых режимов работы «человек — ЭВМ», развитию
методов по распознанию образов, методов факторного эксперимен-
та и т. д. Структурно ЭМ функционируют по схеме, представленной
на рис. 2.2, а.
15
Машинно-ориентированные методы - это методы, реализуемые на
ЭВМ в результате составления соответствующего вычислительного
алгоритма и программы.
Машинная ориентация классических методов позволяет значи-
тельно ускорить процесс решения задачи. Структурно машинно-ори-
ентированные методы представлены на рис. 2.2, б.
Результат
I ЭВМ 1
ZZEZ
Программа
Вычислительный
алгоритм
Рис. 2.2. Функциональные схемы методов
Машинные методы - это новые методы, которые без ЭВМ не име-
ют смысла и созданы для решения задач на ЭВМ (рис. 2.2, в). К ним
относятся методы математического, полунатурного и имитационно-
16
го моделирования, решения задач численного анализа, синтеза, иден-
тификации, методы расчета и машинной обработки больших массивов
информации. Только благодаря машинным методам появилась реальная
возможность исследовать и проектировать сложные системы, в том
числе ПС и их устройства, в сжатые сроки и с требуемым качеством.
Машинно-аналитические методы включают как аналитические про-
цедуры, так и машинные решения, а также операции, представлен-
ные на структурной схеме (рис. 2.2, г). При таком подходе оказывает-
ся возможным получать в аналитическом виде математические моде-
ли исходной системы, зависимости между характеристиками процес-
сов в объекте проектирования и его параметрами, что открывает
широкие пути для дальнейших исследований и в то же время сокра-
щает затраты машинного времени на реализацию всех вариантов
численного анализа при «чисто» машинных методах.
Математическое обеспечение САПР ПС включает:
методы и алгоритмы проектирования и обеспечения технологич-
ности конструкции изделия;
методы и алгоритмы разработки технологических процессов;
методы и алгоритмы конструирования ПС, их подсистем и эле-
ментов;
методы и алгоритмы проектирования средств технологического
оснащения.
По отношению к объекту моделирования выделяют методы и ал-
горитмы:
1)	моделирования — ПС, участков, устройств, элементов;
2)	анализа — компоновки, качества, точности;
3)	синтеза — структуры, параметров, оптимального;
4)	обработки -стационарных процессов, нестационарных процессов;
5)	расчета — участков, устройств, элементов.
По отношению к математическим моделям:
1)	линейные, нелинейные;
2)	детерминированные, стохастические;
3)	непрерывные, дискретные;
4)	с постоянными параметрами, с переменными параметрами; с
распределенными параметрами;
5)	одномерные, многомерные;
6)	аналитические, имитационные.
При описании процесса функционирования сложных объектов и
систем, к которым принадлежит ПС, используют блочно-иерархический
метод представления их математических моделей.
17
Моделирование. Процесс исследования какого-либо явления на
математической модели и ее построения называется математическим
модели рован ием.
Па верхнем уровне описания ПС рассматривается как система вза-
имодействующих участков и устройств: единиц технологического
оборудования, роботов, складов, автоматизированного транспорта
и г. д. На этом уровне ПС может быть описана в виде непрерывно-сто-
хастических моделей (НСМ), относящихся к моделям систем массового об-
служивания (СМО) .
На следующем уровне описания ПС каждая единица оборудования
рассматривается как система взаимодействующих элементов, кото-
рая может быть описана детерминированными дискретными моде-
лями и дискретно-стохастическими моделями.
На этапе формализации процесса функционирования ПС в каче-
стве аппарата для построения дискретных моделей используется те-
ория автоматов. На основании этой теории ПС представляется в виде
автома та, ко торый обрабатывает дискретные объекты или дискрет-
ную информацию и меняет свои внутренние состояния лишь в допу-
стимые моменты времени.
Дискретно-стохастические модели ПС строятся с использованием
теории вероятностных (стохастических) автоматов. Вероятностный
автомат определяется как дискретный потактовый преобразователь
объектов обработки, функционирование которого в каждом такте за-
висит только от состояния памяти в нем и может быть описано стати-
стически. Схемы стохастических автоматов можно использовать при
разработке методов проектирования дискретных систем, в том числе
и ПС, проявляющих статически закономерное случайное поведение,
для решения задач синтеза по выбранному критерию дискретных сто-
хас гических систем, удовлетворяющих заданным ограничениям
Методы математического моделирования делятся на аналитичес-
кие и алгоритмические. Аналитическое моделирование предполагает
использование математической модели реального объекта в форме
алгебраических, дифференциальных, интегральных и других уравнений,
связывающих входные переменные с выходными, дополненных сис-
темой ограничений (в виде равенств или неравенств), а алгоритми-
ческое моделирование — в форме алгоритмов.
Основной формой системного анализа эффективности слож-
ных технических систем является имитационное исследование,
проводимое в рамках имитационных моделей, реализуемых на
цифровых ЭВМ.
18
При имитационном моделировании алгоритмическая модель воспро-
изводит процесс функционирования системы во времени. При этом
имитируются элементарные явления, составляющие процесс, с со-
хранением их логической структуры и последовательности проте-
кания во времени. Это позволяет по исходным данным получить
сведения о состояниях процесса в определенные моменты време-
ни, что дает возможность оценить характеристики надежности и
производительности системы.
Метод имитационного моделирования позволяет решать задачи
анализа систем, включая задачи оценки вариантов структуры систе-
мы, эффективности различных алгоритмов управления системой,
влияния изменения различных параметров системы. Имитационное
моделирование может быть использовано для параметрического и
структурною синтеза систем.
Реализация имитационных моделей возможна с использованием
универсальных языков программирования (Фортран, Паскаль и др.),
специализированныхязыков моделирования (SimScript, GPSS, Simular
и др.), а также систем имитационного моделирования (СИМФОР,
СИМПЛ, СЛЭНГ, НЕДИС и др.). Для моделирования могут использо-
ваться универсальные (ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ) и персональные ЭВМ.
2.2.3.	Лингвистическое обеспечение
Лингвистическое обеспечение содержит языки общения между
проектировщиком и ЭВМ, языки программирования и языки обме-
на данными между техническими средствами САПР. Это совокупность
языков проектирования, предназначенных для общения человека с
техническими и программными средствами автоматизации в процес-
се проектирования. Кроме того, к лингвистическому обеспечению
относится и различная специфичная терминология, содержащаяся
в документах методического обеспечения САПР.
Значение лингвистического обеспечения в САПР определяется
тем, что оно основано на применении проектировщиком, специали-
стом в своей предметной области, инструментов САПР. Инструмен-
ты САПР в процессе их создания и применения включают специаль-
ные языки различного уровня, обеспечивающие выдачу заданий и
директив по их выполнению, перемещение массивов информации,
передачу распоряжений о расположении информации в определен-
ном разделе памяти ЭВМ и т. д.
19
Существующие операционные системы ЭВМ нс предназначены
для непосредственного общения неквалифицированного пользо-
вателя, которым является проектировщик, с ЭВМ на языке, близком
к естественному языку, которым пользуется инженер, и требуют про-
межуточного звена в виде программистов и операторов, формулиру-
ющих задания на языке операционной системы. Таким образом, воз-
никает потребность в специализированных проблемно-ориентиро-
ванных языках (ПОЯ), предоставляющих неквалифицированному
пользователю широкие возможности непосредственного управления
заданиями и работы с массивами информации при использовании
терминологии, употребляемой в инженерной практике.
Лингвистическое обеспечение САПР ПС должно включать языки
управления (сервисные, языки директив), информационные языки
описания различных объектов проектирования (ПС, их подсистем и
элементов), языки ввода-вывода графической информации, а также язы-
ки управления банком данных. Такие языки требуют разработки транс-
ляторов и интерпретаторов, обеспечивающих преобразование инфор-
мации из описания на внешнем языке в описание на внугреннем языке
ЭВМ, а также на промежуточных языках—Мнемокод и языках програм-
мирования универсального назначения (Фортран, Паскаль, СИ и др.).
Сервисный язык общения проектировщика с системой является основ-
ным средством общения с САПР и включает распоряжения, отдавае-
мые системе, и запросы о ее состоянии. С помощью сервисного язы-
ка осуществляются ввод и вывод информации, распределение пото-
ков информации внутри системы, передача директивных указаний
при управлении работой системы, моделирование отдельных этапов
проектирования ПС.
Основной структурной единицей сервисного языка является опе-
ратор— синтаксическое выражение, составленное по известным пра-
вилам из средств данного языка и несущее опсративтгую информацию
о выполнении в системе определенной операции. Каждому операто-
ру соответствует определенная подпрограмма или последователь-
ность подпрограмм. С помощью операторов языка пользователь име-
ет возможность получать сведения о наличии необходимой инфор-
мации в системе, осуществлять ввод-вывод информации при помо-
щи задаваемых технических средств.
Информационные языки являются основным средством описания
широкого класса объектов проектирования (ПС, их устройств и эле-
ментов), а также объектов документации (чертежей, формуляров,
графиков) и различных справочных данных. С помощью информа-
20
ционных языков осуществляется ввод и вывод информации об объек-
тах проектирования и их форме, размерах, компоновках, различных
числовых характеристиках, особенностях изображений.
2.2.4.	Программное обеспечение
Программное обеспечение (ПО) САПР ПС включает компонен-
ты общего и специального назначения.
К общему ПО относятся операционные системы (ОС) ЭВМ; сете-
вые операционные системы; комплексы программ технического об-
служивания; пакеты прикладного программного обеспечения, расши-
ряющие возможности ОС.
Специальное ПО, организованное в прикладные программные па-
кеты, — это совокупность программ, направленных на выполнение
функций, реализация которых осуществляется в рамках САПР И,
САПР ТП и САПР ПС.
Операционные системы ЭВМ представляют собой совокупность
системных программ, освобождающих человека от технической ра-
боты с машинными языками, от процедур, связанных с распределе-
нием ресурсов, управлением внешними устройствами, редактирова-
нием, загрузкой в память ЭВМ, и других посреднических операций
между человеком и ЭВМ.
Распространенными операционными системами ЭВМ являются
MS Windows, Macintosh OS (Mac OS) и OS UNIX.
Операционная оболочка MS Windows — это разработанная фирмой
Microsoft надстройка над операционной системой DOS, обеспечивающая
большие возможности и удобства для пользователей и программистов.
Третья версия MS Windows, выпущенная в 1990 г., стала опреде-
ляющей для IBM PC-совместимых компьютеров. Операционная сис-
тема MS Windows предоставила возможность миллионам пользовате-
лей персональных компьютеров перейти на графический интерфейс.
Этот инструментарий для программирования с такими элемента-
ми, как динамические библиотеки, файлы ресурсов, позволил произ-
водителям программных продуктов быстро переориентировать па-
кеты программ для работы под управлением операционной оболоч-
ки Windows. Уже к концу 1990 г. можно было оснастить компьютер
почти полным комплектом разнопланового программного обеспече-
ния, поддерживающего MS Windows от языка программирования до
электронных таблиц и текстовых редакторов.
21
Операционная система Macintosh OS. Операционные системы для
компьютеров семейства Macintosh фирмы Apple с самого начала
отличались свойствами, присущими Windows: графическим интер-
фейсом, многозадачностью, использованием большой опера-
тивной памяти. Развитие Macintosh OS шло линейно без особых
эксцессов и без конкуренции со стороны других производителей
программного продукта (в отличие от DOS и Windows, которым про-
тивостоят такие системы, как DR DOS фирмы Quarterdek и GeoWorks
Ensemble фирмы Geoworks).
Итак, операционная система Mac OS семейства компьютеров
Macintosh фирмы Apple является «многозадачной», обеспечивает
использование большой оперативной памяти, что создаст благопри-
ятные условия при функционировании графического интерфейса.
Эта операционная система может эффективно применяться в учеб-
ном процессе при решении задач САПР в упаковочном производстве.
Операционная система UNIX, старейшая из рассматриваемой груп-
пы, создавалась как ОС для мини-ЭВМ. Она является многопользова-
тельской и многозадачной (32-разрядной). В основном UNIX исполь-
зуется как операционная система для рабочих станций. Однако сей-
час наблюдается ее проникновение как в область персональных ком-
пьютеров, так и в область больших машин. Основным производите-
лем операционной системы UNIX является фирма SanSoft (подраз-
деление компании Sun Microsystems).
В настоящее время выбор среди сетевых ОС происходит преиму-
щественно между тремя основными операционными системами —
UNIX, Windows NT и Novell Netware.
Областью применения ОС UNIX остаются корпоративные сети
со стеком протоколов TCP/IP. Отличительные свойства UNIX — вы-
сокая надежность и возможность легкого масштабирования сети. ОС
Windows NT предназначена для работы в сетях клиент — сервер, она
ориентирована преимущественно на рабочие группы и средние но
масштабам сети. ОС Novell Netware пока сохраняет свои позиции в
небольших сетях. Она состоит из серверной части и оболочек Shell,
размещаемых в клиентских узлах.
Прикладное программное обеспечение. Прикладное програм-
мное обеспечение представляет собой систему управления пакетами
прикладных программ (ППП) — комплексом программ, предназна-
ченных для решения определенного класса задач проектирования,
связанных между собой единой проектной процедурой (например,
ППП проектирования упаковки, ППП построения математических
22
моделей ПС, ППП анализа, ППП компоновки и т. д.). ППП также
разделены по разрядам проектировщиков и на следующем уровне по
названиям отдельных инструментов САПР. Аналогично строятся
иерархические ветви всех остальных видов обеспечении САПР.
Программное обеспечение САПР ПС представлено тремя основ-
ными частями:
программной системой, рассчитанной на проектировщиков ПС;
системой программирования с использованием специализиро-
ванных языков, ориентированной на проектировщиков и про-
граммистов, проектирующих ПС;
ПО формирования новых методов, алгоритмов и программ про-
ектирования и функционирования ПС, рассчитанных па разра-
ботчиков САПР ПС.
Основная программная система, ориентире ванная на проектиров-
щиков ПС, включает:
программы организации диалога «человек — вычислительная си-
стема»;
программы объединения объектов проектирования в группы;
программы сортировки объектов и параметров объектов;
программы редактора входных данных;
программы формирования результирующих массивов;
программы построения кортежа признаков объекта и среды;
программы поиска;
программы выбора решений;
программы анализа решении;
программы синтеза решений;
трансляторы ввода данных об объектах и среде;
программы формирования выходных документов.
Само по себе появление компьютеров не упрощало математичес-
кие рас четы, а лишь позволяло повысить скорость их выполнения и
сложность решаемых задач. Однако пользователям ПК. прежде чем
начинать такие расчеты, нужно было изучать сами компьютеры, язы-
ки программирования и довольно сложные методы вычислений, при-
менять и подстраивать под свои цели программы для решения рас-
четных задач на языках Бейсик или Паскаль. Поневоле ученому, ин-
женеру, математику приходилось становиться программистом. Такая
практика стала исчезать лишь после появления интегрированных
математических программных средств доя научно-технических расче-
тов — CAE-систем. Это системы Eureka, MathLab, MathCAD, Marie V,
Derive, Mathematica и др.
23
Функции CAE-систем связаны с проектными процедурами анализа,
моделирования, оптимизации проектных решений. В состав САЕ-
систем включаются программы для выполнения таких процедур, как:
моделирование полей физических величин, в том числе анализ проч-
ности, который чаще всего выполняется методом конечных элемен-
тов; расчет состояний моделируемых объектов и переходных процес-
сов в них средствами макроуровня; имитационное моделирование ПС
на основе моделей массового обслуживания и сетей Петри.
В основные функции прикладных программ CAM-систем входят: раз-
работка технологических процессов; моделирование процессов об-
работки; синтез управляющих программ для технологического обо-
рудования; расчет норм времени обработки; расчет программ выпус-
ка продукции; расчет количества материалов; расчет загрузки обору-
дования; расчет численности работающих; расчет производственных
площадей и др.
В основные функции CAD-систем входят:
для двумерного (2D) проектирования: черчение; оформление
конструкторской документации;
для трехмерного (3D) проектирования: получение трехмерных
геометрических моделей; метрические расчеты; реалистическая
визуализация; взаимное преобразование 2D- и 3D моделей.
В некоторых системах предусмотрено также выполнение проце-
дур позиционирования. К ним относят компоновку и планировку (раз-
мещение оборудования), проведение соединительных и транспорт-
ных трасс, раскладку изображений на листе.
Широкое распространение в России и за рубежом получила
CAD-система компании Autodesk. Линия современных программ-
ных систем конструкторского проектирования фирмы Autodesk
включает системы, среди которых наиболее развитой следует счи-
тать AutoCAD Mechanical Desktop. Линейный ряд программ AutoCAD
является базой, на которой построены многие специализированные
программы по конструированию и дизайну упаковки.
Среди программ CAD-систем среднего уровня неплохо зарекомен-
довали себя системы отечественных разработчиков — это прежде
всего системы «Компас» компании «Аскон» и Т-Flex CAD компании
«Тон Системы».
В САПР Cadmech 2000 белорусской компании «Иптермех» входят
программы AVS для выпуска конструкторской документации, Techcard
для технологической подготовки производства, LCAD для планиро-
вания производственных цехов и участков. Для собственного конст-
24
рукторского ЗП-проектирования «Интермех» использует программы
компании Autodesk.
Из специализированных пакетов прикладных программ для про-
ектирования упаковки следует отметить пакеты Impact, MarbaCAD,
ArtPro, ArtiosCAD и др. Для автоматизированного проектирования
технологических процессов и организации производства использу-
ются пакеты прикладных программ HIFLEX одноименной компании,
Printnet известной компании MAN Roland и др. Более полный пере-
чень специализированных прикладных программ для проектирова-
ния и художественного дизайна упаковки, проектирования оснастки
и процессов на этапе технологической подготовки полиграфическо-
го производства упаковки представлен в гл. 7.
2.2.5.	Информационное обеспечение
Информационное обеспечение САПР ПС состоит из базы данных,
системы управления базой данных (СУБД), а также включает другие
данные, используемые при проектировании. Вся совокупность дан-
ных называется информационным фондом САПР, а база данных вме-
сте с СУБД носит название банка данных.
В базу данных входят информационные компоненты всех инстру-
ментов САПР — ее подсистем, которые содержат описания типовых
проектных процедур, типовых элементов ПС, комплектующих изде-
лий, материалов, а также научно-техническую информацию предмет-
ной области, данные о технологических процессах, методики
проектирования ПС, их подсистем и элементов и др.
Например, информация о технологическом оборудовании вклю-
чает технические характеристики, геометрические параметры, вари-
анты компоновок различных типов оборудования. База данных мо-
жет расширяться за счет пополнения новыми данными.
Для работы с базами данных — записи, корректировки массивов и
их расширения — используется система управления базами данных.
2.2.6.	Методическое обеспечение
Методическое обеспечение САПР охватывает проведение работ
в целом и выделение э гапов последовательного выполнения проект-
ных процедур (операций), расчетных и конструкторских задач, ме-
тодику их описания, а также методику кодирования задач и проекти-
рования. Полное описание проектной процедуры состоит из целево-
го, информационного и операционного описаний.
25
Системно-целевое описание проектной процедуры задачи имеет своим
объектом задачу в целом как систему; преобразующую исходную ин-
формацию в требуемые выходные параметры. Цель системно-целе-
вого описания—дать краткую формулировку постановки задачи, ха-
рактеристику способа и метода ее решения; зафиксировать исполь-
зуемую проектную схему и принятые ограничения. Описание дол-
жно содержать краткую формулировку исходных положений по-
становки задачи. Центральным моментом является фиксация пра-
вил, соответствующих именно той программе решения задачи, ко-
торая будет заложена в соответствующий инструмент САПР. С изме-
нением или полной заменой программы должно соответственно из-
меняться и системно-целевое ее описание.
Описание составляется по следующим пунктам: наименование и
код задачи; описание объекта проектирования; схема функциониро-
вания объекта; цель проектирования; проектная схема и условия про-
ектирования; метод проектирования; область допустимого использо-
вания и ограничения; трудоемкость и периодичность проектирова-
ния; нормативно-справочная литература.
В информационном описании рассматриваются входы и выходы про-
ектной процедуры, преобразующей информацию. Его цель — дать
характеристику состава и типа информации, используемой при ре-
шении той или иной проектной процедуры задачи. Описание исполь-
зуется для построения информационной модели проектной проце-
дуры и включается в информационный анализ для оценки объема
перерабатываемой информации, установления состава базы данных,
подготовки задания на разработку системы диалога проектировщи-
ка с ЭВМ. Информационное описание выполняется в виде перечня
исходных (задаваемых) параметров, рабочих (промежуточных) пе-
ременных и результатов проектной процедуры. Все параметры рас-
пределяются по группам, в том числе:
1)	группа «объект» (модель объекта проектирования) — парамет-
ры, характеризующие размеры и форму объекта проектирования,
например размеры фрагментов конструкции элемента ПС, коор-
динаты первоначальной привязки деталей конструкции ит. д.;
2)	группа «функционирование» — параметры, характеризующие
функциональные возможности, например скорость перемещения
звеньев робота, точность его позиционирования, число степеней
подвижности и др.;
3)	группа «материалы» — параметры, характеризующие физичес-
кие свойства материалов и рабочих сред, например модуль упругос-
26
ти, плотность и предел текучести какого-либо материала, химичес-
кий состав материала и др.;
4)	группа «технологический процесс» — параметры, характеризу-
ющие процесс изготовления объекта;
5)	группа «нагрузки» — параметры, характеризующие силы и мо-
менты, которые действуют на объект проектирования;
6)	группа «координатная сетка» — параметры, характеризующие
принятую систему координат или расчетную сетку, например шаги
расчетной сетки по координатным осям.
При помощи специальных кодов (признаков) предусматривают-
ся отметки о типе информации.
Будем различать следующие типы информации:
по системному принципу: системная (относящаяся к САПР ПС в
целом и используемая во многих задачах, решаемых инструмен-
тами САПР), локальная (относящаяся только к данной задаче),
базовая (входящая в банк данных САПР);
по назначению информации — справочная, нормативная, рабо-
чая (промежуточная), исходная, конечная (выходная);
по размерности массивов: скалярная, векторная.
Кроме того, предусматривается отображение следующих видов
документов: печать цифровая, печать текстовая, печать алфавитно-
цифровая, чертеж, график.
Информационное описание выполняется в виде таблиц но указан-
ным выше группам параметров со следующими графами:
1)	порядковый номер в пределах каждой группы отдельно;
2)	общепринятое, по возможности краткое наименование величи-
ны (для массивов отдельно указываются границы изменения индексов);
3)	обозначение данной величины, принятое при описании алго-
ритма, а также идентификатор переменной в программе;
4)	физическая размерность переменной;
5)	порядок числовых значений или пределы изменения величины;
6)	признак принадлежности параметра вводу' или выводу;
7)	классификатор, содержащий другие признаки типа информации.
Отдельно указывается перечень графической и табличной инфор-
мации, используемой в расчетах или при проектировании объекта.
Операционное описание задачи должно содержать последователь-
ность операций, которые нужно выполнить, чтобы получить проект-
ное решение. В зависимости от сложности задачи операционное опи-
сание может быть кратким или полным. В последнем случае оно вклю-
чает принципиальную блок-схему этапов решения задачи, правила и
27
последовательность решения задачи (в том числе правила подготов-
ки исходных данных и оформления результатов); послеоперацион-
ную блок-схему решения задачи; для оптимизационных задач — опи-
сание целевой функции и ограничений.
Принципиальная блок-схема отражает основные этапы решения за-
дачи и наиболее крупные операции, излагаемые преимущественно в виде
текста с упоминанием только основных физических переменных.
Операционная последовательность решения отличается от алгорит-
ма тем, что включает неформализованные операции (например, графи-
ческие построения, интуитивный — эвристический — выбор решений и
т. д.). Поэтому в операционной последовательности выделяются: опера-
ции вычисления параметров, поиска параметров по таблице, чертежу,
графику; определение параметра с помощью неформализованной опе-
рации; операции проверки различных условий; замкнутые циклы опе-
раций и блоки операций, используемые неоднократно.
Составление операционного описания осложняется тем, что ис-
пользуемая в неавтоматизированных проектных процедурах после-
довательность операций не всегда бывает формализованной в доста-
точной степени. В связи с этим допускается составление описания в
свободной форме с использованием расчетных бланков и таблиц и в
формализованном виде — в форме алгоритма, пригодного для созда-
ния программы.
К правилам проектирования отнесены правила, по которым вы-
полняются неформализованные операции, не приводящиеся к фор-
мулам или алгоритмам (разбиение ПС на подсистемы, оценка прием-
лемости вариантов проектируемых объектов по нескольким крите-
риям и т. д.). Основные требования к описанию правил — четкость и
однозначность.
2.2.7. Организационное обеспечение
В состав организационного обеспечения САПР входит следую-
щая совокупность компонентов: положение о САПР; дополнитель-
ные инструкции для работников службы САПР; штатное расписа-
ние подразделения САПР и другие документы, регламентирующие
организационную структуру, функции подразделений и порядок их
взаимодействия.
Организационное обеспечение САПР определяется составом и
функциями взаимодействующих при автоматизированном проекти-
ровании подразделений в проектной организации. Наряду с подраз-
28
делениями, которым присущи традиционные формы, при проекти-
ровании объектов в условиях функционирования САПР должны быть
созданы группы специалистов с новыми функциями. В зависимости
от выполняемых функций специалисты делятся на группы: проекти-
рующую, обеспечивающую и организующую.
В проектируй иную группу входят специалисты, непосредственно осу-
ществляющие проектные процедуры и операции инструментами САПР.
Обеспечивающая группа должна состоять из специалистов, выпол-
няющих функции по поддержанию работоспособности САПР в процес-
се эксплуатации. Основными функциями ее сотрудников являются:
информационное обслуживание — накопление, хранение, изме-
нение информации на машинных носителях, необходимой для
осуществления или повышения эффективности процесса проек-
тирования ПС;
обслуживание и поддержание работоспособности компонентов
технического, программного и информационного обеспечения
и САПР в целом;
хранение и размножение проектно-конструкторской документа-
ции на машинных носителях.
Организующая группа включает специалистов, осуществляющих
функции по организации и управлению созданием и развитием САПР.
При создании организационного обеспечения необходимо:
пересмотреть положения о проектных подразделениях, их штат-
ные расписания, должностные инструкции проектировщиков;
разработать порядок рассмотрения и передачи проектной доку-
ментации с учетом новых машинных носителей информации;
разработать положения о новых (обеспечивающих и организую-
щих) подразделениях, их штатные расписания и должностные
инструкции специалистов;
разработать порядок взаимодействия новых подразделений с
проектными подразделениями и другие компоненты, например
взаимодействие с АСУП.
Контрольные вопросы
1.	Понятия «система», «элемент», «подсистема», «надсистема», «подси-
стема», «структура», «проектирующая подсистема», «обслуживающие
подсистемы».
2.	Виды обеспечения САПР.
3.	Принцип построения САПР.
4.	Содержание технического обеспечения.
5.	Содержание математического обеспечения.
29
6.	Содержание программного обеспечения.
7.	Содержание информационного обеспечения.
8.	Содержание лингвистического обеспечения.
9.	Содержание методического обеспечения.
10.	Содержание организационного обеспечения.
11.	Общее и специальное программное обеспечение.
12.	Операционные системы.
13.	Основные функции прикладных программ CAD-систем.
14.	Основные функции прикладных программ САМ-систем.
15.	Основные функции прикладных программ САЕ-систем.
3.	ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЦЕССА
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
3.1.	Структура и содержание процесса
проектирования упаковочного производства
3.1.1.	Этапы, виды и содержание проектных работ
упаковочного производства
Проектирование производства осуществляется в две стадии. На
первой стадии разрабатывается технический проект, на второй ста-
дии — рабочий проект. В том случае, когда для разработки проекта
используются типовые проектные решения, проектирование может
производиться в одну стадию, в течение которой разрабатывается
рабочий проект. Проектированию предшествует предпроектная под-
готовка. Завершает систему проектных работ этап внедрения.
На этапе предпроектной подготовки формируется общая кон-
цепция производства, проводится комплексное исследование (или
изучение) объекта проектирования на основе маркетингового под-
хода, разрабатывается технико-экономическое обоснование произ-
водства, утверждается техническое задание на проектирование.
На этапе технического проектирования разрабатываются основные
принципы функционирования производства, организации и управления.
Работа па этом этапе ведется на основе утвержденного техничес-
кого задания.
На этапе рабочего проектирования создается комплекс рабочей
документации.
Задание на проектирование предприятия составляется заказчиком
проекта с привлечением специалистов, проектирующих технологию
31
производства. В задании приводятся основные данные и показатели,
предусмотренные в перечнях разрабатываемых проектов.
Задание должно содержать следующие исходные данные:
1)	наименование проектируемого предприятия;
2)	обоснование проектирования;
8) вид строительства (новое строительство, реконструкция, рас-
ширение, техническое перевооружение);
4)	район, пункт и площадка строительства;
5)	номенклатуру и объем производства (производительность) или
другие показатели, определяющие проектную мощность предприятия;
6)	производственное и хозяйственное кооперирование в составе
промышленного узла, в которое входит проектируемое предприятие;
7)	технологическую схему, организацию производства с учетом
основных направлений в проектировании предприятий;
8)	режим работы предприятия (сменность работы, продолжитель-
ность каждой смены, принятые для данного проекта);
9)	задание на использование в проекте (рабочем проекте) научно-
технических достижений в области технологии производства, обо-
рудования, строительных конструкций и материалов;
10)	требования по механизации и автоматизации производствен-
ных процессов, автоматизации управления технологическими про-
цессами и предприятием, а также научной организации труда;
11)	исходные положения для разработки мероприятий но защит е
окружающей природной среды.
Одновременно с заданием на проектирование выдаются материа-
лы для проектирования инженерных разделов: архитектурно-плани-
ровочное задание, строительный паспорт на площадку застройки,
условия для присоединения к городским инженерным сетям, сведе-
ния о существующей застройке и т. п.
Заданием на проектирование технологии производства является
промзадание на продукцию предприятия.
Промзадание составляется в виде таблиц отдельно на каждый вид
продукции, в которых даются номенклатура продукции, ее количе-
ственные и качественные (технические) показатели. Объем произ-
водства по каждому виду продукции определяется в печатных лис-
тах, печатных листах-оттисках, краскооттисках и экземплярах го-
товой продукции.
По совокупности количественных и технических характеристик
продукции, указанных в промзадании, проектируются способы ее
изготовления, техническое оснащение производства.
32
При реконструкции, расширении, техническом переоснащении
производства в дополнение к промзаданию на продукцию для проек-
тирования технологии необходимы:
технологические планы действующего полиграфического пред-
приятия;
сведения об имеющемся и заказанном оборудовании, которое мо-
жет быть использовано в проекте;
строительные планы и разрезы действующих производственных
корпусов; характеристика несущей способности перекрытий;
документы, разрешающие пристройку корпусов или надстройку
этажей.
В ходе разработки технического проекта широко используется
имитационное и математическое моделирование для выбора и обо-
снования принципиальных проектных решений.
3.1.2. Задачи и этапы проектирования производственных
систем
При структурном синтезе элементов производственной системы
с заранее заданными свойствами необходимо решить задачу обеспе-
чения требуемых свойств всей композиции элементов в производ-
ственных подразделениях. С целью эффективного решения проект-
ных задач желательно сип тезировать производственные системы из
унифицированных элементов, что сокращает время на проектирова-
ние и повышает качество проекта.
При проектировании цехов и участков на каждом этапе приходит-
ся одновременно решать технологические, экономические и органи-
зационные задачи, тесно связанные между собой.
В состав технологических задач входят:
формирование требований к производственной системе исходя
из ее назначения;
анализ производственной технологичности изготавливаемых из-
делий с точки зрения использования автоматических средств
производства;
проектирование технологических процессов;
определение станкоемкости или машиноемкости операций;
установление типажа и количества основного и вспомогательно-
го оборудования, а также технологической оснастки;
определение состава и числа работающих;
определение норм расходов материала;
33
расчет площадей автоматизированных участков и цехов;
разработка заданий для строительного, сантехнического и энер-
гетического проектирования;
разработка задания на программное обеспечение производства.
Экономические задачи включают:
расчет себестоимости и рентабельности выпуска изделий;
определение удельных приведенных затрат, размеров основных
и оборотных фондов;
составление калькуляции;
решение вопросов финансирования и др.
Организационные задачи включают:
разработку структуры управления, выбор принципа формирова-
ния структурных подразделений цеха;
научную организацию труда и его охраны, документооборот;
организацию взаимодействия структурных подразделений, кон-
троль хода производства и управление им и т. д.
В методологические основы проектирования помимо выбора кри-
териев оценки качества проектных решений входит и разработка
структурно-функциональных, алгоритмических, параметрических и
плани ровочн ы х м оделе й.
Используя основные принципы декомпозиции сложных систем,
в первую очередь производят построение структурной и функцио-
нальной моделей.
Структурная модель отражает состав и взаимосвязь элементов про-
изводственной системы, а функциональная модель — свойства элемен-
тов системы, необходимые для выполнения ими своего назначения.
Разработав структурно-функциональные модели, переходят к по-
с троению алгоритмических моделей, которые отражают последователь-
ность взаимодействия элементов в процессе функционирования про-
изводственной системы. На следующем этапе проектирования стро-
ят параметрические, модели, представляющие собой уравнения матери-
ально-энергетического баланса, на основании которых определяют
количественные значения каждого элемента и взаимосвязи между
физическими параметрами элементов производственной системы.
На окончательном этапе решают задачу построения планировоч-
ных моделей, отражающих размерные связи между отдельными эле-
ментами производственной системы чаще всего в метрике эвклидо-
ва пространства.
Положив в основу указанные выше методологические принципы
разработки проекта автоматизированных участков и цехов, можно пред-
ложить последова тельность проектирования, приведенную на рис. 3.1.
34
Исходные
данные
Проект ирова ние
основной
системы
Проектирование
втомогателъи ых
систем
Синтез
прои уин)сгплечми
системы
Рис. 3 1. Алгоритм проектирования производственной системы:
/ — программа выпуска; 2 — габариты, масса и материал изделий;
?— параметры качества изделий; 4 — режим работы производства;
5	— группирование изделий; оценка технологичности изделий;
6	— разработка технологических процессов изготовления изделий;
7	— определение типажа основного оборудования; 8— расчет машиноемкости
и трудоемкости операций; 9 — определение количества основного
оборудования; 10 — разработка требований к условиям работы оборудования;
11	— составление заданий на нестандартное оборудование;
12	— проектирование си« гемы инструментообеспечения;
13	— проектирование системы контроля качества изделий;
14	— проектирование складской системы; 75 — проектирование системы
охраны труда; 16— разработка производственных маршрутов изготовления
изделий; /7 — выбор принципа формирования структурных подразделений;
18 — выбор состава производственных подразделений; 19— определение
состава и количества оборудования в структурных подразделениях;
20— расчет площадей производственных подразделений; 21 — расчет
площади цеха и его габаритных размеров; 22 — компоновка цеха;
23 — построение схемы размещения оборудования в производственных
подразделениях; 24 — проектирование транспортной системы;
25 — проектирование системы технического обслуживания;
26— проектирование системы управления и подготовки производства;
27 — планировка оборудования в производственных подразделениях и в
цехе; 28— определение состава и количества работающих в подразделениях
и в цехе; 29 — окончательное формирование схемы материальных,
энергетических и информационных потоков; 30— расчет технико-
экономических показателей проекта; 31 — выбор наилучшего варианта
проекта; 32 — разработка заданий по строительной, сантехнической
и энергетической частям
35
По исходным данным, которые определены из условий функцио-
нирования цеха и участка, приведенных в техническом задании на
проектирование, производят построение основной системы. Для
этого выполняют следующие виды проектных работ: оценивают тех-
нологичность конструкции изделий в условиях автоматизированно-
го производства; разрабатывают технологические процессы изготов-
ления изделий, определяют типаж основного оборудования и его
количество. На заключительном этапе разрабатывают требования к
условиям работы технологического оборудования и задания на про-
ектирование нестандартного оборудования.
Проектирование вспомогательных систем выполняют в той же
последовательности, что и основной системы. Например, при про-
ектировании системы инструментообеспечения необходимо реали-
зовать следующие этапы: установить структуру и функции каждого
подразделения в системе инструментообеспечения; разработать про-
цессы, протекающие в ней, на основании их определить состав и ко-
личество оборудования в системе инструментообеспечения; разра-
ботать планировочное решение.
На базе разработанных производственных маршрутов изготовле-
ния изделий формируют всю производственную систему путем син-
тезирования основных и вспомогательных систем и установления
единой системы материальных, энергетических и информационных
связей в пространстве и во времени, реализуемых впоследствии со-
ответственно транспортной системой, системой технического обслу-
живания и системой управления и подготовки производства. В осно-
ву формирования структурных подразделений, их состава, выбора
оборудования, а также построения схемы размещения оборудования
закладывают разработанные схемы материальных потоков.
Каждый вариант проектного решения производственной систе-
мы формируется путем однократного прохождения всех блоков схе-
мы. При многократных циклах разрабатывают несколько вариантов,
причем каждый последующий вариант проектного решения разраба-
тывается только после анализа результатов предыдущего проектно-
го решения. Оптимальный вариант решения выбирают по принятой
системе критериальной оценки. Число вариантов зависит от уровня
унификации проектных решений, сложности объекта проектирова-
ния и уровня автоматизации проектных операций.
36
В качестве исходных данных для синтезирования производ-
ственной системы в условиях автоматизированного проектирова-
ния принимают:
математическое описание целевой задачи с указанием свойств
проектируемой системы;
производственные маршруты изготовления изделий с описани-
ем всех процессов, протекающих в основных и вспомогательных
подразделениях;
ограничения на показатели системы;
технические характеристики принятого производственного обо-
рудования.
На основании анализа условий работы и структуры производствен-
ных подсистем определяют взаимные материальные, энергетические и
информационные связи между ними, а также требования к условиям их
работы. С этой целью выполняют анализ функций основной и вспомо-
гательных подсистем в наиболее вероятных режимах работы, по резуль-
татам которого формулируют диапазоны изменения параметров подси-
стем и требования к компоновочным и планировочным решениям.
Синтез производственной системы представляет собой многосту-
пенчатую задачу, причем на каждой ступени формируется несколько
конкурирующих вариантов. Общность синтезов при создании различ-
ных производственных подразделений системы позволяет унифици-
ровать проектирование и создать сквозную САПР автоматизирован-
ных участков и цехов.
Принятые методологические принципы положены в основу созда-
ния сквозных и непрерывных САПР производственных систем, кото-
рые должны иметь следующую базу, нормативное и технологическое
обеспечение; систему критериальной оценки для выбора методов реше-
ния проектной задачи и анализа результатов ее решения; обоснованную
последовательность проектирования с учетом взаимосвязей между' от-
дельными этапами проектирования; эффективную орх'анизационную
основу, обеспечивающую оперативное управление процессами проек-
тирования. Все это позволяет создать эффективные САПР, отвечающие
требованиям к качеству проектирования, в заданные сроки.
3.1.3.	Этапы и содержание проектирования
технологических процессов
Разработка технологических процессов (ТП) является сложной
комплексной задачей, требующей учета разнообразных факторов. В
основу разработки ТП закладывается технико-экономический прип-
37
цип, предполагающий изготовление изделий в полном соответствии
с их эксплуатационными свойствами, задаваемыми в конструктор-
ской документации и технических условиях, при наименьшей себес-
тоимости.
Основы методологии разработки ТП отражены в стандартах Единой
системы технологической подготовки производства (ЕСТПП). Общие
правила разработки ТП изложены в рекомендациях Р50-54-93-88.
Разрабатываемые ТП должны быть прогрессивными, обеспечивать
повышение производительности труда и качества изготавливаемых
изделий, сокращение трудовых и материальных затрат, выполнение
всех требований безопасности труда, а также быть экологически чис-
тыми, без вредных, недопустимых воздействий на окружающую среду.
По назначению ТП разделяют на рабочие (с ориентацией на кон-
кретные производства с их оборудованием в соответствии с тради-
циями) и проектные, ориентированные на перспективное развитие.
В зависимости от количества наименований изделий (одно изде-
лие, группа однотипных и разнотипных изделий) ТП разделяют на
три вида: единичные, типовые и групповые.
По степени детализации содержания ТП согласно Единой систе-
ме технологической документации (ЕСТД) различают ТП маршрут-
ные, операционные и маршрутно-операционные. Общими для назван-
ных видов ТП являются этапы их разработки.
Для разработки ТП установлены следующие основные этапы в
соответствии с рекомендациями Р50-54-93-88:
1.	Анализ исходных данных.
2.	Выбор действующего типового, группового ТП или поиск ана-
лога единичного процесса.
3.	Выбор исходной заготовки и метода ее изготовления.
4.	Выбор технологических баз.
5.	Составление технологического маршрута изготовления детали.
6.	Разработка технологических операций.
7.	Нормирование ТП.
8.	Разработка программ для машин с числовым программным уп-
равлением (ЧПУ).
9.	Разработка технологических инструкций.
10.	Разработка технических заданий на специальную технологичес-
кую оснастку и инструмент.
11.	Разработка заданий на специальное оборудование.
12.	Определение требований экологии и безопасности жизнедея-
тельности.
38
13.	Расчет экономической эффективности ТП.
14.	Оформление ТП и технологической документации.
Для разработки ТП необходимо располагать определенной исход-
ной информацией — базовой, руководящей и справочной.
К базовой информации относятся данные, содержащиеся в конструк-
торской документации на изделие и в плановом задании на его вы-
пуск: например, допуски и посадки, марка материала, вид обработки,
покрытия, технические условия и другая информация содержатся в
чертеже изделия; годовая программа выпуска изделий, количество
запасных частей, режим работы предприятия — в плановом задании.
Руководящая информация включает данные, содержащиеся в стан-
дартах всех уровней на ТП, оборудование и оснастку'; в производствен-
ных инструкциях по экологии и безопасности жизнедеятельности.
Справочную информацию составляют данные, содержащиеся в опи-
саниях прогрессивных методов обработки; документации на действу-
ющие типовые процессы; каталогах, номенклатурных справочниках
прогрессивного технологического оборудования и оснастки; техно-
логических нормативах (режимы обработки, припуски, нормы рас-
ходов материалов и др ); методиках расчета экономической эффек-
тивности и точности; технологических классификаторах изделий,
деталей, полуфабрикатов и операций.
При проектировании маршрутного ТП из возможных вариантов
последовательности выполнения операций необходимо выбрать раци-
ональный маршрут обработки или план операций, а при проектирова-
нии операционного ТП выбрать рациональную (или оптимальную)
последовательность выполнения переходов для каждой операции.
При маршрутном ТПн число задач завершающего этапа войдут: оп-
ределение возможного состава оборудования и инструментов и выбор
оптимального (рационального) состава; расчет межоперационных
припусков, дотгусков и размеров; определение состава и квалификации
исполнителей; нормирование операций; расчет технико-экономичес-
ких показателей маршрутного ТП; формирование маршрут них карт.
При операционном ТП~ определение возможного состава перехо-
дов для каждой операции и выбор оптимальной (рациональной) пос-
ледовательности их выполнения; определение возможного состава
инструментов и выбор оптимальных (рациональных) параметров;
определение возможных схем наладок инструментов и выбор опти-
мальной (рациональной) для каждой операции; расчет режимов и
точности обработки; нормирование переходов; расчет технико-эко
39
комических показателей операционного ТП; формирование опера-
ционных карт.
Основой для определения оптимальных (или рациональных) мар-
шрутов (планов операций) и планов переходов в каждой операции
являются типовые маршрутные и операционные ТП, анализ конст-
руктивно-технологических характеристик изделий, а также анализ
единичных ТП действующего производства для изделии, имеющих
конструктивно-технологическую общность с изделиями, для которых
разрабатывается ТП. Кроме того, должны быть учтены тип произ-
водства, ограничения по использованию оборудования (если они
есть), опыт и традиции отрасли или доводы изготовителей.
С появлением персональных ЭВМ и программно-технических
средсл в обработки графической информации круг решаемых техно-
логических задач значительно расширился и стало возможным объ-
единять различные этапы конструкторской и технологической под-
готовки производства в интегрированные системы автоматизирован-
ного проектирования, которые еще называют CAD/САМ системами.
Организационно-технические системы, ориентированные на ком-
плексную автоматизацию проектных работ в сфере технологической
подготовки производства, в настоящее время называют САПР ТП.
Однако они на различных предприятиях могут существенно отличать-
ся друг ог друга, в первую очередь по уровню автоматизации.
При автоматизации низшего уровня автоматизировано только офор-
мление технологической документации (маршрутные, операционные
карты и другие документы). Бланки технологических карт выводят-
ся на экран монитора, и технолог в режиме диалога заполняет этот
документ, используя заранее подготовленные формы, формулиров-
ки операций и переходов и сведения о технологическом оснащении,
представляемые в электронном виде.
Автоматизация среднего уровня достигается, когда дополнитель-
но создаются и используются базы данных, проектные и расчет-
ные модули. Чем больше заполнена база данных, тем эффектив-
нее работает САПР ТП. Работа проектных модулей основана на
использовании информационно-поисковой системы (ИПС), при
этом условия поиска формирует технолог, используя режим диало-
га на этапе ввода исходной информации и оценки промежуточных и
окончательных решений.
Расчетные модули, например модули расчета припусков, режимов
обработки и норм времени, начинают работать, когда сформирова-
ны базы данных с нормативно-справочной информацией.
40
Автоматизация высокого уровня достигается при заполнении базы
данных. В этом случае становится возможным автоматизированное
принятие сложных логических решений, связанных, например, с
выбором структуры процесса и операций, назначением технологи-
ческих баз и другими подобными задачами. Процесс принятия таких
решений полностью автоматизировать не удается, поэтому режим
диалога частично остается на третьем уровне автоматизации.
Проектирование в САПР ТП представляет собой сложный про-
цесс переработки конструкторской информации, заданной в черте-
же изделия, полуфабриката и детали, в технологическую, которая
затем фиксируется в документации. Наибольший эффект от приме-
нения систем третьего уровня достигается при совместном исполь-
зовании подсистем автоматизации конструирования (САПР К) и тех-
нологического проектирования (САПР ТП). Для этого используют-
ся специальные программные комплексы-конверторы, которые об-
разуют графические модели изделия, полуфабриката и детали.
3.1.4.	Состав проекта производственной системы
Проект ПС состоит из следующих разделов: задание на проекти-
рование; исходные данные проекта; технологический раздел; архи-
тектурно-строительный раздел; энергетический раздел; автоматизи-
рованная система управления; сметная стоимость проекта.
Модель проектирования упаковочного производства представля-
ет собой последовательную цепь событий, при которых происходит
разработка проектных решений одними участниками проектирова-
ния и передача необходимых сведений по принятым решениям дру-
гим участникам (рис. 3.2). Общее число воздействий определяет слож-
ность проекта и трудоемкость его разработки. Воздействия можно
разделить на существенные, определяющие проектные решения уча-
стников проектирования, и несущественные, требующие учета их
наличия. Так, воздействия технологического раздела являются суще-
ственными для строительного и инженерно-технического или энер-
гетического раздела. Воздействия же этих разделов не влияют на сущ-
ность технологического раздела, и их требования состоят в обеспе-
чении соответствующих объемно-планировочных решений по энер-
гообеспечению. В связи с этим рассмотрим более подробно этапы
проектирования технологической части проекта.
41
Рис. 3.2. Модель проекта производственной системы
Технологическое проектирование упаковочного производства
складывается из трех этапов: проектирования технологического ком-
плекса, разработки технических средств и создания системы управ-
ления. Эти этапы должны быть взаимосвязаны, что обусловливается
высокой сложностью создаваемого объекта и необходимостью ис-
пользования при проектировании методологии системного подхода.
В процессе проектирования в определенной последовательности
преобразуется информация о структуре и характеристиках матери-
альных потоков предметов и средств труда; о компонентах производ-
ственной системы, включая автоматизированную транспортно-склад-
скую систему (АТСС); о компоновке объектов ПС; о процессах функ-
ционирования и т. д.
При проектировании производственных систем существует до-
вольно жесткая связь между этими компонентами. Например, струк-
тура и характеристики материальных потоков предметов труда (ма-
териалы, заготовки, полуфабрикаты и др.) и методы их преобра-
зования в 1 отовые изделия оказывают влияние на состав и специали-
зацию технологических участков и АТСС.
42
Структура и характеристика материальных потоков определяю!
организацию и специализацию производственных участков. Общая
структура материальных потоков предметов и средств труда во взаи-
мосвязи с технологическим процессом определяют структуру и тех-
нологию АТСС.
В свою очередь, структура ПС и АТСС и состав грузопотоков оп-
ределяют компоновочные решения и организацию процессов функ-
ционирования ПС. Приведенная на рис. 3.3 функциональная струк-
тура проектирования основывается на реализации следующих этапов:
структурного анализа изделий и технологических процессов; анали-
за и синтеза производственных систем; синтеза пространственных
структур; синтеза процессов функционирования и управления.
На основании структурного анализа изделий и технологических
процессов определяется характеристика материальных потоков и
создаются предпосылки для оптимизации грузопотоков, выбора ва-
риантов транспортных средств и специализации, технологических
и транспортно-складских систем.
При определении параметров ПС и объектов, входящих в нее,
используют результаты процедуры «Анализ структуры изделий и тех-
нологических процессов;'
Основные задачи процедуры: определение типа, параметров и
количества транспортно-складской тары, оптимизация размеров
транспортных партий деталей и количества кассет; оптимизация схем
маршрутов и объемов грузопотоков; определение структуры и основ-
ных параметров накопительно-складских систем (участки разгрузки,
перегрузки, укладки, загрузки, локальные накопители основных и про-
межуточных складов); оптимизация типового состава технических
средств транспортно-складских сис гем и основных их характеристик,
моделирование типовых струкгур ПС с учетом алгоритмов функцио-
нирования технических средств автоматизации производственных
процессов. Предусматривается оптимизация по локальным критери-
ям (коэффициенты загрузки технологического оборудования, транс-
портно-накопительных и складских средств; интенсивность и себе-
стоимость перемещения грузов, приведенные затраты и т. д.).
Основная цель процедуры «Синтез пространственной структуры
ПС» состоит в решении трех взаимосвязанных задач (объем, компо-
новка и планировка). Решение задачи «Объем» предусматривает не
только определение габаритных размеров объектов, создаваемых на
основе строительных унифицированных секций (сетка колонн, про-
леты и др.), но и поиск рационального разделения пространства внут
43
/руппирование
деталей
Определение состава шДглий
Анализ
структуры
изделий
и технологических
процессов
Специализация
технологических участков
Технологические
маршруты
Разработка
технологических маршрутов
Определение средств труда
Специализация
обеспечивают их у -мег к в
Генерация махрл трккгтур
производственных объект в
Моделирование макроструктур
ndoujtf Qfkmafw s ы х объектов
Анализ и синтез
производственных
сш тем
Параметры
производственных
обьГКЪвОа
Выбор обору \>вания
и средств автоматизации
Генерация структур
Гаснет мощностейпйдразделений I
Модел ирован ие
производствен н ых мсмУулей
>| Расчет складов и накопится^
Параметры
ЛТГ.С
Выбор жг.*иичл-хчх среде т , Л'ГСС
Операция
структур
производственных
объектов
Анализ и синтез
проц/r ов
функционирования
проил >дственных
обгез яюв
Итерация структур ЛТСС
Моделирование АТС.С
Синтез структур объектов
Тчзмешение оборудования
в функциональных зонах
Рис. 3.3. функциональная структура проектирования упаковочного производства
44
ри строительных объемов (здание, помещение и др.) для оптималь-
ного размещения технологических, транспортных, энергетических
и других средств.
Полученные варианты разделения объема на зоны оцениваются
по таким показателям, как минимальная площадь и минимальное чис-
ло зон запрета, гибкость свободных зон, компактность.
Результаты решения задачи «Объем» используются в дальнейшем
в процессе компоновки систем и планировки оборудования.
Блок «Компоновка» предусматривает уточнение технологических
требований и критериальных показателей, отражающих условия
функционирования ПС.
Принципиальным моментом при зонировании на этапе компонов-
ки технических средств ПС являются виды и организация основных
материальных потоков (деталей, инструментов и т. д.), их интенсив-
ность, стоимость, возможные направления трасс и строительные
решения производственных помещений. При объединении подраз-
делений в одном помещении огромную роль играет направленность
транспортных потоков, их совместимость с удобством монтажа и
ремонта оборудования и требованиями правил охраны труда. На эта-
пе образования помещений производится компоновка с учетом на-
правления материальных потоков от зон хранения к зонам обработ-
ки. При этом необходимо учитывать рациональное использование
площадей, гибкость производства, минимизацию транспортных по-
токов и загрузки транспортных линий между помещениями.
Блок «Планировка» предназначен для решения вопросов, связан-
ных с размещением оборудования. При этом необходимо иметь в виду
следующее: оборудование закреплено за определенными участками
в соответствии с технологическими требованиями; известно распо-
ложение складов; выделены зоны прохождения межцехового транс-
порта и его загруженность; заданы технологические маршруты изде-
лий и полуфабрикатов; отсутствует информация о возможном изме-
нении маршрутов транспорта, его характеристиках, пропускной спо-
собности, дублировании и резервировании транспортных средств.
Решение задачи планировки оборудования для ПС и АТСС не сле-
дует сводить к минимизации транспортных затрат, поскольку такой
подход не отражает того множества факторов, которые приходится
учитывать проектировщику в реальных условиях. Поэтому рекомен-
дуется создавать множество вариантов, а потом с помощью много-
критериальной оценки выбрать лучший.
45
Множество вариантов размещения можно получить благодаря
множественности направлений трасс передачи полуфабриката от
машины к накопителю или машине, не нарушая требований техноло-
гии. В данном случае одновременно с размещением оборудования
происходит размещение транспортных путей.
Процедура «Анализ и синтез процессов функционирования АТСС» пред-
назначена для построения и исследования моделей структур АТСС с
целью отработки и синтеза оптимальных проектно-конструкторских
решений. Она должна обеспечивать необходимую степень адекват-
ности моделей.
Моделирование осуществляется с целью получения оптимальных
структур типовых решений АТСС и анализа их чувствительности к
изменению компонентов структур и условий функционирования.
3.1.5.	Методы проектирования
Различают оригинальное, типовое и автоматизированное проек-
тирование.
Оригинальное проектирование является традиционным. Этот
метод характеризуется гем, что все виды проектных работ ориенти-
рованы на создание индивидуальных проектов. Для каждого конкрет-
ного объекта разрабатывается проект производства, в максимальной
степени учитывающий его особенности.
Метод типового проектирования характеризуется тем, что сис-
тема разбивается на составляющие компоненты и для каждого из них
разрабатываются законченные проекты, которые затем используют-
ся для проектирования всей производственной системы.
Одним из вариантов типового проектирования является модуль-
ный метод. Здесь декомпозиция системы осуществляется на уровне
модуля производства. Модуль выступает в качестве типизируемого
элемента. После того как производственные модули выделены, для
каждого из них создается проектное решение, из которых впослед-
ствии компонуется проект системы. Результатом проектирования в
данном случае является индивидуальный проект производства с ти-
повыми элементами в виде производственных модулей.
Создание и использование систем автоматизированного проек-
тирования (САПР) — новое направление в проектировании произ-
водства. В САПР производства процесс разработки рассматривается
с системных позиций и применение ЭВМ предполагается на всех эта-
пах проектирования. В основе автоматизированного проектирования
46
лежит модельный метод. Предполагается возможность построения
и поддержания в адекватном состоянии некоторой глобальной моде-
ли производственной системы и автоматизированное создание со-
ответствующего этой модели проекта производства, учи тывающего
характеристики конкретного объекта. Предусматривается интерак-
тивное взаимодействие проектировщика и ЭВМ в процессе проекти-
рования и машинное документирование проектных работ.
3.2. Этапы и содержание проектных работ
при изготовлении упаковки из картона
Как известно, российский рынок производства упаковки еще
очень молод и относительно недавно ориентируется на стандарты
индустрии, принятые в развитых странах. Около 10 лет назад парк
полиграфического оборудования, предназначенного для послепечат-
ной обработки (высекальные прессы, фальцевально-склеивающие
линии и т. д.), был представлен в основном образцами советского
производства и слабо автоматизирован. Проектирование же упаков-
ки и вовсе находилось в зачаточном состоянии и выполнялось в луч-
шем случае грамотными чертежниками по всем правилам машино-
строительного черчения, а в большинстве случаев производственни-
ки обходились эскизами и приблизительными допусками.
Однако за последнее десятилетие ситуация резко изменилась. На
рынке появились высокотехнологичные и производительные штап-
цевальныс автоматы, автоматические линии многоточечной склей-
ки. Повышение степени автоматизации производства неизбежно
влечет за собой выработку определенных стандартов и требова-
ний как к производимой продукции, так и к используемым инстру-
ментам и расходным материалам. Не в последнюю очередь э го от-
носится и собственно к конструкции упаковки, что в свою очередь
приводит к необходимости использовать специализированные ин-
струменты для ее разработки. Такие инструменты представлены
на западном рынке в достаточном количестве (пакеты программ
MarbaCAD, Impact, ArtiosCAD, Score и др ).
На российском рынке эти программы в настоящее время не полу-
чили широкого распространения по вполне понятной причине: ни
для кого не секрет, что 90% используемых у пас программ — это пи-
ратские «бесплатные» копии. А так как рынок весьма узок, найти пи-
ратские версии программ для проектирования упаковки очень не
47
просто, поэтому в основном у нас используются полиграфические
программы или широко распространенный AutoCAD. Тем не менее
отставание программного обеспечения от оборудования все более
очевидно, и многие предприятия сейчас приходят к необходимости
использования профессионального программного обеспечения в
области конструирования упаковки.
11роцссс проектирования упаковки включает следующие основные
этапы:
1)	получение заказа на изготовление упаковки (определение тре-
бований к упаковке, сроков и порядка выполнения отдельных этапов
работы);
2)	разработка конструкции упаковки (конструктивный дизайн);
3)	дизайн изображения и формы (художественное конструиро-
вание или дизайн) упаковки; этот этап может осуществляться парал-
лельно этапу 2;
4)	верстка графического дизайна;
5)	изготовление опытного образца упаковки и его согласование с
заказчиком,
6)	подготовка раскладки на печатный и высекаемый листы сооб-
разно экономическим и технологическим требованиям (позициони-
рование);
7)	проектирование оснастки для высечки.
3.2.1.	Разработка конструкции упаковки
При разработке конструкции коробок из картона и гофрокарто-
на необходимо учитывать характеристики упаковываемой продукции,
физико-химические свойства и цену материала упаковки, а также дру-
гие факторы.
Процесс конструирования коробок обычно включает следующие
стадии:
определение основных характеристик коробок: типа и толщины
материала, формы и габаритных размеров;
выбор способов печати и отделки;
проектирование развертки (раскроя) коробки.
Выбор материала. При выборе материала упаковки принимают-
ся во внимание следующие факторы:
защитные свойства материала (механическая прочность, влаго-,
жиро- и газонепроницаемость и т. д.);
технологические свойства материала (запечатываемые свойства
материала, технологичность обработки в машинах для производ-
48
ства тары, например пригодность к склейке и сварке, техноло-
гичность при упаковывании товара);
цена материала.
Характеристики материала для изготовления коробки должны
обеспечивать стабильность ее формы при эксплуатации. От стабиль-
ности формы зависят защитная и логистическая функции тары, в
частности насколько хорошо коробка будет предохранять товары от
повреждений и потерь, будет ли пригодна к стапелированию и т. д.
Стабильность формы коробки зависит от ее конструкции и механи-
ческих характеристик материала, из которого опа сделана.
Механические характеристики картона и гофрокартона опреде-
ляются следующими факторами:
толщиной материала;
ориентацией волокон для картона и направлением гофра для гоф-
рокартона;
влажностью материала.
Толщина материала выбирается с учетом объема коробки и массы
упакованного продукта. При увеличении объема коробки и массы
продукта требуемая толщина материала возрастает.
При проектировании коробок необходимо учитывать, что картон
и гофрокартон отличаются анизотропией механических свойств по
длине и ширине листа (полотна). В машинном направлении проч-
ность и жесткость листа (полотна) картона выше, чем в поперечном.
При увеличении толщины картона разница между механическими
свойствами материала в машинном и поперечном направлениях воз-
растает. Механические свойства гофрокартона подобным же обра-
зом зависят от направления гофра.
Существенное влияние на свойства картона и гофрокартона оказы-
вает влажность окружающей среды. Однако эти материалы отличают-
ся достаточно высокой гигроскопичностью, а при впитывании влаги
их механические свойства значительно ухудшаются. Для предохране-
ния коробок от воздействия влаги наносится защитное покрытие.
При определении формы и габаритных размеров коробки учи-
тываются следующие требования:
минимизация расхода материала;
соответствие формы и размеров коробки требованиям логистики;
технологичность конструкции коробки для сборки и упаковыва-
ния товара;
удобство коробки для потребителя;
привлекательный внешний вид коробки.
49
Необходимо также принимать во внимание практику унификации
картонной тары по типоразмерам и конструкции. Унификация кар-
тонных коробок способствует снижению расходов на их разработку,
изготовление, содействует организации серийного и поточного про-
изводства на высокопроизводительном автоматизированном обору-
довании. Значительно снижаются и затраты, связанные с упаковыва-
нием товаров в коробки, транспортировкой, храпением и продажей
упакованной продукции.
Унификация тары по типоразмерам базируется на модульной сис-
теме, в основу которой положены регламентированные стандартами
размеры групповой транспортной упаковки (модульной упаковки):
поддонов и контейнеров. Стандартные поддоны для железнодорож-
ных перевозок имеют размеры 800x1200 и 600x1200 мм, для мор-
ских перевозок стандартом ISO рекомендованы поддоны размером
1000 Х1200 мм. Размеры модульной упаковки являются определяющи-
ми при проектировании погрузочно-разгрузочных и транспортных
средств, расчете площадей складских помещений, магазинных стел-
лажей и т. д. Для того чтобы воспользоваться преимуществами уни-
фикации тары, габаритные размеры коробок должны быть кратны
размерам модульной упаковки.
Выбор способа печати и отделки. Качественное полиграфичес-
кое оформление позволяет компенсировать некоторое однообразие
унифицированной тары, способствует привлечению внимания поку-
пателей и стимулирует, таким образом, рост сбыта товара.
Выбор способа печати и отделки обусловлен свойствами материа-
ла коробки и се назначением. Естественно, что к оформлению по-
। ребительской тары предъявляются гораздо более высокие требова-
ния, чем к оформлению транспортной тары. Однако в связи с тем,
что в последнее время в магазинах самообслуживания товары вы-
ставляются па прилавки, в том числе и в транспортной таре, каче-
ство оформления последней также приобрело важное значение.
Проектирование развертки (раскроя) коробки. После выбора
материала, определения габаритных размеров и формы разрабаты-
вается развертка — технологический чертеж заготовки, из которой
впоследствии будет собрана коробка. Развертка должна изображать
внешнюю (запечатываемую) сторону коробки и передавать особен-
ности технологического процесса ее изготовления и сборки.
Элементы развертки коробки можно условно поделить на основ
ные и вспомогательные. К основным относятся боковые стенки, а
также дно и крышка коробки. На эти элементы развертки в процессе
50
ее изготовления может наноситься графическая и текстовая инфор-
мация. Вспомогательные (различные клапаны) служат для скрепле-
ния основных элементов при сборке коробки.
Главным средством автоматизации разработки чертежа являются
САПР. Различают универсальные и специализированные САПР,
ориентированные на специфику конкретной индустрии (в нашем
случае — индустрии упаковки из картона). Как правило, специализи-
рованные САПР входят в состав сложных программных комплексов,
которые помимо САПР включают системы автоматизированного уп-
равления технологическими процессами (АСУТП).
Примерами специализированных CAD/CAM-систем, имеющих в
своем составе модули разработки развертки упаковки, являются
MarbaCAD и Impact фирмы Arden Software, Artios фирмы Barco
Graphics, Elcede DieCAD фирмы Elcede и т. д. Среди универсальных
САПР наибольшее распространение получила система AutoCAD фир-
мы AutoDesk. Применение других программных средств (например, про-
грамм обработки векторной графики) является непрофессиональным и
лишенным системности подходом. Файл, полученный на этапе разработ-
ки чертежа, в дальнейшем станет основой файлов, управляющих рабо-
той автоматизированного оборудования, поэтому качество выполнения
чертежа (отсутствие разрывов, смещения узловых точек, дублирования
элементов чертежа и др.) является критичным фактором.
Специализированные САПР содержат соответствующие функции,
завершающие разработку чертежа (например, функцию удаления
«двойных» линий), поэтому даже в случае использования универсаль-
ных САПР для разработки новой конструкции предпочтительным
является последующий «прогон» файла сквозь «сито» специальных
функций модуля разработки развертки упаковки в составе специали-
зированной CAD/CAM-системы. Специализированные программные
средства должны обеспечивать импортирование данных в формате
универсальных САПР (в случае AutoCAD — файлы формата DXF).
Желательна также возможность импорта данных в формате других
специализированных САПР.
3.2.2.	Художественное конструирование упаковки
и верстка графического дизайна
Художественное конструирование упаковки или художественный
дизайн — это разновидность художественно-проектной деятельно-
сти, сочетающей принципы целесообразности, удобства, эконо-
мичности и красоты. Создавая красивое изделие, необходимо по-
51
мнить, что красота — высшая форма целесообразности, а целесооб-
разность — это гармония с окружающим миром.
Упаковка должна быть такой, чтобы товар сам просился в руки. В
первую очередь упаковка создает индивидуальный образ товара и
позволяет легко распознать его среди множества других. И ей же пер-
вой отводится немаловажная роль поддерживать торговую марку
фирмы. Грамотно оформленная упаковка — один из элементов фир-
менного стиля. Как правило, при разработке упаковки используют те
же стилистические приемы, что и при создании рекламы.
Будучи вначале лишь средством предохранения товара от повреж-
дений, упаковка проделала долгий путь, прежде чем стала чрезвычай-
но важным орудием сбыта. Она сохраняет товар, поддерживает его
характерные свойства (функциональная упаковка), «служит» во вре-
мя эксплуатации товара (суперфункциональная упаковка) и инфор-
мирует покупателя о правильном уходе за ним. В некоторых случаях
создание упаковки столь же важно, как и разработка самого товара.
С развитием магазинов самообслуживания упаковка продукта ста-
ла важнейшим элементом стимулирования сбыта. В отсутствие про-
давца она едва ли не единственный шанс производителя привлечь
внимание покупателя.
Итак, художественное проектирование упаковки должно:
1.	Дать описание продукта, перечислить его функции и преимуще-
ства. Этого нетрудно достичь с помощью слов, но не последнюю роль
здесь играют общий дизайн и рисунки. Покупатель получает возмож-
ность прочитать адресованное ему послание в считанные секунды.
2.	Создать образ продукта. К примеру, коробка для дорогого шоко-
лада также должна выглядеть дорогой.
3.	Обозначить реальную стоимость продукта. Зачастую объемная
упаковка создает ложное впечатление — кажется, что продукта боль-
ше, чем есть на самом деле. Таким образом, «продается воздух». В сле-
дующий раз покупатель вряд ли приобретет этот товар.
4.	Обеспечить экономичное размещение на полках. Упаковку сле-
дует делать в расчете на максимальное использование свободного
места. Единичный товар (телевизор, компьютер и др.) должен быть
упакован компактно, удобно для перевозки.
5.	Предоставить необходимую информацию о товаре (например,
для продуктов питания перечислить ингредиенты, калории, содер-
жание белков и т. д.).
6.	Учитывать требования экологии. Следует предусматривать воз-
можности переработки упаковки или ее вторичного использования.
52
Нередко упаковка выступает физической частью некоторых то-
варов — дезодорантов, капель и т. д. Без упаковки такой товар практи-
чески «недееспособен».
Иногда упаковка выполняет образовательную или развлекатель-
ную функцию. Например, путем несложных модификаций упаковку
многих детских товаров или детского питания можно превратить в
забавную игрушку. Это не только усиливает привлекательность това-
ра, но и развивает творческую фантазию ребенка. Продажу товара
заметно стимулирует «серийность»: в результате многократной по-
купки товара в определенной упаковке есть шанс собрать целую кол-
лекцию, например, героев мулы фильмов или исторических персо-
нажей. На упаковках молочных продуктов фирмы Wimm Bill Dan пе-
чатают исторические сведения о производстве в России молочных
продуктов, их влиянии на продолжительность жизни и т. д.
В качестве средств разработки графического дизайна упаковки из
картона используются те же программные пакеты, что и в традици-
онной полиграфии: Adobe Illustrator, Macromedia FreeHand,
CorelDraw, Adobe PhotoShop. Можно также отметить программное
решение ArtPro фирмы Artwork Systems, полностью ориентирован-
ное на дизайн этикетки и упаковки.
Под версткой графического дизайна упаковки из картона понимает-
ся совмещение графического дизайна и развертки упаковки, внесение
необходимых изменений в дизайн. Оптимальным решением для выпол-
нения верстки является работа со специализированными CAD/CAM-
систсмами. Специализированные САПР содержат «облегченную» вер-
сию универсальных графических пакетов. Заметим^ что в общем случае
имеющихся в таких САПР инструментов вполне дост аточно, так как на
этапе верстки графический дизайн уже не претерпевает значительных
изменений. Таким образом, к специализированным САПР предъявля-
ется требование обеспечить возможность импортирования графичес-
ких данных наиболее распространенных форматов.
3.2.3.	Изготовление опытного образца
После разработки чертежа заготовки создается образец коробки,
который согласовывается с заказчиком. Образец подвергается серии
испытаний, в ходе которых моделируются нагрузки, возникающие
при эксплуатации коробки. По результатам тестов может быть изме-
нен материал или произведена коррекция конструкции коробки.
После утверждения конструкции изготавливается еще один образец
д ля согласования с заказчиком полиграфического оформления коробки.
58
Опытные образцы упаковки обычно изготавливают на плоттере,
оснащенном инструментальными головками для резки и биговки. При
этом для управления современными плоттерами (плоттеры, специа-
лизированные для индустрии упаковки, фирм Zund, Lasercomb) ис-
пользуется набор команд языка HPGL (Hewlett-Packard Graphics
Language). Таким образом, становится актуальной задача конвертации
данных из формата САПР в формат HPGL. Некоторые модели плотте-
ров, предназначенные для изготовления опытного образца (макета)
упаковки (например, модель I^sercomb HSP), поддерживают возмож-
ность непосредственного управления из САПР, а также возможность
работы в сети. В данном случае плоттер можно рассматрива ть как обыч-
ное сетевое устройство, и работа с ним аналогична работе с сетевым
принтером. Среди последних тенденций в изготовлении опытного
образца упаковки из картона можно отметить применение лазерных
технологий и технологий фрезерования, причем возможно использо-
вание как отдельной лазерной или фрезерной установки, так и моду-
лей лазерной или фрезерной резки в составе плоттерной системы.
Для печатания опытного образца упаковки широко применяются
струйные печатающие модули в составе плоттерных систем. В насто-
ящее время прослеживается тенденция к переходу на использование
цифровых печатных машин класса Computer-to-Print. В зарубежной
литературе существует специальный термин «Sampleprinter», кото-
рый определяет подмножество цифровых печатных машин, нашед-
ших наибольшее применение в макетировании упаковки из картона.
3.2.4.	Раскладка заготовок коробок
Важным этапом технологического процесса является разработка
оптимальной схемы раскладки заготовок коробок на листе картона
или гофрокартона. Раскладка заготовки состоите позиционировании
развер гок коробок на листе картона. Формат листа зависит от харак-
теристик печатного и послепечатного оборудования.
В индустрии упаковки из картона раскладка является сложной
оптимизационной задачей, причем намного более сложной по срав-
нению с задачей раскладки в традиционной полиграфии из-за невоз-
можности обеспечить кратность размеров развертки упаковки стан-
дартным форматам листа. Раскладка определяет важнейшие харак-
теристики процесса производства складных коробок.
Во-первых, это технико-экономические показатели. От оптималь-
ности позиционирования зависит количество отходов картона, а так-
же производительность процесса изготовления. Общеизвестно, что
54
стоимость материала составляет до 40-60% стоимости упаковки. Чис-
ловым показателем оптимальности позиционирования является ко-
эффициент использования материала (КИМ), определяемый отно-
шением суммарной площади получаемых из него разверток коробок
к площади листа картона (5м).
п
ЗА
КИМ =	.
«м
Чем больше значение КИМ приближается к единице, тем меньше
отходов картона и ниже себестоимость изготавливаемых коробок.
Во-вторых, от правильности позиционирования зависит качество
печати, отделки, штанцевания, удаления отходов и разделения заго-
товок. При позиционировании следует предусматривать возможность
равномерного распределения давления в процессе печати, баланси-
ровки штапцформ по осям симметрии.
В-третьих, позиционирование определяет механические свойства
упаковки. Развертки упаковки следует ориентировать относительно
машинного направления при изготовлении картона.
При позиционировании заготовок на листе необходимо учитывать
ориентацию волокон или гофра материала, а также обеспечивать
равномерное распределение давления при печати и штанцевании.
Как следует из вышеизложенного, качество раскладки имеет мно-
гокритериальную зависимость, поэтому принципиальным является
использование формализованного опыта профессионалов упаковоч-
ной индустрии, заложенного в функциях специализированных САПР.
Для создания раскладки в специализированных САПР применяется
так называемый «мастер» раскладки, который поддерживает несколь-
ко вариантов ал1 оритма построения раскладки (среди которых есть
и алгоритм оптимизации КИМ). 11ри этом сгенерированная расклад-
ка сохраняется в отдельном слое и меняется автоматически при из-
менении чертежа развертки упаковки.
3.2.5.	Автоматизированное проектирование
штанцевальных форм
Производству штанцевальных форм предшествует трудоемкий
этап их проектирования. Задача проектирования штанцевальной
оснастки состоит в определении типов и видов элементов штапцфор-
55
мы в зависимости от конфигурации развертки и раскладки, вида и
типа картона, тиража и других факторов.
К оптимизируемым характеристикам штанцевальпых форм относят:
размеры основания штампа;
вид и тип рабочего инструмента (высекальных, биговальных, пер-
форационных и других видов линеек);
количество и место установки перемычек между развертками;
количество и место расположения арок в линейках;
конфигурацию отдельных элементов линеек;
тип, марку и габаритные размеры пружиняще-эжекторных эле-
ментов;
технологию их приклеивания к основанию штампа;
вид и тип элементов, образующих систему биговальных каналов,
И т. д.
В качестве средств автоматизации разработки штанцевалыюй ос-
настки выступают модули специализированных CAD/ САМ систем.
Основу подобных модулей составляют базы данных по штанцеваль-
ному оборудованию.
Модули, разработки шганцевальной оснастки в соответствии с
выбранными маркой и моделью штанцевалыюй машины выполняют
функции:
автоматической расстановки арок в линейках;
расстановки перемычек в диалоговом режиме;
автоматического создания чертежа основания штанцформы (со
всеми необходимыми отступами, отверстиями для крепежа, ком-
пенсационными ножами);
определения размеров, места расположения пружиняще-эжек-
торных элементов;
автоматического проектирования системы биговальных каналов
контрштампа с выполнением чертежа;
автоматической подготовки чертежей оснастки для удаления от-
ходов и разделения заготовок.
Традиционно в качестве основания штанцформы используется
фанера. Для подготовки основания к сборке применяют специализи-
рованные лазерные установки с числовым программным управлени-
ем (ЧПУ типа CNC — computer numerical control), которые прожига-
ют пазы для линеек. Недостатки фанеры (наличие полостей, сучков,
двойных слоев) вынуждают искать альтернативные материалы. Сегод-
ня в этом качестве выступают металлические («сэндвич») и неметал-
лические конструкции. В первом случае для подготовки основания
используется лазер, а во втором — установки для резки струей воды.
56
Максимальную автоматизацию подготовки линеек штанцформы
обеспечивает применение автоматизированного комплекса оборудо-
вания, включающего в свой состав автоматические машины для нарез-
ки, пробивки арок и гибки, а пружиняще-эжекторных элементов штан-
цформы — применение устройства резки струей воды с ЧПУ типа CNC.
В России самым массовым способом формирования системы би-
говальных каналов является использование ленточных биговальных
матриц, но эта технология представляется неперспективной, отсут-
ствие автоматизации (матрицы нарезаются вручную) приводит к боль-
шой трудоемкости процесса приладки, а также к низкому качеству
контрштампа. Все большее распространение получает технология
биговальных матриц из пертинакса. В отличие от ленточных матри-
цы из пертинакса изготавливаются посредством фрезерования; либо
на фрезерных установках с ЧПУ (CNC), либо на плоттерных установ-
ках, оснащенных модулем фрезерования. В Европе для формирова-
ния системы биговальных каналов достаточно широко используется
технология стальных пластин marbagrid, для производства которых
применяется лазер.
При изготовлении форм для удаления отходов (в том слу чае, если
они выполнены на фанерном основании) используется лазерная или
фрезерная установка.
Все оборудование (лазерная и фрезерная установки, устройство
резки струей воды, плотт ерные системы) обладает высокой степенью
автоматизации, комплекс для подготовки линеек работает в автома-
тическом режиме. Для управления плоттерами и некоторыми моде-
лями лазеров, поддерживающими данный формат, используется
набор команд языка HPGL. Для управления станками с ЧПУ типа
CNC — набор команд языка CFF2 (Common File Format версии 2 —
стандарт обмена данными в специализированных для индустрии упа-
ковки из картона CAD/CAM-системах) или DDES2 (Digital Diecutting
Exchange Standard версии 2 — стандарт Международной ассоциации
производителей штанцформ IADD).
Как в России, так и в Европе до сих пор достаточно распростране-
ны штанцевальные системы, в которых одна из операций (напри-
мер, разделение заготовок) осуществляется либо с помощью руч-
ных приспособлений, либо вручную. Однако последние тенден-
ции однозначно показывают, что будущее за полностью автома-
тизированными штанцсвальными системами. Признанным лиде-
ром на рынке штанцевальных комплексов является группа ком-
паний Bobst. Последние модели Bobst способны работать со скоро-
стью свыше 10 000 цикл/ч.
57
Качество упаковки из картона определяется многими факторами,
среди которых оснастка для штанцевания — один из основных. От
нее в значительной степени зависит поведение упаковки при фаль-
цовке и склеивании, а затем и при упаковывании.
Именно поэтому ведущие зарубежные производители уделяют
большое внимание совершенствованию технологий штанцевания,
производства штанцформ, а также качеству материалов, используе-
мых в их производстве. Причем наряду с повышением качества упа-
ковки не менее актуальной является повышение экономической от-
дачи от эксплуатации штанцформ. Основными направлениями работ
в рамках этой задачи являются:
сокращение времени приправки при запуске тиража;
увеличение тиражестойкости штанцформ;
повышение реальной производительности штанцевальных ма-
шин.
Контрольные вопросы
1.	Этапы, виды и содержание проектных работ упаковочного производства.
2.	Задание на проектирование предприятия.
8.	Задачи проектирования производственных систем.
4.	Этапы проектирования производственных систем и их содержание.
5.	Алгоритм проектирования производственной системы.
6.	Этапы и содержание проектирования технологических процессов.
7.	Уровни автоматизации проектных работ.
8.	Состав проекта производственной системы.
9.	Методы проектирования.
10.	Этапы и содержание проектных работ при производстве упаковки из
картона.
11.	Художественное конструирование упаковки.
12.	Процесс раскладки заготовок.
13.	Автоматизированное проектирование и производство штанцевальных
форм.
4.	ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
И СИСТЕМ
Жизненный цикл упаковки как изделия включает три основных эта-
па: конструкторскую разработку, производство и использование.
Конструкторская разработка упаковки заканчивается выпуском
документации, включающей чертежи упаковки, а также технические
условия на се изготовление. Требования к качеству упаковки, сфор-
мулированные при конструкторской разработке, должны быть обес-
печены при ее производстве.
Производство, связанное с изготовлением упаковки, называют
упаковочным. Процесс изготовления упаковки взаимосвязан с про-
цессом упаковывания продукции. Часть технологического процесса
производства упаковки может выполняться автономно от техноло-
гического процесса упаковывания, например изготовление упаков-
ки на полиграфических предприятиях. Главной целью упаковочного
производства является изготовление упаковки заданного качества в
необходимом количестве в заданные сроки и при наименьших затра-
тах материалов, энергии, труда и иных ресурсов.
Производственный процесс— это совокупность всех действий людей
и орудий труда, необходимых для изготовления упаковки.
Производственный процесс охватывает конструкторскую разра-
ботку упаковки, технологическую подготовку производства (ТПП),
подготовку средств производства и организацию обслуживания ра-
бочих мест; получение и хранение материалов и полуфабрикатов; все
стадии изготовления деталей упаковки; сборку упаковки; транспор-
тирование материалов, заготовок, деталей, готовых изделий и их
элементов; технический контроль на всех стадиях производства; упа-
ковывание готовой продукции и другие действия, связанные с изго-
товлением выпускаемых изделий.
59
Важнейшими элементами производственного процесса являются
конструкторская разработка упаковки и технологическая подготов-
ка производства. Принимаемые при ее выполнении решения, офор-
мленные в технологической документации, служат основой практи-
ческих действий при производстве изделий.
Действующими стандартами конструкторская разработка изделия
определена как конструкторская подготовка производства. Последняя
совместно с ТПП образует техническую подготовку производства.
Важнейшим элементом производственного процесса является тех-
нологический процесс (ТП).
Технологическим процессом называют часть производственного про-
цесса, содержащую целенаправленные действия по изменению и
(или) определению состояния предмета труда. К предметам труда
относят заготовки и изделия.
По последовательности выполнения в производстве упаковки из
картона различают допечатный, печатный, отдел очный ТП сборки
упаковки и упаковывания. Для осуществления практически любого
ТП в упаковочном производстве необходимо применение совокупно-
сти орудий производства, называемых средствами технологического
оснащения.
4.1.	Параметры производственного процесса
и их расчет
4.1.1.	Основные параметры производственного процесса
К основным параметрам производственного процесса относятся:
программа вьпгуска изделий; объем выпуска; трудоемкость изготов-
ления изделия; трудоемкость операции; машипоемкость; норма вре-
мени; норма выработки; производственный цикл; партия запуска.
Программа выпуска изделий — это установленный для данного пред-
приятия перечень изготавливаемых изделий с указанием объема выпус-
кало каждому наименованию за планируемый период времени.
В зависимости от типа производства и этапа проектирования про-
изводственная программа может быть точной, приведенной и услов-
ной. В соответствии со способом задания применяют методы проек-
тирования по точной, приведенной и условной программам.
Проектирование по точной программе предусматривает разработку
подробных ТП обработки или сборки с техническим нормировани-
60
см на все изделия, входящие в производственную программу. Этот
метод применяют для проектирования участков, отделений и цехов
крупносерийного и массового типов производств. В этом случае про-
изводственная программа представляет собой ведомость, включаю-
щую полный перечень изделий, подлежащих обработке или сборке в
данном цехе с указанием их количества и материалов.
Проектирование по приведенной программе применяется для проек-
тирования цехов средне- и мелкосерийного производств. Это объяс-
няется тем, что при значительной номенклатуре объем проектных
и технологических разработок становится очень большим и для его
сокращения реальную многономенклатурную программу заменяют
приведенной, выраженной ограниченным числом представителей,
эквивалентной по трудоемкости фактической многопоменклатурной
программе.
С этой целью все изделия разбивают на группы по конструктив-
ным и технологическим признакам. В каждой группе выбирают изде-
лие-представитель, по которому далее ведут расчеты. На выбранные
представители разрабатывают ТП обработки или сборки и путем тех-
нического нормирования или иным способом определяют трудоем-
кость их обработки или сборки.
Вопрос формирования групп и выбора типовых представителей
является очень ответственным, так как от этого зависит точность
последующих технологических расчетов и проектных решений.
В практике проектирования любой объект производства, входя-
щий в группу, может быть приведен по трудоемкости ктиповохму пред-
ставителю с учетом различий в массе, программе выпуска, сложнос-
ти обработки или сборки и др. с помощью коэффициентов приведе-
ния. Общий коэффициент приведения определяется как произведе-
ние коэффициентов приведения по отдельным факторам: массе,
сложности, серийности и т. д. В результате вместо заданной много-
номенклатурной программы получают эквивалентную по трудоемко-
сти приведенную программу, выраженную в ограниченном числе из
делий-представителей:
где N — годовая программа выпуска j-го изделия; К — общий коэф-
фициент приведения г-го изделия.
Проектирование по условной программе применяют, когда невозмож-
но точно определить номенклатуру и технические характеристики
будущих изделий при мелкосерийном производстве. В этом случае
61
также выбирают изделие-представитель — условное изделие, для ко-
торого ведут технологическое проектирование на заданную условную
годовую программу.
Под объемом выпуска понимают количество изделий определенных
наименований, типоразмеров и исполнений, изготавливаемых пред-
приятием или его подразделением в течение планируемого периода
времени (чаще всего — в течение года). Объем выпуска в значитель-
ной степени определяет принципы построения ТП.
При проектировании цеха, участка наряду с номенклатурой и ха-
рактеристикой выпускаемых изделий необходимо иметь достоверные
данные о трудоемкости изготовления изделия. Трудоемкостью изготов-
ления изделия называют время, затраченное на его изготовление, вы-
ражаемое в человеко-часах.
При выполнении каждой операции рабочий затрачивает опреде-
ленное количество труда, оцениваемое трудоемкостью операции.
Трудоемкость операции— количество времени, затрачиваемое рабочим
требуемой квалификации при нормальной интенсивности труда и
нормальных условиях выполнения данной работы. Единица измере-
ния трудоемкости — человеко-час.
Трудоемкость изготовления изделия определяется как сумма тру-
доемкостей операций:
^оп
Т = У t
тр	ш. - К1 >
г=1
где Z — штучно-калькуляционное время выполнения гй операции,
и — количество операций.
Затраты времени на выполнение операции t к. складываются из
штучного времени t и доли подготовительно-заключительного вре-
мени I :
|Г1
t
t -i
4I1.-KI	411 i	’
где N— число изделий в партии запуска
Для расчета занятости машин и их количества для выполнения
данной работы служит понятие машипоемкости. Машиноемкость —
время, в течение которого машина занята изготовлением детали или
изделия. Единица измерения машиноемкости — машино-час.
Для нормирования труда и планирования производственного про-
цесса используется норма времени. Норма времени — установленное
количество труда требуемой квалификации, необходимое для выпол-
62
пения данной операции или целого процесса в нормальных произ-
водственных условиях. Норма времени измеряется в единицах вре-
мени с указанием квалификации работы.
Нормы штучного времени на машинно-автоматические, машинно-
ручные с автоматическим рабочим циклом и аппаратурные операции
состоят из следующих видов затрат рабочего времени:
t =t +t +t +t ,
111 о в ом от ’
где t — штучное время; t — основное время; — вспомогательное вре-
мя; (>м — время обслуживания рабочего места; £от — время на отдых и
личные надобности.
Нормы времени на ручные и машинно-ручные операции с неавто-
матическим раб< >чим циклом включают следующие категории затрат
рабочего времени:
t =t +t +i
111 on DM O-I ’
где t — оперативное время.
Подготовительнозаключительные работы, такие как приправка, при-
ладка па печатных машинах, переход на другой формат, объем и т. д., нор-
мируются отдельно и поэтому в норму времени не включаются. Если же
подготовительно-заключительная работа занимает небольшое время в
общем балансе рабочего времени смены, то его специально не выделяют
и учитывают в категории обслуживания рабочего места.
Нормы времени и выработки рассчитывают в следующем поряд-
ке; проектируют баланс рабочего времени смены, определяют нор-
мативы времени, далее рассчитывают нормы времени и выработки.
Для расчета норм времени используются следующие нормативы.
Норматив времени основной работы t определяется для машин-
но-автоматических и машинно-ручных операций с автоматическим
рабочим циклом. Он рассчитывается исходя из рационального ско-
ростного режима работы оборудования по формуле
*
Пптп
где е— единица измерения продукции (1000 знаков, 1000 л.-отт.,
1000 упаковок и т. п.); Лп1 — коэффициент технических потерь; п —
цикличность работы оборудования (цикл/мин); тц — количество еди-
ниц продукции за один рабочий цикл.
Технически обоснованные нормы времени рассчитываются по
следующим формулам.
63
Для машинно автоматических и машинно-ручных операций с ав-
томатическим рабочим циклом:
где Ад — коэффициент дополнительного времени, учитывающий вре-
мя на обслуживание рабочего места, отдых и личные надобности:
fa _ См Ст_____
л~т -a +t )’
Здесь время на обслуживание рабочего места и время на отдых и
личные надобности определены за смену (Т‘ ).
Для ручных и машинно-ручных операций:
С, = Cn(1+AJ’
где Лд — коэффициент, учитывающий время на отдых и обслуживание
рабочего места.
Для подготовительно-заключительной работы:
Ci ~ Сэ(1^л1),
где — норматив подготовительно-заключительной работы (наладка,
11риправка, приладка); /гд1—коэффициент, учитывающий время на отдых:
Часовая норма времени рассчитывается по формуле
Н —
врч 60’
Норма выработки— величина, обратная норме времени. Единицей
измерения является количество продукции в единицу времени.
Сменная норма выработки равна
гг _ См
1 выр ч
Ci
Производственный цикл — промежуток календарного времени от
запуска в производство до получения готовой продукции.
Партия запуска — количество заготовок или полуфабрикатов, од-
новременно запущенных в производство. В полиграфическом про-
изводстве партию запуска называют тиражом. В случае запуска тира-
жа частями часть тиража называют заводом.
64
4.1.2.	Расчет объема работ по операциям упаковочного
производства
Годовой объем работ на этапах производственного процесса рас-
считывается на основе технических показателей продукции проек-
тируемого предприятия.
Во многих случаях предприятие, на котором осуществляется про-
изводство упаковки, является смешанным. Кроме упаковки на этом
предприятии может изготавливаться и полиграфическая продукция.
Годовое количество продукции формного производства определя-
ется в физических листах набора по каждой позиции и рассчитыва-
ется по формуле
где LH — годовое количество физических листов набора; Н— количе-
ство названий изделий; V— средний объем изделий (этикетки, упа-
ковки, полиграфического издания) в физических печатных листах;
В — количество выходов в год.
Для упаковочной и этикеточной продукции Vkl и зависит от рас-
кладки изделий на бумажном листе. За один физический лист набора
принимают печатную форму, оттиском с которой является один фи-
зический печатный лист.
Для расчетов загрузки по набору удобнее оперировать количе-
ством продукции, выраженным не в физических, а в условных, или
приведенных, листах набора. Условный лист набора — э го печатная
форма, соответствующая формату 60x90/16, набранная в одну колон-
ку шрифтом кегля 10 с полосами набора формата 6x9 ’/4 кв. Для наи-
более распространенных гарнитур емкость приведенного листа мож-
но принимать равной 40 тыс. знаков. В этом случае годовое количе-
ство продукции определяется так:
где Z. (1— количество продукции наборного производства в усл. лис-
тах набора; ^—коэффициентемкости, представляющий собой отно-
шение емкости данного физического листа набора к емкости приве-
денного листа набора.
Одним из важных технических показателей издания является
процент заполнения площади печатной формы текстом и иллюст-
рациями. С помощью этого показателя рассчитывают количество
65
листов набора, занятых текстовыми и иллюстрационными элемен-
тами формы:
Дгг(ии) = ^i^irrtHH) /ЮО,
где L , — количество листов набора, занятых текстом L или иллю-
страциями Z, ; L — общее количество листов набора по данной рас-
четной позиции промзадания; ант(ни) — процент заполнения площади
печатной формы текстом или иллюстрациями.
Эти данные служат для дальнейших расчетов загрузки по операци-
ям технологического процесса в цехах изготовления печатных форм.
Количество печатной продукции, необходимой /ИЯ изготовления
упаковочных изделий за год, определяется но формуле
LOTr = HVBN,„p=A,N™1>.
где L}rt—количество печатной продукции (в тыс. физических печатных
листов-оттисков);	— средний тираж изделий (в тыс. экземпляров).
Для упаковочной продукции средний объем изделий (в тыс. физи-
ческих печатных листов-оттисков) определяется как
уп.п.л
где К d л — количество упаковочной продую дии (упаковок, этикеток и
т. п.), размещаемой на одном печатном листе.
При расчетах объема работы печатного производства с учетом
красочности изданий количество печатной продукции определяют в
краскоотч исках, т. е. в однокрасочных оттисках, получаемых на од-
ной стороне бумажного листа:
L =L k ,
кр-<>тг отг кр.ср’
где #	— средняя красочность, которая определяется с учетом кра-
сочности каждого печатного листа как средневзвешенная величина.
Если /печатных листов изделия печатаются в красок, тлистов —
в г красок, п листов — в .$ красок и рлистов — в t красок (общий объем
изделия V= I + т + п + р), то
lq + mr + ns + pt
k	— —-----------—.
Кр.Ср	у
В частном случае при постоянной красочности лицевой А
и оборотной	, сторон всех бумажных листов изделия (например,
2 + 1, 4 + 4, 4 + 2 и т. п.)
66
^кр.гр (^кр.л ^;р.об)/2*
Расчеты мощностей полиграфических предприятий, выработки
печатных цехов выполняются в условных, или приведенных, листах-
оттисках:
/	-1 k
^•СЛ.ОТТ Пит лр ’
где Л — коэффициент приведения, равный отношению площади бу-
мажного листа данного формата к площади листа формата 60x90 см.
Аналогичные расчеты с учетом красочности изданий выполняют-
ся в приведенных краскооттисках:
^-'усЪКр.чХГТ ^"'кр.-ОТТ^Пр
ИЛИ
L ~L k
^усл.кр.-отт yci-OTT кр.ср *
Количество экземпляров готовой продукции Q (тары, упаковок
т. д.), выпускаемой за год, ио операциям штанцевания, тиснения
фгсчьцевалыю-склеечным и т.д. определяют по формуле
O. = HBNmp.
Зная величину Q можно определить загрузку но операциям упако-
вочного производства в натуральных единицах и рассчитать количе-
ство потребного материала.
4.1.3.	Расчет количества материалов
Необходимое количество материала для производства г-й упаков-
ки определяется как
где N — производственная программа но t-му виду продукции; Н —
норма расхода материала на учетную единицу продукции; Т| — коэф-
фициент потерь материала.
Стабильная работа предприятия требует создания производствен-
ных запасов. Расчетные запасы состоят из текущих и страховых. Те-
кущий (оборотный) запас необходим для обеспечения производства
материалами в период между двумя поставками. Он определяется
размером и периодичностью поставок. Страховой (резервный) запас
устанавливается на основе учета неравномерности поставок.
Оптимальные размер и периодичность поставок и величина стра-
хового запаса определяются опытным путем или с использованием
теории управления запасами, которая является составной частью те-
ории логистики.
67
4.1.4.	Расчет действительного фонда времени работы
оборудования
Режим работы определяет количество рабочих дней в году, смен-
ность работы и продолжительность каждой смены, принятые для
данного проекта.
Количество рабочих смен в сутки зависит от характера производ-
ства, особенностей продукции и загрузки оборудования. При проек-
тировании большинства полиграфических предприятий принимает-
ся двухсменный режим работы.
При расчетах в процессе проектирования различают календарный
и режимный (номинальный) фонды времени, а также годовой эффек-
тивный (действительный) фонд времени работы оборудования.
Расчет действительного фонда времени работы оборудования со-
стоит из нескольких этапов:
1)	группировка оборудования;
2)	расчет действительного фонда времени работы машины в каж-
дой группе;
3)	расчет суммарного действительного фонда времени работы
оборудования по каждой группе;
4)	корректировка расчетов с учетом коэффициента сменности,
выполнения норм и использования оборудования.
Календарный фонд времени F* при односменной работе равен произ-
ведению числа календарных дней в году на продолжительность рабо-
чей смены (при продолжительности смены 8,2 ч F = 365-8,2 = 2993 ч).
Режимный (номинальный) годовой фонд времени F — это количе-
ство часов в году в соответствии с режимом работы ((>ез учета потерь).
Его определяют, принимая в расчет выходные и праздничные дни, а
также сокращенные на 1 ч предпраздничные дни. При пятидневной
рабочей неделе и нормальных условиях работы F = 2993 - [ (104+8)х
Х8.2+6] =2069 ч. При работе предприятия в две смены F = 4138 ч.
Годовой действительный (эффективный) фонд времени работы обору-
дования F^ представляет собой время, которое может быть полнос-
тью использовано для производственной работы, т. е. время, в тече-
ние которого машина доступна. Его величину получают, исключая из
режимного фонда неизбежные потери:
где — среднегодовое плановое время простоя оборудования в про-
цессе ремонта; — годовое суммарное время профилактических
осмотров и проверок оборудования (величины t и t определяют-
68
ся Положением о планово-предупредительном ремонте оборудования
полиграфических предприятий); tTexu — время, отводимое на техно-
логические остановки оборудования, определяется действующими в
отрасли нормативами в процентах от режимного фонда времени. -
При расчетах оборудования, для которого простои на наладки нор-
мируются (печатные машины, агрегаты и автоматические линии для
изготовления книжной продукции), определяют годовой действитель-
ный (эффективный) фонд времени основной работы оборудования:
F -F -Т
о<. н об х пр ’
где Тр—годовое время всех переналадок (приправок, приладок) обору-
дования.
4.1.5.	Расчет действительного фонда времени работы
оборудования с использованием Excel
В Excel результаты расчетов автоматически пересчитываются при
изменении исходных данных, что позволяет просто и быстро оценивать
эффект различных организационнотехнических мероприятий В данном
случае эффект может выражаться в увеличении планового фонда време-
ни работы оборудования. К такому увеличению может привести:
увеличение коэффициента сменности;
сокращение времени на ремонт оборудования;
другие мероприятия.
В электронной таблице Excel (рис. 4.1) приведен расчет действитель-
ного фонда времени работы оборудования. В ячейки в строках 6, 7, 9,
11 -13 и 15 введены исходные данные. В остальные ячейки введены фор-
мулы так, как это показано в таблице на рис. 4.2 (точнее, формулы введе-
ны в ячейки столбца В и затем перенесены в остальные столбцы).
Расчет суммарного фонда времени по группе оборудования про-
водится с учетом дат ввода приобретенного оборудования и вывода
имеющегося. Отличие только в том, что в качестве календарного
фонда надо брать не все количество дней планового периода, а толь-
ко дни с момента установки оборудования; аналогичным образом при
подсчете номинального фонда надо учесть только те выходные и праз-
дничные дни, которые приходятся на этот период.
К сожалению, государственного стандарта на использование наи-
менований технико-экономических показателей не существует. На
конкретных предприятиях могут быть использованы другие наиме-
нования. Действительный фонд времени работы оборудования час-
то называют плановым. Обычно путаница не возникает — важно по-
нимать суть расчетов.
69
	А	В	С	D	Е
1	Расчет планового фоцда времени работы оборудования				
2					
3	I ^именование статей	Наименование оборудован ия			
4		Печатная машина	Пресс для тиснения	Высекальный пресс	<1>ал ьцевально- склсивающая машина
5					
6	Календарный фонд	365	365	365	365
7	Выходные и праздничные дни	109	109	109	109
8	Поминальный фонд рабочего времени, дни	256	256	256	256
9	Время на п рофи лактическис ремонтные работы, дни	23	5	12	10
10	Действ тельный фонд времени, дни	233	251	244	246
11	Количество смен	1	1	1	1
12	Номинальная продолжительность смены, ч	8	8	8	8
13	Действительный фонд времени работы оборудования, ч	1864	2008	1952	1968
14	Количество наладок за год	85	85	85	85
15	Время одной наладки	2	1	2	9 —•
16	1одовое время наладок	170	85	170	170
17	Действительный фонд времени основной работы оборудования	1694	1923	1782	1798
Лист 2					
Рис. 4.1 Расчет действительного фонда времени работы оборудования
70
Ячей ка	Формула
В8	»ВСьВ7
В10	=В8В9
В13	-В10*ВП*В12
В16	=В14*В15
В17	=В13-В16
Рис. 4.2. Ввод формул для расиста планового (действительного) фонда времени
работы единицы оборудования
4.1.6.	Расчет потребности основного технологического
оборудования
К основному производственному' оборудованию полиграфических
предприятии относятся станки, машины и агрегаты, выполняющие
технолог ические операции в основных цехах.
Для расчета количества оборудования необходимы следующие
исходные данные: а) режим и годовой фонд времени работы обору-
дования; б) нормы времени и выработки оборудования при выполне-
нии технологических операций; в) величина загрузки оборудования
Расчет количества оборудования рекомендуется выполнять но
отраслевым единым и типовым нормам или нормам технологическо-
го проектирования, которые разрабатываются Гипронииполигра-
фом. Если такие нормы для какого-либо оборудования отсутствуют,
можно воспользоваться местными нормами. Во всех случаях нормы
должны быть технически обоснованными, т. е. учитывать действи-
тельные возможности техники и опыт передовиков производства.
Каждая группа однотипных машин может изготавливать продук-
цию для одного или нескольких типов изделий. Если продукция, из-
готавливаемая для разных изданий на определенной технологичес-
кой операции, характеризуется одной и той же сложностью, то этой
операции соответствуют одинаковые нормы времени и выработки.
В этом случае годовую загрузку оборудования можно определять в
натуральных единицах продукции, количество которой суммируется
по всем группам изданий.
При такой методике расчетов количество оборудования данного
типа определяется по формуле
71
где Az — расчетное количество машин данного типа; Мп — годовая
загрузка оборудования данного типа в натуральных единицах; —
годовой фонд времени работы машины при односменном режиме, ч;
— сменность работы оборудования; Нъ — часовая норма выработ-
ки машины, выраженная в тех же единицах, что и Мп.
Количество машин, для которых нормируются простои, рассчи-
тывают по формуле
Л4„
осн '< м выр
(4.1)
где Foсн — годовой фонд времени основной работы машины.
Если предусматривается изготовление продукции, сложность ко-
торой на данной операции различна для каждой группы изданий (и
соответственно различны нормы времени и выработки), то предва-
рительно определяют трудоемкость продукции в машино-часах для
каждой расче тной позиции, а затем рассчитывают суммарную трудо-
емкость ее изготовления на данном оборудовании. В этом случае ко-
личество оборудования
(4.2)
где Т — трудоемкос ть продукции при ее изготовлении на машинах
данного типа, маш.-ч.
Если расчетами выявляется необходимость в установке одной еди-
ницы оборудования, а выход ее из строя в результате планового ре-
монта или аварии останавливает производственный процесс, следу-
ет без рас чета предусматривать однотипную машину-дублер или пло-
щадь для се установки в процессе работы предприятия.
Полученное расчетами количество оборудования округляет-
ся до целого числа, называемого принятым числом машин NMn (в прак-
тике проектирования применяют следующее правило округления:
если дробная часть числа больше или равна 0,1, то его округляют в
большую сторону, если меньше 0,1 — в меньшую). Поэтому следует
определить дополнительное количество продукции, которое может
быть изготовлено с использованием дополнительных мощностей, так
как на действующих предприятиях оборудование всегда догружается
72
до полного использования при двухсменной работе. Дополнительное
количество продукции Мд определяется по формуле
= Мп ——
мр
Эти расчеты выполняются предварительно для каждого типа печат-
ных машин. По рассчитанному дополнительному количеству печатных
листов-оттисков определяют, сколько экземпляров готовой продукции
может быть изготовлено из них (делением на средний объем издания) и
сколько дополнительно потребуется печатных форм (делением на сред-
ний тираж издания). Полученные данные используются при расчетах
оборудования формного и отделочного производства. Таким образом
можно согласовать пропускные способности производственных цехов
и улучшить технико-экономические показатели проекта. В задания на
проектирование цехов вносятся соответствующие коррекз ины.
По результатам расчетов составляются цеховые сводные ведомости
оборудования, в которых указываются тип (модель) оборудования, ко-
личество единиц, габариты и установочная площадь, масса, мощность
энергоприемников, стоимость. На отдельные машины, подлежащие
специальному заказу, составляются технические задания, в которые вхо-
дят сведения о характе ре изг< >тав_1иваемой продукции, содержании опе-
рации, условиях работы, требуемой производительности и другие дан-
ные, необходимые для проектирования и изготовления оборудования.
Кроме основного в ведомости включают также вспомогательное
оборудование, подъемно-транспортные устройства и производствен-
ную мебель. По ведомостям оборудования составляются сметы зат-
рат на его приобретение, транспортировку и монтаж.
Печатный процесс является основным в комплексном производ-
ственном процессе изготовления полиграфической продукции.
При проектировании в первую очередь решается вопрос о выборе
способа печати и типа печатного оборудования. Оба этих важных
фактора производственного процесса предъявляют определенные
требования к способам изготовления печатных форм, обусловли-
вают характер печатных полуфабрикатов и определяют порядок
их последующей обработки. Однако, как уже указывалось, между
этапами процесса устанавливаются не только технологические вза-
имосвязи. Для того чтобы выбранные в начальной стадии проекти-
рования печатные машины могли отпечатать предусмотренное про-
граммой количество продукции, необходимо обеспечить их опреде-
ленным количеством печатных форм.
73
Характер и состав оборудования отделочного производства долж-
ны быть такими, чтобы превратить продукцию печатного производ-
ства в готовые изделия, количество которых также предусмотрено
заданием на проектирование. Это означает, что одной из задач про-
ектирования является сопряжение мощностей печатного, формно-
го и отделочного производств.
Для определения годовой мощности печатного производства следу-
ет рассчитать необходимое количество печатных машин каждого типа.
Годовой фонд рабочего времени печатной машины расходуется на
подготовку машины к печати (приправку, приладку) с периодически
сменяющихся печатных форм и на процесс собственно печатания —
изготовление печатной продукции. Поэтому необходимо знать, как за-
гружено оборудование по каждому из эт их двух элементов печатного про-
цесса. За1рузка оборудования обычно рассчитывается в листопрогонах.
Листопрогоном называют прохождение тиражного л иста через печат-
ную машину. Для плоскопечатной машины листопрогоп соответствует
двойному ходу талера, а для ротационных — одному обороту' печатных
цилиндров. В зависимости от формата и красочности машины листо-
прогон дает разнос количество продукции, выраженное в печатных ли-
стах-оттисках и краскооттисках. В табл. 4.1 приведены примеры содер-
жания листопрогона для разных типов печатного оборудования.
Таблица 4.1
Содержание листопрогона для разных типов печатных машин
Печатая машмна	Красочность	Формат тиражного листа, см	Содержание одного листопрогона	
			в физических печатных листах	в физических краскоот тисках
Однокрасочная листовая офсетная машина	1+0	70x100	1	1
Двухкрасочная листовая офсетная машина	2+0	70x100	1	9
Четырехкрасочнгы листовая оф( стная машина	4+0 2+2	90x120	2 4	8 8
рулонная машина	1+1	84x108	9	2
74
Продолжение табл. 4 1
Печатная машина	Красочность	Формат тиражного листа, см	Содержание одного листопрогона	
			в физических печатных листах	в физических краскоотгисках
Однокрасочная рулонная машина	1+1	90x120	4	4
Четырехкрасочная рулонная офсетная машина	4+4	84x108	9	8
Годовое количество листопрогонов по г-й расчетной позиции оп-
ределяют следующим образом:
j	^тир? ( ^кр.л г + ^кр.обг)
Л1Р’	2/х1>
где л — количество сторон бумажного листа, которые запечатывают-
ся в машине за один прогон; р — количество физических печатных
листов-оттисков в одном листопрогоне; Ф — количество краскоформ,
установленных в машине; А /с|роб|— количество краски налицевой
и оборотной сторонах листа.
Смысл формулы становится ясным, если принять во внимание, что
ВДВ.К.Р.(*.
выражение -------------------—-----представляет собой годовое
количество физических краскооттисков, а величина рФ/s — число
физических краскооттисков в одном листопрогоне.
Количество форм-приладок (приправок) по каждой позиции пред-
варительно определяют для одного наименования, а затем, умножая
на количество наименований, рассчитывают годовое количество
приладок и приправок. При этом исходят из объема и красочности
изданий и технологических возможностей печатных машин. Каждая
машина характеризуется вполне определенным количеством физи-
ческих печатных листов-оттисков, получающихся за один цикл (лис-
топрогон), которое численно равно количеству физических листов
набора, содержащихся в печатной форме (см. табл. 4.1). Поэтому при
печатании издания объемом Кна машине, форма которой содержи!
/глистов набора, количество форм-приладок (приправок) К. (оно
может быть только целым числом) будет равно V/p лишь в том част-
75
ном случае, когда Vкратно р. В противном случае следует четко уяс-
нить, что представляет собой каждая конкретная печатная форма.
Например, при печатании издания объемом 15 печ. л. на рулон-
ной ротационной машине, у которой р = 4, состав печатных форм
будет следующим: I форма — 1, 2, 3, 4-й листы; II форма — 5, 6, 7, 8-й
листы; III форма — 9, 10, 11, 12-й листы; IV форма — 13, 14-й листы,
повторенные дважды (это означает, что матрицы или монтажи фо-
тоформ подготавливают таким образом, чтобы на готовой тиражной
форме флексографской, офсетной или глубокой печати каждая по-
лоса данных печатных листов была продублирована); V форма — 15-й
лист, который повторяется четыре раза. Всего для печатания изда-
ния потребуется пять форм-приладок. Следует заметить, что если
объем издания увеличится, например, до 16 печ. л., то количество
приладок (приправок) уменьшится до четырех.
При определении количестваформ-приладок (приправок), напри-
мер, для издания объемом 8 печ. л., красочность которого 4+4 и кото-
рое печатается на двухкрасочной односторонней листовой ротаци-
онной машине одинарного формата (/> = 1), рассуждают следующим
образом. Для получения одного печатного листа-оттиска необходи-
мо иметь четыре краскоформы, поэтому для всего издания потребу-
ется 4x8 = 32 краскоформы. Печатная форма машины содержит две
краскоформы, поэтому количество приладок П = 32/2 =16.
Количество форм-приправок для машин высокой печати можно
определять по формуле
ф.-ПрИЛ»
^s^k^N^/N )
=--------------(* ~ 8(х))
х = /КК- /Р- rounder /р,0)),
-1, если х = 0,
О, если х = 1;
1, если х > 1;
х -1, если х < 1,
где . — тираж; Nu — средняя износостойкость или тиражестой-
кость с^ормы в листопрогонах; round( V / р, 0) — округленное значе-
ние вещественного числа V./p с точностью до нуля знаков после де-
сятичной точки.
76
Для машин офсетной печати следует рассчитывать число форм-
приладок Аф прил и количество дополнительных краскоформ К кр (если
прогонный тираж превосходит тиражестойкость формы), поскольку7
время приладки и время смены форм нормируются отдельно:
ф.-прнл»
2Ф
(х-5(х)),
По результатам расчетов загрузки печатного оборудования опре-
деляется необходимое количество однотипных печатных машин:
Мп пп
1Z /	+ к t -I______________Лпр
*'’ф.-прил*'прил ' •*\д.ф1СМ.ф ' » -г
кг _________________________________________вырл.-пр
•* 1IM	Г- f
1 об’чм
где	lipivi — число форм-приладок; J	— норма времени на приладку, ч;
Адф — число дополнительно устанавливаемых краскоформ офсет-
ной печати для изданий; f — норма времени на смену одной оф-
сетной краскоформы, ч; М пр — годовое количество листопрогонов;
N — норма выработки при печати, листопрогон/ч; k — коэф-
выр.л.-пр	г	Г	Г	’	Г	'	’ СМ	1
фициент сменности.
Если ТЛф> Т , то годовая производительность печатной маши-
ны (производственная мощность) в печатных листах-оттисках может
быть определена по формуле
М	=—2^—N ь
им	КТ 1¥тирГ»
t +-™^
,1Р п
где Л11м — годовая производительность машины в печатных листах-
оттисках; Лгтир — средняя тиражность изданий, печатающихся на ма-
шине в течение года, с учетом увеличения тиража на технические
отходы производства; п— часовая цикличность машины, об/ч; t —
время приладки (приправки) одной формы, ч.
Входящее в формулу выражение —• 96 — представляет собой
I +-^
"р п
годовое количество форм-приладок (приправок) N . В соответствии
77
с этим годовая производительность печатной машины может быть
определена следующим образом:
М =N N р.
Уже указывалось, что технические показатели изданий в промза-
дании являются усредненными величинами. Поэтому загрузка про-
изводственных цехов па действующем предприятии в связи с откло-
нением объемов и тиражей от средних величин будет отличаться от
расчетной. Эти отклонения будут влиять на количественные показа-
тели всех этапов комплексного производственного процесса, но это
влияние, как показано выше, на разных этапах будет различным. Так,
изменение средних тиражей приводит к изменению годовой произ-
водительности печатных машин: она возрастает с увеличением тира-
жа. Возрастает также при неизменном объеме изданий загрузка бро-
шюровочно-переплетного производства, но уменьшается потреб-
ность в печатных формах. При уменьшении средних тиражей наблю-
дается обратная картина. Изменение средних объемов изданий при
постоянных тиражах приводит к изменению загрузки брошюровоч-
но-переплетного производства, не затрагивая других этапов.
Все эти колебания, естественно, отражаются на степени загружен-
ности оборудования в цехах полиграфического предприятия и Moiyr
вызывать диспропорции их пропускной способности.
4.1.7. Расчет количества технологического оборудования
средствами Excel
Рассчитаем количество основного оборудования ио формуле (4.1).
Для этого расположим базы данных по параметрам оборудования в
книгах (на листах) 1-4. Расчет проводится в несколько шагов.
Шаг 1. Подготовка формы электронного документа в виде табли-
цы на листе 4 (рис. 4.3).
Шаг 2. Выделение ячеек под вектор потребности в оборудовании,
т. е. под результат расчета. В таблице выделяются ячейки D4:D7, в
которых будет храниться результат расчета. Все эти ячейки, кроме
D4, окрашиваются в черный цвет. Для выделения ячеек надо устано-
вить стрелку курсора на ячейке D4, нажать левую кнопку мыши и, нс
отпуская ее, провести стрелку курсора до ячейки D7.
Шаг 3. Набор формулы расчета в строке формул. В строке формул
вводим знак « =», а затем адрес матрицы планового объема выпуска. В
том случае, если база данных по плановому объему выпуска продук-
ции, действительные фонды времени основной работы оборудова-
78
ния и нормы выработки располагаются на разных листах, последова-
тельно обращаемся к нужным листам для выделения матрицы дан-
ных и ввода ее адреса в строку формул. Для этого щелкаем по назва-
нию нужного листа (книги), выделяем мышью нужный вектор — в
строке формул появляется адрес вектора параметра, а знаки дейез вий
вводим с клавиатуры.
		Л	В	С	D
	1	Расчет количества ochobhoi о оборудования			
	2				
	3	Наименование группы оборудования	Ед измерения	Расчетная потребность в оборудовани и	11ри пятая потребность в оборудовали и
	4	Печатная машина	Шт.	0,22137	1
	5	I Гресс для тиснения	Шт	1,56002	2
	6	Высекальный пресс	Шт.	1,683502	9
	7	Фальце паль но- склеивакмцая машина	Шт.	2.085651	3
	Лист	4			
Рис. 4. ?. Расчет потребности в технологическом оборудовании
В нашем примере входим в книгу 1 (рис. 4.4) с базой данных по
планируемому объему выпуска продукции (объем загрузки оборудо-
вания), выделяем вектор-столбец С4:С7. В строке формул появляет-
ся выражение « Лист! !С4 С7», после чего вводим знак деления [ / ] с
клавиатуры, открываем скобку [ (].
Так как в книге 2 данные по действительному фонду времени ос-
новной работы оборудования представлены в виде вектор-строки, то
после обращения к листу 2 необходимо преобразовать вектор-строку
в вектор-столбец путем транспонирования, для чего в строке формул
с клавиатуры вводим оператор «ТРАНСП» и в крутых скобках адрес
вектор-строки В17:Е17 (рис. 4.1) путем ее выделения. Затем с клави-
атуры вводим знак умножения [ * ], входим в книгу 3 с базой данных
по нормам выработки (рис. 4.5) и путем выделения вектор-столбца
С4:С7 вводим адрес последнего параметра в формулу (4.1). С клавиа-
туры закрываем скобки.
Таким образом, формула числа будет иметь следующий вид:
=Лист1!С4:С7/(ТРАНСП(Лист2!В17:Е17)*ЛистЗ!СТ.С7)
79
Для получения результата на листе 4 с базой данных но количеству
оборудования необходимо нажать и удерживать клавиши «Shift+ Ctrl+
Enter». На листе 4 появится вектор-столбец С4:С7 (рис. 4.3).
	А	В	с
1	Годовая загрузка оборудованияМ		
2			
3	Наименование группы оборудования	Ед. измерения	Годовая загрузка оборудования
4	Печатная машина	Тыс. л истопрогонов	3000
5	Пресс для тиснения	Тыс. л истопрогонов	3000
6	Высекальный пресс	Тыс. л истоп рог оно в	3000
7	Фальц свал ьно-склеивающая машина	Тыс. экз. упаковок	45 000
Лист 1			
Рис. 4 4. Годовой объем выпуска продукции (годовая загрузка оборудования)
	А	В	с
1	Норма выработки		
2			
3	Наименование группы оборудования	Ед. измерения	Нормы выработки
4	Печатная машина	Тыс. листопрогон/ч	8
5	Пресс для тиснения	Тыс. листопрогон/ч	1
6	Высекальный пресс	Тыс. листопрогон/ч	1
*7 i	Фальц свал ьно-склси вающая машина	Тыс. экз. упаковок/ч	12
Лист 3			
Рис. 4.5. Нормы выработки оборудования
80
4.1.8. Расчет площадей
Площадь полиграфического предприятия по своему назначению
подразделяется на производственную, вспомогательную и служебно-
бытовую.
К производственной площади относится территория, занятая про-
изводственным оборудованием и мебелью, транспортным стационар-
ным оборудованием, полуфабрикатами (заделом) у рабочих мест и
оборудования, рабочими местами мастеров, контролеров и сортиров-
щиков, проходами и проездами между рядами оборудования, за ис-
ключением магистральных проездов.
К вспомогательной относятся площади, занятые ремонтными служ-
бами, складскими помещениями, лабораториями и т. д., а также маги-
стральными и пожарными проездами.
В процессе проектирования определение потребных площадей
осуществляется при разработке проектов производственных цехов.
Технологическими расчетами определяются только производствен-
ная и вспомогательная площади, объединяемые общим названием
«технологическая площадь цеха».
Расчеты технологических площадей выполняются на основе раз-
работанных Гипронииполиграфом норм технологического проекти-
рования, которые устанавливают условия размещения оборудования
по отношению к конструктивным элементам здания (стены, колон-
ны) и друг к другу в зависимости от характера зоны машины (рабочая
зона, нерабочая зона); рабочую площадь на машину, необходимую для
ее правильной эксплуатации, или на группу машин, объединенных
технологическим процессом; общую площадь, необходимую для раз-
мещения машины или группы машин.
Рабочая площадь S — площадь, необходимая для установки и обслу-
живания машины (или группы машин) при условии ее размещения в
соответствии с установленными нормами и оснащения рабочего ме-
ста комплектом производственной мебели согласно принятой орга-
низации труда.
Общая площадь 5 включает кроме рабочей площадь для проезда
транспорта, размещения специальных технологических установок,
единых для всех машин, а также площадь на машину, обусловленную
конструктивным решением здания.
Нормами технологического проектирования устанавливаются
следующие коэффициенты:
81
А' — коэффициент рабочей площади, равный отношению установ-
ленной рабочей площади к площади 5м, занимаемой машиной (или
группой машин) и комплектом производственной мебели к ней:
К — коэффициент общей площади, равный отношению общей
площади к площади, занимаемой машиной (или группой машин) и
комплектом мебели к ней:
А — усредненный коэффициент площади, равный отношению
технологической площади цеха $ к площади, занимаемой основ-
ным оборудованием и мебелью к нему.
Коэффициент К больше, чем Ао, за счет неучтенной мебели и обо-
рудования, помещений, необходимых для ремонтных мастерских,
транспортных устройств, хранения полуфабрикатов, материалов,
оперативных запасов бумаги и т. д.
В начальной стадии проектирования с помощью А можно укруп-
ненно рассчитать потребные площади цехов S, что необходимо для
определения строительных объемов здания:
Точный расчет технологических площадей цехов и производствен-
ных участков выполняется по формуле
^,=U5KOS\.
где 1,15 — коэффициент поправки па неучтенные площади (кладовые ма-
териалов, цеховые ремонтные мастерские, светлые лаборатории и др.).
Величина 5м, представляющая собой суммарную площадь, зани-
маемую оборудованием и производственной мебелью, рассчитывает-
ся по данным ведомостей оборудования цеха, включающих устано-
вочные площади машин 5м.
Нормы площади на оборудование разработаны при условии разме-
щения машин с минимально допустимыми расстояниями между ними
и относительно конструктивных элементов здания. Отклонение от
норм допускается только в сторону их увеличения в пределах 15-20%.
При размещении печатного, брошюровочно-переплетного и
крупно!абаритного формного оборудования (пробопечатные станки,
82
установки для изготовления офсетных форм, гальванооборудование
формного производства глубокой печати) в зданиях с сеткой колонн
6x6 м следует принимать коэффициент увеличения норм площади,
равный 1,15. При этом нужно учитывать, что некоторые виды круп-
ногабаритного оборудования нельзя установить в здании с такой сет-
кой колонн.
Для печатного, отделочного и брошюровочно-переплегного оборудо-
вания, которое устанавливается в зданиях с сеткой колонн 12 Х18 м,
нормы площади принимают с понижающим коэффициентом 0,9.
При размещении оборудования для изготовления печатных форм,
имеющего небольшие и средние габариты, в зданиях с другой сеткой
колонн (6x6 м, 12x18 м) показатели норм остаются неизменными.
Площади служебных и бытовых помещений определяются в соот-
ветствии с нормами проектирования CI 1иП 11-92-7.6 «Вспомогатель-
ные здания и помещения промышленных предприятий» и отраслевы-
ми правилами по технике безопасности и промышленной санитарии.
Результаты расчетов площадей используются для предваритель-
ной компоновки производственных подразделений предприятия.
Окончательно площади цехов и участков уточняются после плани-
ровки оборудования и рабочих мест.
4.2. Выбор структуры производственных систем
При разработке проектов цехов важным этапом является синтез
его структуры, т. е. обоснованный выбор состава отделений, участ-
ив и линий. Это очень сложный вопрос, требующий тщательного
анализа номенклатуры и объемов выпускаемой продукции, техноло-
гии изготовления и организационных форм выполнения.
Относительно просто этот вопрос решается для цехов массового
и крупносерийного типов производства, где естественной является
целевая предметная специализация цехов и участков. Число поточ-
ных линий обработки, как правило, определяется числом изготавли-
ваемых изделий. Такая структура обеспечивает прямоточность про-
изводственного процесса.
Более сложно решить задачу структуризации для цехов средне-
серийного, мелкосерийного и единичного типов производства, где
обширная номенклатура деталей и изделий, изготавливаемых по-
следовательно на одних и тех же местах, как бы предопределяет тех
нологическую специализацию участков с использованием однотип-
ного оборудования.
83
4.2.1. Компоновочные схемы цехов, планировка
оборудования и рабочих мест
Проектирование является итерационным процессом, при кото-
ром на каждом шаге проектирования ввиду недостатка информации
вначале принимают приближенное решение, которое затем по мере
детальной проработки уточняют. Так, после синтеза структуры цеха,
т. е. после определения состава его участков и числа машин, прини-
мают решение о размещении этих участков. Выбор варианта разме-
щения участков определяет компоновочную схему цеха.
Важным при проектировании является выбор строительных пара-
метров здания — сетки колонн и высоты пролета. Ширину пролета
выбирают такой, чтобы можно было рационально разместить кратное
число рядов оборудования — обычно от двух до четырех рядов машин
в зависимости от габаритных размеров и варианта размещения.
При проектировании участков и цехов гибких автоматизирован-
ных производств (ГАП) целесообразно использовать пролеты с мос-
товыми кранами, обеспечивающими высокую мобильность при пе-
рестановке и замене оборудования, а также здания, оборудованные
подвесными конвейерами, монорельсами и кран-балками.
В одноэтажных производственных зданиях пролеты обычно имеют
ширину 18 или 24 м при шаге колонн Z= 12 м. Высоту пролета при отсут-
ствии мостовых кранов принимают равной 6,7,2 или 8,4 м. Для крановых
зданий высота пролетов несколько больше: 8,4,9,6,10,8,12,6 м и более.
Длину участков и линий из соображений пожарной безопасности
принимают в пределах 35-50 м, а между ними предусматривают маги-
стральные (пожарные) проезды шириной 4,5-5,5 м. По известной
производственной площади участков определяют их ширину.
Имея габаритные размеры участков с учетом наличия продольно-
го и поперечных магистральных проездов, определяют габаритные
размеры и ориентировочную площадь цеха.
Для многоэтажных производственных зданий принимается сет-
ка колонн 9x6 м при допускаемой нагрузке на перекрытия до 15 кПа
и 6x6 м при допускаемой нагрузке до 25 кПа. Высота этажей состав-
ляет 3,6, 4,8 или 6 м, причем последний этаж может быть с большей
шириной пролета.
Планировка оборудования па участках и линиях определяется орга-
низационной формой производственного процесса, длиной станочных
участков, количеством машин, видом межоперационного транспорта,
способом удаления отходов и другими факторами. При оформлении
планировок используют обозначения, приведенные в табл. 4.2.
84
Таблица 4.2
Условные обозначения, применяемые на планировках
Наименование	Условное обозначение					Наименование	Условное обозначение								
Капитальная стенка	1		 ~	1					Кран консольный поворотный с электроталью	/ \	-ф []							
Окно	в	— 		  HZZ1				Каретка-оператор с автома гич ес к им адресованием груза									
											X				
															
Сплошная перегородка						Тележка рельсовая									
															
															
															
Перегородка из стеклоблоков	ЕВЯЯЕЕЕЕ19Я					Автоматизирован- ная линия и те хнол о ги че скос оборудование	0								
												L			
															
Барьер	I II -~п Z1				LU		Место оператора									
Ворота распашные						Многостаночное обслуживание одним оператором									
	“La			II	1										
				J						1)					
Ворота откатные						Контрольный пункт	1	кп ! 1	1 —	—	— J								
	L__	1	1													
Колонны железобетонные и металлические	г — — н	-1 Г — F! !			—— п I: J	Место с клади рования полуфабрикатов и изделий	\""7 1 \ / 1 X / » 1 \ / 1 1 V 1 1 А 1 1 / X | 1 / \ I 1 / \ 1 I / х 1 1/	i								
Пульт управления		ПУ				Конвейер подвесной цепной									
Кран мостовой						Промышленный робот									
	ш				(				ПР			—			
Стеллаж многоярусный однорядный						Конвейер роликовый (рольганг)									
	1				1 1			Ии							
								_1_L							
Кран штабелер автоматизиро- ван ный						Подвод сжатого воздуха (цифра указывает давление в сети)									
Точка подвода электрокабеля к оборудован»! к>															
85
Последовательность размещения машин непрерывно-и перемен-
но-поточных линий практически однозначно определяется последо-
вательностью выполнения операций ТП. Задача рационального раз-
мещения оборудования сводится к выбору варианта размещения ма-
шин и поточных линий.
Относительно транспортного средства возможны варианты про-
дольного, поперечного, углового и кольцевого размещения машин
(рис. 4.6). Продольное размещение машин фронтом к транспортно-
му средству или проезду обеспечивает наиболее благоприятные ус-
ловия для механизации и автоматизации межоперационного транс-
портирования и обслуживания рабочих мест. При поперечном рас-
положении условия обслуживания машины оператором ухудшаются
в связи с его удалением от рольганга или конвейера. Однако при ис-
пользовании для автоматической загрузки машин манипуляторов или
промышленных роботов портального типа это противоречие реша-
ется, и при этом варианте обеспечивается компактность планиров-
ки, т. е. лучшее использование производственной площади.
Рис. 4.6. Варианты размещения машин относительно транспортного средства:
а — продольное; б— поперечное; в — угловое; г — кольцевое
Расположение машин под углом к проезду применяют для машин,
длина которых значительно превышает их ширину. Кольцевое раз-
мещение машин создает благоприятные условия для многостаночно-
го обслуживания, но при этом возникают трудности для использова-
ния мсжопсрационного транспорта и инженерных коммуникаций.
В зависимости от длины технологического потока и участка при-
меняют однорядное или многорядное размещение машин. При этом
для обеспечения прямоточности зону заготовок и полуфабрикатов
(начало линий) располагают со стороны проезда, а конец линий — с
противоположной стороны в направлении дальнейшего перемеще-
ния полуфабрикатов.
Для линии, оборудование которой размещено в пределах длины
участка, применяют однорядный вариант. Короткие линии обработ-
ки располагают последовательно. Поточные линии с большим чис-
лом машин размещают в два или несколько рядов, но с обязательным
86
условием, чтобы начало линии располагалось со стороны проезда и
зоны заготовки, а конец линии — с противоположной стороны.
Возможны три варианта расположения машин па предмет но-замкну-
тых (подетальнехпециализированных) участ ках: точечный, при котором
отсутствуют кооперативные связи между машинами; рядный, при кото-
ром оборудование размещено в линейной последовательност и, соответ-
ствующей ходу Т1I характерной детали; гнездовой, при коте >ром машины
размещают группами в зависимости от кооперативных связей между ними.
Точечный вариант расположения машин возможен при полной
обработке деталей на одной машине. Рядный и гнездовой варианты
характерны для групповых поточных линий, где в зависимости от
степени синхронизации работа возможна на переменно-поточной
линии с определенным т актом или на несинхронной (прямоточной)
линии. Возможны также комбинации указанных вариантов располо-
жения машин внутри одного участка.
При выборе того или иного варианта в качестве основною пара-
метра, влияющего в наибольшей степени на эффективность работы
участка и линии, обычно используют грузооборот участка, характе-
ризуемый грузопотоком между рабочими местами:
Р
*=|
где р— число маршрутов деталей между рабочими местами и г2; Nk —
программа выпуска А-й детали; mk — масса А-й детали.
При точечном варианте расположения оборудования, когда пере-
мещение деталей осуществляют со склада к рабочему месту и обрат-
но, рабочие места с наибольшей интенсивностью грузопотока рас-
полагают ближе к складу, и наоборот.
Сложнее решить задачу для линейного и гнездового вариантов
расположения оборудования. Задача оптимального размещения ра-
бочих мест на участке в общем виде может быть сформулирована так.
Известна матрица i рузопо гоков между станками (рабочими местами)
размерностью пХп, где п — число рабочих мест на участке. Известны
также места расположения площадок для рабочих мест и расстояния
между ними. Матрица расстояния также имеет размерность тгхп. В
качестве допустимого множества площадок обычно берут узлы пря-
моугольной или треугольной решетки либо фиксированные: точки на
плоскости. Необходимо расположить рабочие места по узлам решет-
ки или в точках плоскости таким образом, чтобы мощность грузопо-
тока, определяемая суммой произведений грузопотоков на соответ-
ствующие расстояния, была минимальной:
87
п п п п
Q =	-> min
Ч *2 Л 72
при условии
Хху=1 (/ = 1, 2,..., п);
£ху=1 (г =1, 2, ..., п);
Ji
ху =5
0;
(г, ; = 1, 2,...,п),
где х—булева переменная, показывающая, размещено ли Zj-e рабо-
чее место на j.-ii площадке; х — булева переменная, показывающая,
размещено ли ?2-е рабочее место на^-й площадке; q — грузопоток с фго
рабочего места на уе; 5 — расстояние между у(-й и у2-й площадками.
Сформулированная задача в математической постановке сводит-
ся к «задаче о назначениях» и может быть решена с помощью точно-
го алгоритма.
В большинстве существующих ПС используется линейный прин-
цип размещения модулей. При небольшом числе машин их распола-
гают в один ряд, при числе машин более четырех — в два ряда. Компо-
новка ПС также может быть замкнутой или П-образнои.
Во многом размещение технологических модулей в ПС определя-
ется типом автоматизированной транспортно-складской системы, с
помощью которой регулируют материальные потоки заготовок, ин-
струментов, приспособлений, тары и деталей. В зависимости от вида
применяемой транспортно-складской системы возможны три различ-
ные схемы компоновок ПС.
1. Компоновка с централизованным складом (рис. 4.7, а). Заго-
товки в таре или на палетах доставляются со склада к технологичес-
ким модулям транспортной системой.
Заготовки, обработанные на одной машине, передаются на следу-
ющую или возвращаются на склад, где они хранятся, пока не освобо-
дится занятая машина. Транспортная система может быть линейной
или замкнутой. Данная схема универсальна, обеспечивает возмож-
ность наращивания в определенных пределах.
88
2
Рис. 4. 7. Компоновочные схемы
ПС с централизованным складом
(а), накопителем в составе
транспортной системы (б) и
транспортным устройством в
составе склада (<у):
1 — технологический модуль;
2— склад; 5 — транспортная
система, 4—транспортер-
накопитель, 5 — робот-штабелер
2. Компоновка со складом-накопителем в составе транспортной
системы (рис. 4.7, б). Здесь роль склада выполняет транспортная сис-
тема (роликовый транспортер или конвейер замкнутого типа). Заг-
рузка и выгрузка транспортной системы обычно производятся в одном
месте. Подобная планировка характерна для ПС средне-и крупносерий-
ного типов производства с четко выраженной последовательностью и
определенной синхронизацией по времени выполняемых операций.
3. Компоновка с перемещением деталей транспортным средством
в составе склада (рис. 4 7, в). В этом случае технологические модули
непосредственно примыкают к складу, что значительно упрощает
доставку заготовок и их автоматическую загрузку. Такой вариант при-
влекает простотой загрузки, перемещения и храпения заготовок, но
возможности его расширения и изменения оборудования при модер-
низации ограничены. В этом отношении первая схема, представлен-
ная на рис. 4.7, а, является более предпочтительной.
Планировку оборудования в проекте выполняют в масштабе 1:100
для малых и средних цехов и в масштабе 1:200 для крупных цехов.
При разработке рабочей документации составляют монтажные пла-
ны участков и цехов в масштабе 1:50 с привязкой оборудования к стро-
ительным элементам здания.
На планировке показывают строительные элементы здания; все
технологическое и подъемно-транспортное оборудование; применя-
емую оргоснастку (столы, верстаки и др.); проходы и проезды; кана-
лы отвода отходов производства, подвода увлажняющего рас твора и
др.; места подвода электроэнергии, сжатого воздуха, воды; месторас-
положение операторов, места для складирования заготовок, полуфаб-
рикатов и готовой продукции; места храпения инструмен гов и дру-
гие элементы производственной системы; указывают ширину проле-
тов, шаг колонн, ширину проездов и проходов, общие размеры участ-
ков и цеха, расстояния от станков до колонн и между станками и ра-
89
бочими местами. Все элементы на планировке нумеруют и расшиф-
ровывают в спецификации. Дополнительно выполняют поперечные
разрезы пролетов с указанием их высоты и вертикальных отметок
сооружений относительно уровня пола.
При размещении оборудования в соответствии с выбранным ва-
риантом необходимо обеспечить установленные нормами расстоя-
ния между машинами при различных вариантах их размещения, а
также ширину проездов (табл. 4.3).
Таблица 4.3
Нормы расстояний машин от проезда, между машинами,
а также от машин до стен и колонн здания
Расстояние, мм	Наибольший габаритный размер машины в плане, мм		
	до 1800	до 4000	до 8000
От про< дда до:			
фронтапьной стороны машины	1600/1000	1600/1000	2000/1000
боковой стороны машины	500	500	700/ 500
тыльной стороны машины	500	500	500
Между машинами при расположении их:			
в «запалок»	1700/1400	2600/1600	2600/1800
тыльными сторонами	700	800	1000
боковыми сторонами	900	900	1300/1200
фронтальными сторонами при			
обслуживании одним рабочим одной	2100/1900	2500 /2300	2600
машины			
то же, двух машин	1700/1400	1700/1600	—
п.о кольцевой схеме	2500/1400	2500/1600	—
От стен, колонн до:			
фронтальной стороны машины	1600/1300	1600/1500	1600/1500
тыльной стороны машины	700	800	900
боковой стороны машины	1200/900	1200/900	1200/900
Примечание. В знаменателе приведены нормы расстояний для цехов крупносерий-
ного и ма.< сов-./Го типов произволе гва, когда они отличаются от соответствующих норм
для условий единичного, мелкосерийного и среднесерийного типов производства.
90
Нормы зависят от габаритных размеров оборудования и устанав-
ливают расстояния от крайних положений движущихся частей ма-
шины, открывающихся дверей расположенных отдельно стоек и
шкафов систем управления. При размещении рядом двух машин раз-
личных габаритных размеров расстояния следует выбирать по наи-
большему из них.
Ширину магистральных проездов, по которым осуществляют .меж-
цеховые перевозки, в разных отраслях промышленности принима-
ют равной 4500-5500 мм. Ширина цеховых проездов зависит от вида
напольного транспорта и габаритных размеров перемещаемых
грузов. Для всех видов напольного электротранспорта ширина
(мм) проезда А составляет: А= Б+ 1400 при одностороннем движе-
нии, А = 2Б + 1600 при двустороннем движении и А = Ь + 1400 для ро
бокар при одностороннем движении, где Б — ширина (мм) груза.
Ширину пешеходных проходов принимают равной 1400 мм.
В практике проектирования в основном используют темплетный
метод планировок. Тсмнлеты представляют собой планы рабочих
мест и оборудования, выполненные на прозрачной пленке или бума-
ге в определенном масштабе. Кроме габаритных размеров оборудо-
вания, сборочного стола или верстака на темплетс указывают место
рабочего, расположение инструментальных тумбочек, плит и другой
организационной оснастки, а также места подводов энергоносите-
лей и технологических жидкостей. В ходе планировки их размещают
па подготовленном компоновочном плане участка, закрепляя про-
зрачной клейкой лентой. В этом случае сокращается до минимума
доработка планов и уменьшается в 1,5-2 раза трудоемкость планиро-
вочных работ по сравнению с трудоемкостью планировки при ис-
пользовании шаблонов габаритов оборудования.
Темплетный метод используют также и при разработке планов на
ЭВМ. При этом в соответствии с выбранным вариантом расположе-
ния, обеспечивающим минимальные мощности грузопотоков па уча-
стке, размещают темнлеты рабочих мест, заранее введенные в банк
данных машин в виде отдельных графических файлов.
11ри разработке планировок цехов, имеющих сложные транспорт-
ные системы подвесных и напольных конвейеров, монорельсов и
автоматизированных складов, эффективно использовать метод
объемного макетирования, при котором применяют (выполненные
в определенном масштабе) объемные модели машин, рабочих мест
сборки, транспортных систем и строительных элементов зданий.
Объемные модели позволяют правильнее разместить транспортно-
91
технологическое оборудование в объеме здания и избежать многих
ошибок в расположении отдельных транспортных систем по высо-
те, возможных при плоскостном изображении. Современные сред-
ства машинной графики позволяют выполнять планировки на ЭВМ
в трехмерном пространстве.
При создании поточных линий массового и крупносерийного про-
изводства возникают осложнения при размещении оборудования раз-
ной производителыю( ги В этом случае на смежных операциях предус-
матривают различное число машин и распределение потока загол овок.
4.2.2.	Особенности технологического проектирования
автоматизированных производственных систем
Компоновочные структуры автоматизированных ПС зависят от
тина производства и принципа межоперациошюго транспортирования.
Автоматические линии (АЛ) массового и крупносерийного производ-
ства реализуют принцип межопирационной передачи «-машина—- маши-
на». По этому принципу строят и автоматизированные линии крупно- и
среднесерийного типов производства (см. рис. 4.7, б). Компоновочные
структуры производственных систем мелкосерийного производства
строят по принципу межоперационного транспортирования «машина—
склад — машина» и, как правило, предусматривают централизованный
межоперационный склад-накопитель (см. рис. 4.7, а, в), обслуживаемый
одним или несколькими оперативными транспорт ними устройствами.
Емкость склада обеспечивает работу ПС на период оперативного пла-
нирования, равный 6-10 рабочим сменам.
АЛ являются сложными техническими системами с большим ко-
личеством инструментов, исполнительных механизмов и конт-
рольных устройств.
Для уменьшения падения производительности вследствие отказов
отдельных элементов технических систем линии разбивают на учас-
тки, предусматривая между ними накопительные подсистемы.
Число участков АЛ рассчитывают на основе фактической произ-
водительности линий в зависимости от надежности технологических
систем, определяющих впецикловые потери.
Между участками автоматических или поточных линий устанав-
ливают накопители, емкость которых должна быть достаточной для
работы смежного участка на период устранения отказа, вызванного
отказом машины, системы управления, внезапной поломкой инстру-
мента, его преждевременным износом и т. п.
92
Типичными для АЛ жесткого типа будут структуры, представлен-
ные на рис. 4.8. Короткие АЛ состоят из одного участка (рис. 4.8, а),
линии с числом машин (позиций) более 10, как правило, разбивают на
два или несколько участков с накопителями между ними (рис. 4.8, б, в).
Рис. 4.8. Структура АЛ массового и крупносерийного типов производства:
а — без разделения на участки; б, в — с разделением на участки последовательного
и последовательно-параллельного действия соответственно;
/ — машины (позиции) линии; 2 — накопитель
Одной из составляющих ПС является автоматизированная транс-
портно-складская система. АТСС служит организационной основой
ПС, обеспечивающей возможность планирования производства и
реагирования на ситуации, возникшие входе производства. Опа ма-
териализует действия АСУП и обеспечивает взаимодействие различ-
ного оборудования ПС. Поэтому при выборе компоновочной схемы
ПС в первую очередь необходимо увязать расположение производ-
ственного модуля и АТСС.
Относительно транспортной магистрали технологические моду-
ли размещают вдоль, поперек, под углом, а также кустами с исполь-
зованием кольцевых структур при загрузке машин роботами. Вы-
бор варианта определяется видом транспорта, способом загрузки
заготовок на машину, направлением и способом удаления отходов, а
также другими факторами.
На компоновку ПС наряду со структурой и схемой АТСС влияют и
другие системы обеспечения функционирования производства. Важ-
нейшим компонентом ПС является система инструмснтообеспечения
(формообсспсчения), которая включает участок инструментальной
подготовки и технические средства для доставки и замены инстру-
ментов и форм. Как правило, участок инструментальной подготовки
входит в состав ПС, однако возможно инструментальное обслужива-
ние цеховым отделением. Доставку и замену инструментов и форм
технологических модулей в простых ПС осуществляю!' вручную.
В более совершенных системах предусматривают автоматическую
доставку и замену инструментов. Для этой цели используют транс-
93
портные роботы АТСС и манипуляторы или предусматривают отдель-
ную транспортную систему.
4.2.3.	Планировка печатного производства
При компоновке печатных цехов необходимо придерживаться
правил по технике безопасности и промышленной санитарии, в со-
ответствии с которыми в изолированных помещениях должны раз-
мещаться технологические отделения: плоскопечатных и листовых
ротационных машин; рулонных книжно-журнальных машин (листо-
вые и рулонные машины в цехах офсетной и глубокой печати можно
устанавливать в одном помещении); лакировальное; бронзироваль-
нос; колористическое, а также помещение для хранения валиков;
помещение для акклиматизации офсетной бумаги; красочная станция;
ремонтная мастерская; кладовая; помещение для хранения и подго-
товки растворителей и красок глубокой печати.
Листовые и рулонные машины партерного типа при размещении
производства в многоэтажном здании могут устанавливаться па между-
этажных перекрытиях Газетные агрегаты, как правило, устанавливают-
ся на специально сооружаемые фундаменты, которые передают нагруз-
ку непосредственно на грунт. Машины балконного типа, у которых пе-
чатные секции и рулонные установки находятся на разных этажах, раз-
мещают таким образом, чтобы печатные секции и фальцаппараты были
установлены на междуэтажном перекрытии над нижним этажом, а бума-
гоподающие устройства — в нижнем этаже на грунтовом фундаменте.
Расстановка печатных машин определяется характером здания,
схемой грузопотоков, габаритами оборудования, необходимостью
рациональной организации рабочего места. При расстановке машин
следует ориентироваться на нормы, приведенные в табл. 4.4.
Около печатных машин должны быть предусмотрены площади для
установки стеллажей с бумагой и оттисками, которые требуют допол-
нительных прогонов.
В соответствии с нормами техники безопасности и промышлен-
ной санитарии машины должны устанавливаться так, чтобы было
обеспечено оптимальное освещение основной рабочей зоны (при-
емного устройства). При размещении производства в многоэтажном
Kopiryce шириной 18 или 24 м это требование выполняется наилуч-
шим образом, если печатное отделение располагается в двухсветном
зале, а машины устанавливаются в два ряда, между которыми имеет-
ся центральный проезд шириной 3-3,5 м. Наиболее рациональной с
94
Таблица 4.4
Нормы, рекомендуемые при расстановке печатного оборудования
Наимсн ование оборудования	Минимальное расстояние, м				
	между машинами			между машинами и стенами или колоннами	
1. Плоскопечатные машины: малого форма га среднего формата бол иного формата	1.5 1.5 2,0	1,5 2.0 2.4	1.0 1,0 1.2	1.0 1.2 1.6	0.6 0,6 0,8
2. Ротационные машины высокой и офсетной печати: листовые рулонные	2,0 2,2	2,4 3,0	1,2 1,2	1.6 1.8	0,8 1,0
3. Ротационные машины глубокой и флексографской печати: листовые рулонные	2,0 2.2	2.5 3,0	1,2 1.2	1.6 1,8	1.0 1.2
точки зрения использования площади является установка машин по-
перек корпуса. Однако возможность для такой расстановки имеется
не всегда, так как она зависит от соотношения сетки колонн и габа-
ритов печатного оборудования. Ширин}'корпуса d, необходимую для
двухрядной поперечной установки машин, можно определить следу-
ющим образом:
d -1Х + /., + 2л + Ь,
где Z, А — максимальная длина машин, устанавливаемых в первом и вто-
ром рядах соответственно, м; л—расстояние от наружной стены до при-
емного устройства машины, м, Ъ—ширина центрального проезда, м.
4.2.4.	Планировка послепечатного производства
Исходными данными для разработки проекта планировки служат
принятая структура производства, маршрутные карты производствен-
ного процесса, результаты расчетов оборудования и производствен-
ных площадей.
95
В соответствии с отраслевыми нормами в изолированных помещени-
ях следует располагать производственные и вспомогательные подразде-
ления: разрезки и фальцовки заготовок упаковок; хранения сфальцован-
ных упаковок; раскроя материалов; изготовления упаковок; тиснения и
высечки упаковки; изготовления клеев; помещение для генераторов вы-
сокочастотных установок; ремонтную мастерскую; кладовую.
На небольших предприятиях мелкосерийного производства участ-
ки раскроя материалов, фальцовки, изготовления упаковок можно
располагать в одном помещении с другими технологическими под-
разделениями.
Компоновка послепечатного производства выполняется с учетом удоб-
ства его связей с печатными цехами и складом готовой продукции; опа
должна обеспечивать прямоточность производственного процесса, ра-
циональную схему 1рузопотоков и возможность использования наиболее
простых, достаточно емких и надежных транспортных средств.
В соответствии с проектируемой формой ор1анизации производствен-
ного процесса оборудование может располагаться одним из двух описан-
ных ранее способов: труппами однотипных машин или по ходу техноло-
гического процесса в порядке очередности выполнения операций.
При групповой планировке можно изготавливать издания с лю-
бым технологическим маршрутом, что позволяет более полно загру-
жать оборудование, обеспечить его взаимозаменяемость, маневриро-
вать рабочей силой. В то же время такая планировка приводит к орга-
низационной раздробленности производственного процесса, удлине-
нию и усложнению транспортных путей, увеличению длительности
производственного цикла. Технологические подразделения форми-
руются по групповому принципу в мелкосерийном производстве, где
из-за часто меняющихся технических показателей изданий изменя-
ются и технологические схемы их изготовления.
При формировании производственных подразделений по предмет-
ному принципу оборудование размещается последовательно по ходу тех-
нологического процесса. В результате создаются благоприятные усло-
вия для внедрения поточных методов работы, между рабочими места-
ми устанавливаются более тесные взаимосвязи, хотя не всегда обеспе-
чивается полная загрузка оборудования. При проектировании поточно-
го производства оборудование, не включенное в состав поточной ли-
нии, может расстанавливаться по групповому принципу, например уча-
стки прессов для тиснения, фальцевально-приклеечных машин и т. д.
Расстановку оборудования и организацию рабочих мест наиболее
целесообразно выполнять, руководствуясь по аналогии типовыми
96
планировками технологических участков и поточных линий брошю-
ровочно-переплетного производства, разработанными Гипрониипо-
лиграфом. В случае необходимости следует предусматривать площад-
ки для межоперациопного хранения полуфабрикатов.
Для перемещения полуфабрикатов в процессе производства исполь-
зуются напольные ленточные и пластинчатые транспортеры, рольган-
ги, подвесные и люлечные конвейеры, вертикальные элеваторы, элек-
тротележки с подъемными платформами и другие подвижные средства.
При расстановке оборудования следует руководствоваться норма-
ми, приведенными в табл. 4 5.
Таблица 4.5
Нормы, рекомендуемые при расстановке послепечатного
оборудования
Наименование оборудования	Минимальное расстояние, м				
	между машинами			между машинами и стенами или колоннами	
	в рабочей зоне	при наличии смежных рабочих зон	в нерабочей зоне	в рабочей зоне	в нера- бочей зоне
1. Фальцевально-склеивающие					
машин ы:					
мал оформатные	1,2	1,2	0,6	1.0	0.5
среднего формата	1,5	1,5	1.2	1,2	0,6
большого формата	1.8	1.8	1,2	1.5	0,6
2. Однонсжевые бумагорезальные		Не			
машины	2.0	допу с-	1.2	1.5	0,6
		кается			
3. Лакировальные машин ьс					
листовые	2,0	2,4	1.2	1,6	0,8
рулонные	1.2	3,0	1,2	1.8	1.0
4. Машины для ламинирования, каши ро вания	2,0	2,4	1.2	1,6	0,8
5 Высскальные прессы	2,0	—	1,2	1,5	0,6
6. Поэологные прессы	1.5	1.5	1.2	1.5	0,6
97
Расстояния между механизированными и автоматическими лини-
ями и другим оборудованием должны обеспечивать установку плат-
форм с полуфабрикатами и свободный проезд электротележек.
Планировка поточных линий может быть различной, она зависит
от числа машин (рабочих мест), входящих в линию, применяемых
транспортных средств, конфигурации площади участка.
Контрольные вопросы
1.	Основные параметры производственного процесса.
2.	Расчет объема работ по операциям упаковочного производства.
3.	Расчет количества материалов.
4.	Расчет действительного фонда времени работы оборудования.
5.	Расчет действительного фонда времени работы оборудования с ис-
пользованием Excel.
6.	Расчет потребности основного технологического оборудования.
7.	Расчет количества технологического оборудования средствами Excel.
8.	Расчет площадей.
9.	Компоновочные схемы цехов, планировка оборудования и рабочих мест.
10.	Особенности технологического проектирования автоматизирован-
ных производственных систем.
11.	Планировка печатного производства.
12.	Планировка лослепечатного производства.
5.	ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР
УПАКОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
5.1.	Структура технического обеспечения
5.1.1.	Требования, предъявляемые к техническому
обеспечению
Техническое обеспечение (ТО) САПР включает в себя различные
технические средства (hardware), используемые для автоматизирован-
ного проектирования, а именно ЭВМ, периферийные устройства, сете-
вос оборудование, а также оборудование некоторых вспомогательных
систем (например, измерительных), поддерживающих проектирование.
Используемые в САПР технические средства должны обеспечивать:
1)	выполнение всех необходимых проектных процедур, для которых
имеется соответствующее программное обеспечение (ПО) (software);
2)	взаимодействие между проектировщиками и ЭВМ, поддержку
интерактивного режима работы;
3)	взаимодействие между членами коллектива, работающими над
общим проектом.
Первое из этих требований выполняется при наличии в САПР
вычислительных машин и систем с достаточными производительно-
стью и емкостью памяти. Второе требование относится к пользова-
тельскому интерфейсу и выполняется за счет включения в САПР удоб-
ных средств ввода-вывода данных и прежде всего устройств обмена
графической информацией. Третье требование обусловливает объе-
динение аппаратных средств САПР в вычислительную сеть.
В результате общая структура ТО САПР представляет собой сеть
узлов, связанных между собой средой передачи данных (рис. 5.1).
Узлами (станциями данных) являются рабочие места проектировщи-
ков, часто называемые автоматизированнымирабочимиместами (АРМ)
или рабочими станциями (И 5 - Workstation), ими могут быть также боль-
99
шис ЭВМ (мейнфреймы), отдельные периферийные и измерительные
устройства. Именно в АРМ должны быть средства д ля интерфейса проек-
тировщика с ЭВМ. Что касается вычислительной мощности, то она мо-
жет быть распределена между различными узлами вычислительной сети.
Рис. 5.1. Структура технического обеспечения САПР
Среда передачи данных представлена каналами, состоящими из ли-
ний связи и коммутационного оборудования.
В каждом узле можно выделить оконечное оборудование данных (ООД),
выполняющее определенную работу по проектированию, и аппа
ратуру окончания канала данных (АКД), предназначенную для свя-
зи ООД со средой передачи данных. Например, в качестве ООД
можно рассматривать персональный компьютер, а в качестве АКД —
вставляемую в компьютер сетевую плату.
Капал передачи данных— средство двустороннего обмена данными,
включающее в себя АКД и линию связи. Линией связи называют часть
физической среды, используемую для распространения сигналов в
определенном направлении: примерами линий связи могут служить
коаксиальный кабель, витая пара проводов, волоконно-оптическая
линия связи (ВОЛС). Близким является понятие канала связи, кото-
рое означает средство односторонней передачи данных. Примером
канала связи может быть полоса частот, выделенная одному передат-
чику при радиосвязи. В линии можно образовать несколько каналов
связи, по каждому из которых передается своя информация. При этом
говорят, что линия разделяется между несколькими каналами.
5.1.2.	Типы сетей
Существуют два метода разделения линии передачи данных: времен-
ное мультиплексирование (иначе разделение по времени, или TDM -Time
Division Method), при котором каждому каналу выделяется некоторый
квант времени, и частотное разделение (FDM - Frequency Division Method),
при котором каналу выделяется некоторая полоса частот).
100
a
Рис. 5.2. Варианты топологии локальных вычислительных сетей:
а — шинная; б— кольцевая; в— звездная
В САПР небольших проектных организаций, насчитывающих не
более нескольких единиц — десятков компьютеров, которые разме-
щены на малых расстояниях один от другого (например, в одной или
нескольких соседних комнатах), объединяющая компьютеры сеть
является локальной. Локальная вычислительная сеть ЛВС, или LAN
(Local Area Network), имеет линию связи, к которой подключаются все
узлы сети. При этом топология соединений узлов (рис. 5.2) может
быть шинная (bus), кольцевая (ring), звездная (star). Протяженность
линии и число подключаемых узлов в ЛВС ограничены.
В более крупных проектных организациях в сеть включены десят-
ки-сотни и более компьютеров, относящихся к разным проектным и
управленческим подразделениям и расположенных в помещениях
одного или нескольких зданий. Такую сеть называют корпоративной.
В ее структуре можно выделить ряд ЛВС, называемых подсетями, и
средства связи ЛВС между собой, в том числе коммутационные сер-
веры (блоки взаимодействия подсетей). Если коммутационные сер-
веры объединены каналами передачи данных, то они образуют но-
вую подсеть, называемую опорной (или транспортной), а вся сеть ока-
зывается иерархической структурой.
Если здания проектной организации удалены друг от друга на
значительные расстояния (вплоть до их расположения в разных
городах), то корпоративная сеть по своим масштабам становится
территориальной (WAN- Wide Area Network). В территориальной сети
различают магистральные каналы передачи данных (магистраль-
ную сеть), имеющие значительную протяженность, каналы переда-
чи данных, связывающие ЛВС (или совокупность ЛВС отдельного
здания) с магистральной сетью и называемые абонентской линиеиилм.
соединением « последней мили».
101
Обычно создание выделенной магистральной сети, т. с. сети, об-
служивающей единственную организацию, обходится для нее слиш-
ком дорого. Поэтому чаще прибегают к услугам провайдера — органи-
зации, предоставляющей телекоммуникационные услуги многим
пользователям. В этом случае внутри корпоративной сети связь на
значительных расстояниях осуществляется через магистральную сеть
общего пользования. В качестве такой сети можно использовать, напри-
мер, городскую или междугородную телефонную сеть, территориаль-
ные сети передачи данных. Наиболее распространенной формой
доступа к этим сетям является обращение к глобальной вычислитель-
ной сети Интернет.
Для многих корпоративных сетей возможность выхода в Интер-
нет является желательной не только для обеспечения взаимосвязи
удаленных сотрудников собственной организации, но и для получе-
ния других информационных услуг. Развитие виртуальных предпри-
ятий, работающих на основе CALS-технологий, с необходимостью
подразумевает информационные обмены через территориальные
сети, как правило, через Интернет. Следует, однако, отметить, что
применение сетей общего пользования существенно усложняет обес-
печение информационной безопасности.
На рис. 5.3 представлена типичная структура крупных корпора-
тивных сетей САПР, называемая архитектурой клиент - сервер. В се-
тях клиент — сервер выделяется один или несколько узлов - серверов, ко-
торые выполняют в сети управляющие или общие для многих пользова-
телей проектные функции, а остальные узлы (рабочие места) являются
терминальными, их называют клиентами, в них работают пользовате-
ли. В общем случае серверы представляют собой совокупность програм-
мных средств, ориентированных на выполнение определенных функ-
ций, но если эти средства сосредоточены на конкретно >м узле вычисли-
тельной сети, то тогда понятие «сервер» относится именно к узлу сети.
Сети клиент—сервер различают по характеру распределения фун-
кций между серверами, другими словами, их классифицируют по
типам серверов. Различают файл-серверы для хранения файлов, раз-
деляемых многими пользователями, серверы баз данных АС, серверы
приложений для решения конкретных прикладных задач, коммута-
ционные серверы (блоки взаимодействия сетей или серверы досгу-
па) для взаимосвязи сетей и подсетей, специализированные серверы для
выполнения определенных телекоммуникационных услуг, например
серверы электронной почты.
102
Рис. 5.3. Структура корпоративной сети САПР
В случае специализации серверов по определенным приложени-
ям сеть называют сетью распределенных вычислений. Если сервер при-
ложений обслуживает пользователей одной ЛВС, то естественно на-
звать такой сервер локальным Но, поскольку в САПР имеются при-
ложения и базы данных, разделяемые пользователями разных под-
разделений и, следовательно, клиентами разных ЛВС, соответствую-
щие серверы относят к группе корпоративных, подключаемых обыч-
но к опорной сети (рис. 5.3).
Наряду с архитектурой клиент — сервер применяют одноранг овые
сети, в которых любой узел в зависимости от решаемой задачи может
выполнять функции как сервера, так и клиента. Организация взаимо-
действия в таких сетях при числе узлов более нескольких десятков ста-
новится довольно сложной, поэтому одноранговые сети нашли пре-
имущественное распространение в небольших по масштабам САПР.
В соответствии со способами коммутации различают сети с комму-
тацией каналов и коммутацией пакетов. В первом случае при обмене
данными между7 узлами А и В в сети создастся физическое соедине-
ние между А и В, которое во время сеанса связи используется только
этими абонентами. Примером сети с коммутацией каналов может
служить телефонная сеть. Здесь передача информации происходит
быстро, но каналы связи используются неэффективно, так как при
обмене данными возможны длительные паузы и канал «простаива-
ет». При коммутации пакетов физического соединения, которое в
каждый момент сеанса связи соединяло бы абонентов А и В, не созда-
стся. Сообщения разделяются на порции, называемые пакетами, ко-
торые передаются в разветвленной сети от А к В или обратно через
103
промежуточные узлы с возможной буферизацией (временным запо-
минанием) в них. Таким образом, любая линия может разделяться
многими сообщениями, попеременно пропуская при этом пакеты
разных сообщений с максимальным заполнением упомянутых пауз.
5.2.	Аппаратура рабочих мест в автоматизированных
системах проектирования и управления
5.2.1.	Вычислительные системы в САПР
В качестве средств обработки данных в современных САПР широ-
ко используют рабочие станции, серверы, персональные компьютеры.
Применение больших ЭВМ, в том числе суперЭВМ, нехарактерно, так
как они дороги и их отношение производительность — цепа существен-
но ниже подобного показателя серверов и многих рабочих станций.
На базе рабочих станций или персональных компьютеров созда-
ют АРМ. Типичный состав устройств АРМ: ЭВМ с одним или несколь-
кими микропроцессорами, дисковой, оперативной и кэш-памятыо и
шинами, служащими для взаимной связи устройств; устройства ввода-
вывода, включающие в себя как минимум клавиатуру, мышь, дисплей;
дополнительно в состав АРМ могут входить принтер, сканер, плоттер
(графопостроитель) и некоторые другие периферийные устройства.
Память ЭВМ обычно имеет иерархическую структуру. Поскольку
в памяти большого объема трудно добиться одновременно высокой
скорости записи и считывания данных, память делят на сверхбыст-
родействующую кэш-память малой емкости, основную оперативную
память умеренного объема и сравнительно медленную внешнюю па-
мять большой емкости, причем в свою очередь кэш-память часто раз-
деляют на кэш первого и второго уровней.
Для связи наиболее быстродействующих устройств (процессора,
оперативной и кэш памяти, видеокарты) используется системная шина
с пропускной способностью до 1-2 Гбайт/с. Кроме системной шины на
материнской плате компьютера имеются шина расширения для подклю-
чения сетевого контроллера и быстрых внешних устройств (например,
шина PCI с пропускной способностью 133 Мбайт/с) и шина медленных
внешних устройств, таких как клавиатура, мышь, принтер и т. п.
Рабочие станции представляют собой вычислительную систему,
специализированную на выполнении определенных функций. Спе-
104
циализация обеспечивается как набором программ, так и аппаратно
за счет использования дополнительных специализированных процес-
соров. Так, в САПР упаковки применяют графические рабочие стан-
ции для выполнения процедур геометрического моделирования и ма-
шинной графики. Эта направленность требует мощного процессора,
высокоскоростной шины, памяти достаточно большой емкости.
Высокая производительность процессора необходима по той при-
чине, что графические операции (например, перемещения изобра-
жений, повороты, удаление скрытых линий и др.) часто выполняют-
ся по отношению ко всем элементам изображения. Такими элемента-
ми в трехмерной (3D) графике при аппроксимации поверхностей
полигональными сетками являются многоугольники, число которых
может превышать 104. В то же время для удобства работы проекти-
ровщика в интерактивном режиме задержка при выполнении команд
указанных выше операций не должна превышать нескольких секунд.
Но, поскольку каждая такая операция по отношению к каждому мно-
гоугольнику реализуется большим числом машинных команд, требуе-
мое быстродействие составляет десятки миллионов машинных опера-
ций в секунду. Такое быстродействие при приемлемой цене достигает-
ся применением наряду с основным универсальным процессором до-
полнительных специализированных графических процессоров, в которых
определенные графические операции реализуются аппаратно.
В наиболее мощных рабочих станциях в качестве основных обычно
используют высокопроизводительные микропроцессоры с сокращен-
ной системой команд (с RISC-архитектурой), работающие под управле-
нием одной из разновидностей операционной системы UNIX. В менее
мощных все чаще используют технологию Wintel (т. е. микропроцессо-
ры Intel и операционные системы Windows). Графические процессоры
выполняют такие операции, как растеризация — представление изоб-
ражения в растровой форме для его визуализации, перемещение, вра-
щение, масштабирование, удаление скрытых линии и т. п.
Типичные характеристики рабочих станций: несколько процес-
соров, сотни мегабайт оперативной и десятки гигабайт внешней па-
мяти, наличие кэш-намяти, системная шина со скоростями от сотен
мегабайт в секунду до 1-2 Гбайт/с.
В зависимости от назначения существуют АРМ конструктора, АРМ
технолога, АРМ руководителя проекта и т. п. Они могут различаться
составом периферийных устройств, характеристиками ЭВМ.
В АРМ конструктора (графических рабочих станциях) использу-
ются растровые мониторы с цветными трубками. Типичные значе-
105
ния характеристик мониторов находятся в следующих пределах: раз
мер экрана по диагонали 17-24 дюйма (фактически изображение за-
нимает площадь на 5-8 % меньше, чем указывается в паспортных дан-
ных). Разрешающая способность монитора, т. е. число различимых
пикселов (отдельных точек, из которых состоит изображение), оп-
ределяется шагом между отверстиями в маске, через которые прохо-
дит к экрану элект ронный луч в электронно-лучевой трубке. Этот шаг
находится в пределах 0,21-0,28 мм, что соответствует количеству пик-
селов изображения от 800x600 до 1920x1200 и более. Чем выше раз-
решающая способность, тем шире должна быть полоса пропускания
электронных блоков видеосистемы при одинаковой частоте кадро-
вой развертки. Полоса пропускания видеоусилителя находится в пре-
делах 110-150 МГц, поэтому частота кадровой развертки обычно сни-
жается со 135 Гц для разрешения 640x480 до 60 Гц для разрешения
1600x1200. Отметим, что чем ниже частота кадровой развертки, а это
есть частота регенерации изображения, тем заметнее мерцание эк-
рана. Желательно, чтобы эта частота была не ниже 75 Гц.
ЭВМ, специально выпускаемые как серверы высокой производи-
тельности, обычно имеют структуру симметричной многопроцессор-
ной вычислительной системы. В них системная память разделяется
всеми процессорами, каждый процессор может иметь свою сверх-
оператив1гую память сравнительно небольшой емкости, число про
цессоров невелико (единицы, редко более десяти).
5.2.2.	Периферийные устройства
Для ввода графической информации с имеющихся документов в
САПР используют дигитайзеры и сканеры.
Дигитайзер применяют для ручного ввода. Он имеет вид кульмана,
по сто электронной доске перемещается курсор, на котором распо-
ложены визир и кнопочная панель. Курсор имеет электромагнитную
связь с сеткой проводников в электронной доске. При нажатии кноп-
ки в некоторой позиции курсора в память заносится информация о
координатах этой позиции. Таким образом, может осуществляться
ручная «сколка > чертежей.
Для автоматического ввода информации с текстовых или графи-
ческих документов используют сканеры планшетного или барабанно-
го типа. Способ считывания оптический. В сканирующей головке
размещаются оптоволоконные самофокусирующиеся линзы и фото-
элементы. Разрешающая способность в разных моделях составляет
106
от 300 до 800 точек/дюйм (этот параметр часто обозначают dpi).
Считанная информация имеет растровую форму; программное обес-
печение сканера представляет ее в одном из стандартных форматов,
например TIFF, GIF, PCX, JPEG, и для дальнейшей обработки может
выполнить векторизацию — перевод графической информации в век-
торную форму, например в формат DXF.
Для вывода информации применяют принтеры и плоттеры. Пер-
вые из них ориентированы на получение документов малого форма-
та (АЗ, А4), вторые — на вывод графической информации на широко-
форматные носители.
В этих устройствах преимущественно используется растровый (т. с.
построчный) способ вывода со струйной технологией печати. Печатаю-
щая система в струйных устройствах включает картридж и головку.
Картридж — баллон, заполненный чернилами (в цветных устройствах
имеется несколько картриджей, каждый с чернилами своего цвета).
Головка — матрица из сопел, из которых мельчайшие чернильные
капли поступают на носитель. Физический принцип действия голов-
ки термический или пьезоэлектрический. При термопечати проис-
ходит нагревание сопла, что вызывает образование пара и выбрасы-
вание капель под давлением. При пьезоэлектрическом способе про-
пускание тока через пьезоэлемент приводит к изменению размера
сопла и выбрасыванию капли чернил. Второй способ дороже, но по-
зволяет получить более высококачественное изображение.
Типичная разрешающая способность принтеров и плоттеров 300
dpi, в настоящее время она повышена до 720 dpi В современных уст-
ройствах управление осуществляется встроенными микропроцессо-
рами. Время вывода монохромного изображения формата А1 нахо-
дится в пределах 2-7 мин, цветного примерно в 2 раза больше.
Дигитайзеры, сканеры, принтеры, плоттеры могут входить в со-
став АРМ или разделяться пользователями нескольких рабочих стан-
ций в составе локальной вычислительной сети.
5.3.	Техническое обеспечение САПР упаковки
из картона
Для проектирования упаковки из картона, гофро- и микрогофрокар-
тона и изготовления оснастки для ее производства используются раз
личные специализированные программные продукты и оборудование:
компьютеры;
плоттеры;
107
лазеры;
фрезерные машины для изготовления контрматриц;
автоматические машины для подготовки линеек;
механические станки для обработки линеек;
пневматические ножные гибочные станки;
ручные гибочные станки;
машинки для вырубки пазов;
рычажные ножницы;
ручные электронные лобзики и т.д.;
станки для гравирования, фрезерования и сканирования трех-
мерных объектов.
5.3.1.	Плоттеры в производстве упаковки
На различных стадиях разработки конструкторской документации
и освоения производства используются различные по признаку пол-
ноты и завершенности конструктивного исполнения виды изделий:
макет — для воспроизведения разрабатываемого изделия или его со-
ставной части в объеме, необходимом для проверки принципов работы;
экспериментальный образец — для проведения научно-исследователь-
ских работ, проверки основных технических решений, параметров
и характеристик, необходимых для разработки изделия;
модель—для воспроизведения разрабатываемого изделия полнос-
тью или частично в другом масштабе, для иллюстрации внешнего вида
изделия и взаимосвязи его составных частей либо для проверки прин-
ципов работы изделия на стадии его разработки;
опытный образец — это изделие, изготавливаемое по вновь разра-
ботанной рабочей документации для проверки соответствия его тех-
ническому заданию, необходимой корректировки документации и
подготовки технологического процесса изготовления основных со-
ставных частей изделия.
Для изготовления этих изделий используют плоттеры.
Типичные режущие плоттеры представлены плоттерами Aristo
Competition марок 1310,1317 и 1617 компании Aristo Graphic Systeme
GmbH & Co. KG (рис. 5.4).
Режущий плоттер содержит рабочий стол с перфорированной
вакуумной поверхностью и суппорт с приводом продольного гори-
зонтального движения по направляющим рабочего стола. На направ-
ляющих каретки установлена балка с суппортом, имеющим привод
продольного движения вдоль балки. На суппорте поперечного дви-
108
жения смонтирована многоинструментальная головка. Она снабже-
на четырьмя инструментальными позициями: две позиции тангенци-
ально управляемых инструментов, одна для разметочного чертежно-
го инструмента и одна для лазерного указателя.
Риг 5.4 Режущий плоттер Aristo Competition 1310, 1317, 1617
1 — вакуумный стол; 2— продольный суппорт,
3 — направляющая балка дня поперечного суппорта;
4 — поперечный суппорт с многоинструментальной головкой;
5 — разъем кабеля данных, 6 — штуцер пневмосистемы;
7 — пульт управления,
8— золотник вакуумного клапана плоттера 1617,
9— золотник вакуумного клапана плоттера 1310/1317;
10— подключение системы сжатого воздуха
Обе позиции с тангенциально управляемыми инструментами ра-
ботают с резцами или биговальными колесами. Дополнительно ин-
струментальная головка может быть снабжена режущим инструмен-
том с виброприводом. При этом имеется альтернативный выбор ра-
боты с электрически колеблющимся или с закрепленным ножом.
Инструментальная головка позволяет использовать различные
конструкции державок для резцов, биговального колеса и сменного
шарикового стержня с чернилами.
Лазерный указатель гарантирует точное позиционирование нача-
ла координат и предлагает функции предварительного просмотра (ими-
тирования), определяя точный путь каждого рабочего процесса.
Подъем и опускание инструментальных средств регулируются
пневматически на инструментальной головке. Сжатый воздух может
быть подан от компрессора или прилагаемого модуля сжатого возду-
109
ха. Плоттер соединяется с последовательным портом компьютера
через кабель. Привод суппортов осуществляется от серводвигателей
с цифровым управлением.
Панель управления (рис. 5.5) оборудована дисплеем 1 и функцио-
нальными клавишами 2, стрелочными клавишами 5 для выбора функ-
ций и командными клавишами 4. Дисплей показывает функции меню,
сообщения о неисправностях и информацию пользователя. По бо-
кам дисплея 1 располагаются четыре функциональные клавиши 4,
которые используются для вывода меню управления. Четыре клави-
ши со стрелками 3 используются для управления перемещением ин-
струментальной головки по двум координатным направлениям.
Рис. 5.5. Пульт управления плоттера Aristomat Competition
Командные клавиши 4 имеют следующее назначение:
ESC — отменяет выбранные функции и операции ввода, после чего
предыдущее меню отображается;
ENTER — выполняет ввод, предыдущее меню отображается;
MENU — переход к меню для дальнейшего входа в субменю и уста-
новки параметров;
START/STOP — переводит из меню установок в графический ре-
жим и соответственно останавливает графический режим;
SCAN — отображает названия меню для установки начала коорди-
нат и параметров инструментов;
VIEW — останавливает работу плоттера. Инструмент движется в
левый задний угол стола, чтобы дать возможность обзора рабочей
поверхности материала.
TF Plotter немецкой фирмы Technoform (рис. 5.6) имеет та-
кие же функциональные возможности, как и описанный выше.
Среди них:
ПО
автоматическая нарезка и биговка образцов упаковки из бумаги,
картона и гофрокартона;
рисование с высокой точностью на фанере, пленке, приправоч-
ном полотне;
нарезка резиновых полотен, в том числе и для выборочного ла-
кирования;
регулируемая вакуумная фиксация материала;
совместим со всеми распространенными па рынке системами
CAD через HPGL;
в качестве операции — более высокое ускорение и увеличение
скорости в 2 раза.
Рис. 5.6. TF Plotter 1310
Фирма IASERCOMB представляет на рынке плоттеры серии FSP
Наряду со стандартными возможностями плоттеры FSP обладают
рядом особенностей.
С помощью подсоединения плогтсра к локальной сети пользова-
тель может скачивать данные с сервера. По всем осям X, Yи / привод
имеет цифровое управление. Его скорость достигает 100 м/мин.
Дополнительное гнездо в блоке инструмента расширяет функции
машины за счет установки, например еще двух чертежных инстру-
ментов помимо уже имеющихся трех.
Глубина погружения ножей или биговальных инструментов уста-
навливается в электронном виде с помощью сенсорного экрана и все-
гда может быть изменена. Резерв высоты на отдельных инструмен-
111
тах позволяет оптимально подобрать инструмент под различные
виды материала и разные задачи. За счет этого существенно эко-
номится время.
Очень высокая плоскостность стола, а также отсутствие особых
требований к устойчивости пола-основания обеспечивают высокое
качество раскроя вне зависимое! и от внешних условий. Более того,
плоттер можно разобрать и перемещать в труднодоступные произ-
водственные помещения.
Плоттер не требует для своей работы сжатого воздуха. А вакуумный
насос, без которого нс обойтись, входит в комплект при поставке.
Э та же фирма поставляет высокоскоростные плоттеры серии HSP
(рис. 5.7).
Pui 5.7. Плоттер HSP
Они позволяют быстро изготавливать образцы, работают с кар-
тоном и гофрокартоном толщиной до 18 мм. Оснащены головкой для
четырех тангенциальных инструментов, имеют до четырех пишущих
узлов, вибронож, 5-шпиндельную фрезеровалыгую головку, 4-цвстную
печатную головку. Размеры плоттера от 1600x1300 до 2500x5000 мм.
5.3.2.	Устройства для фрезерования пазов в штанцформе
Раньше при изготовлении высскальных форм доминировали два
производственных метода: трудоемкая ручная обработка лобзиком и
капиталоемкая автоматическая обработка лазером. PROFILE(tm) — это
112
абсолютно новая концепция на рынке. С помощью этой технологии из-
готавливают не только собственно высекальные, но и стрипперные фор-
мы. Фрезеровальная техника уже давно используется в тех отраслях про-
мышленности, где необходима точная обработка материала.
Если рассматривать изготовленный лазером паз в поперечном
сечении, можно увидеть, что он имеет овальную форму Вследствие
этого линейка «зажата» лишь в верхней и нижней частях паза. В от-
личие от лазерного процесса выжигания процесс удаления материа-
ла фрезерованием является более точным. Оснащенный высокоско-
ростным шпинделем PROFILE(trn) удаляет материал с помощью фре-
зы новейшей разработки.
Мультифункциональный PROFILE(tm) позволяет производителю
штанцформ не только нарезать фанеру, изготавливать формы для
удаления отходов и разделения заготовок, а также контрприправку;
но и обрабатывать различные материалы: алюминий, сталь, синте-
тические материалы и т. д. Весь процесс осуществляется с помощью
простой смены инструмента.
Другими преимуществами по сравнению с лазером являются
низкие производственные издержки и расходы на техобслужива-
ние, безопасность для окружающей среды, а также небольшая по-
требность в площади.
Установка оснащена программным обеспечением CAM-Softwarc,
вакуумным столом, вакуумным насосом и автоматическим 10-патрон-
ным механизмом для смены инструмента.
Программное обеспечение CAM-Software без проблем считывает
файлы DXF, CF2, EPS и DDES2, обычно употребляемые при произ-
водстве: высекальных форм. С помощью программного обеспечения
пользователь преобразовывает дизайн-макет в макет собственно вы-
секалыюй формы. В качестве опций используется также специаль-
ный набор инструментов для автоматического изготовления макета
упаковки из картона и микрогофрокартона или небольших тиражей,
для нарезки «сэндвич»-форм. PROFILE0”0 поставляются двух разме-
ров, максимальный формат 1360x2590 мм.
На рынке представлена также фрезерная машина РСС 2000 фир-
мы LASERCOMB для изготовления контрматриц, способная работать
без сбоев в течение многих рабочих смен.
Станина машины представляет собой жесткую цельную конструк-
цию, изготовленную из гранитного камня и обеспечивающую гаше-
ние колебаний при одновременном механическом разъединении
осей. Рабочий стол смонтирован на шариковых опорах и имеет вы-
113
сокую несущую способность. Рельсовая направляющая из закаленной
отшлифованной стали, а также система привода на шарико-ролико-
вых шпинделях гарантируют точное позиционирование даже при
высокой скорости в течение всего срока службы.
Машина оснащается набором из 24 различных фрез для перти-
накс а и стальных контрпластин с закалкой до 52 I IRC. Формат стола
1070 Х1070 мм может быть увеличен до 1070x1480 мм, скорость фре-
зерования — до 15 м/мин.
5.3.3.	Лазеры для изготовления штанцевальных форм
Современное производство при увеличении тиражей и росте об-
щего объема требует освоения компьютерно-управляемых методов
формообразования. Применение лазерного оборудования в произ-
водстве тары, этикетки и упаковки представляется сегодня очевид-
ным и неизбежным. Из многочисленных достоинств лазерного рез-
ца (бесконтактность, широкий спектр обрабатываемых материалов,
малоинерционностъ) наиболее важной оказывается возможность
комп ьюте р кого уи р авл ен ия.
В условиях ограниченности средств многие производители упа-
ковки используют лазерные и лработки ВИК и самостоятельную уз-
ловую сборку необходимого оборудования. Однако лазерные тех-
нологии и оборудование сложны и требуют системного подхода.
Основные подсистемы комплекса являются продуктами развития
разных технологий и производятся различными изготовителями, а
выбор основных узлов и качественная наладка комплекса являются
сложной задачей даже для опытного коллектива. Как избежать по-
тере производительности и качества конечной продукции? Избежать
их можно, применяя соответствующее оборудование и консультиру-
ясь с его разработчиками.
Лазерный комплекс для вырезки контурных пазов в матрицах
штампов и контрштамиов из фанеры использует технические прин-
ципы, характерные для плоттеров, и состоит из трех основных уз-
лов (рис. 5.8).
Подсистемы В и С, необходимые для перемещения рабочей зоны
по координатам зато гонки, используются во многих областях техни-
ки и не связаны с лазерной спецификой процесса.
Для диэлектрических материалов единственно возможным типом
ре жущего лазера я злястся СО -лазер. Выбор типа СО2-лазера и надеж-
ность его параметров определяют качество лазерной операции.
114
Рис. 5.8. Типовая струк гура комплекса для лазерной резки пазов.
А — СО2-лазср (2) с блоком накачки (.?), системами транспортировки (/)
и фокусировки (5) лазерного пучка (У); В — координатный стол (8)
с управляемыми приводами (9); С - блок компьютерного управления
с интерфейсным устройством {10) и компьютером (11); 6— подача
технологического газа; 7—лазерный рез; 12— соединители узлов
При лазерной резке удаление вещества таких углеводородных ди-
электриков, как древесина, бумага, картон, фанера, резина и др., про-
исходит благодаря управляемому лазерным нагревом сгоранию в», щества
в кислороде. Реакция горения может стать причиной потерь точности
или отклонений от чертежа. Развитие автогенного горения ограничива-
ют, сокращая время нагрева материала за счет диаметра лазерного пучка,
увеличения мощности лазера и скорости подачи холодного материала в
зону лазерного нафева. Параллельность стенок глубоких пазов достига-
ется увеличением мощности лазера и остроты фокусировки.
Таким образом, увеличение мощности лазера (без потери остро-
ты фокусировки) одновременно повышает точность и производитель-
ность резания, сверления и фрезерования углеводородных диэлект-
риков лазерным пучком. Запас лазерной мощности позволяет улуч-
шить качество стенок фрезеруемых пазов за счет уменьшения зоны
термического влияния, упростить операцию за счет использования
одноконтурного фрезерования, уменьшить требования к быстродей-
ствию всех узлов комплекса. За рубежом (Германия) в производстве
115
высскальных штампов используются лазеры с номинальной мощнос-
тью 700-2000 Вт.
Наиболее подходящими лазерами для вырезки пазов в матрицах
вырубных штампов являются СО2-лазеры, производимые концерном
«ИСТОК» (г. Фрязино). Лазеры малой мощности обычно использу-
ются для вырезки непосредственно лазерным пучком небольшой
пробной партии изделий (этикетки, развертки из картона, бумаги
и др ). Для вырезки глубоких пазов с высокой точностью в фанер-
ных основаниях штампов мощность пучка должна быть существен-
но выше, поэтому целесообразно использование лазеров типа «Гар-
пун-2000» со сменной оптикой.
СО2-лазеры «Гарпун-2000» предназначены для технологического
использования, имеют длительный технический ресурс (несколько
лет при двух-трехсменной работе). Лазер используется многими пред-
приятиями для точной резки различных листовых материалов, в том
числе стали, древесины, фанеры, ДСП и др.
Запас мощности лазера «Гарпун-2000» позволяет получать макси-
мальную остроту' фокусировки и сформироват ь качественный паз для
вырубного ножа при однократном проходе пучка по заданному кон-
туру. Эксплуатационные затраты на газовое питание при мощности
пучка 300 -500 Вт могут быть уменьшены до значений, сопоставимых
с затратами на периодическое перенаполнение лазера.
По совокупности параметров этот специализированный для тех-
нологии лазер в наибольшей мере соответствует требованиям каче-
ственно! о производства базового узла упаковочного оборудования.
Фирма LASERCOMB представляет на рынке упаковочного обору-
дования следующие лазерные установки.
Компактная лазерная установка MTL (рис. 5.9). Мощность лазера
400-1200 Вт, непрерывный или пульсирующий режим работы, ско
рость роза в 18-миллиметровой березовой фанере 50-150 мм/мин.
Формат 1500x1040 мм. Техническое обслуживание через 4000 ч.
Рис. 5.9. Лазерная установка MTL
116
Лазернаяустановка CLS (рис. 5.10). Лазер обладает мощностью 650-
2200 Вт, режим работы непрерывный или пульсирующий. Скорость
реза в 18-миллиметровой березовой фанере 750-2200 мм/мин. Фор-
мат от 1700x1250 до 2300x1170 мм
Рис. 5.10. Лазерная установка CI.S
Лазерная установка PTS. Мощность лазера 650-2200 Вт. Режим ра-
боты непрерывный или пульсирующий, скорость реза в 18-милли-
метровой березовой фанере 800-2500 мм/мин. Формат для плос-
кой фанеры 3000x1500 мм. Диаметр ротационной фанеры от 177 до
645 мм, длина — 1000-3000 мм.
5.3.4.	Механические и автоматические устройства
для обработки линеек
Фирма LASERCOMB предлагает широкую гамму оборудования для
производства упаковки, в том числе устройства для обработки лине-
ек для штанцформ.
Автоматическая система для обработки линеек CBS «Advantage». Пол-
ностью автоматическая система подготавливает линейки для установ-
ки в вырубной штамп: сгибает, режет на мерные длины, делает пазы
и «носики».
Кроме того, в CBS «Advantage» имеется устройство, осуществляю-
щее протяжку линеек. Оно позволяет протягивать линейку с двух сто-
рон одновременно. Машина поставляется в различных вариантах для
линеек толщиной до 4 пт. и высотой 8-52 мм.
Машина для подготовки линеек LINOCUT.BbinomnieT резку, выруб-
ку и засечки. Применяется для режущих и биговальных линеек 2,
3 и 4 пт. любой твердости. Высота линеек — до 30 мм, длина — до
1000 мм. Габаритные размеры машины 2600x1100x1550 мм.
Машина для подготовки линеек MBS. Выполняет электронную на-
стройку при формировании острых углов, быструю смену гибочного
117
инструмента, магнитную фиксацию линейки. Точность позициони-
рования ±0,01 мм. Высота линейки ± до 30 мм, длина — доЮОО мм.
Размеры машины 1000x600 мм.
5.3.5.	Станки для гравирования, фрезерования
и сканирования трехмерных объектов
Станки для фрезерования и сканирования трехмерных объектов
предназначены для создания трехмерных моделей, прототипов,
штампов при изготовлении упаковок.
Представителем такого типа машин является настольный станок
MDX-20 фирмы Roland (рис. 5.11).
Рис. 5.11. Настольный станок для трехмерного фрезерования и сканирования
Станок состоит из инструментальной головки с вращающимся
шпинделем и цангой для инструмента. Головка установлена на суппор-
тах, совершающих движение по трем координатным осям. Частота
вращения шпинделя 6500 об/мин. Скорость подачи 0,1-15 мм/с.
Максимальные размеры рабочей зоны MDX-20 составляют 203,2 (по
оси X) х 154,4 (по оси У) х 60,5 (по оси Z) мм.
С помощью кабеля RS-232C станок подключается к последователь-
ному порту компьютера. Следуя простым инструкциям, приведенным
в формате PDF, можно через несколько минут начать сканировать,
фрезеровать или выполнять гравировальные работы. Станок может
работать со всевозможными программами трехмерного САПР и ком-
пьютерной графики, включая SolidWorks, Rhinoceros, VectorWorks,
LighWave, VisualMill и 3D Studio Max
Пакет прикладного программного обеспечения MDX-20/15
укомплектован мощным прикладным программным обеспечением, со-
118
вмсстимым с Windows 95/98/Ме , Window’s NT 4.0, Windows XP и
Windows 2000.
MODELA Player представляет собой прикладную программу, реа-
лизующую числовое программное управление. В нее можно импор-
тировать файлы трехмерных об7>ектов из наиболее распространен-
ных прикладных программ САПР и компьютерной графики. В состав
MODELA Player включены библиотеки, в которых хранится инфор-
мация о диаметрах и формах всевозможных режущих инструментов,
а также об их предварительно заданных скоростях и глубинах роза
ния. MODELA Player осуществляет типовое трехмерное сканирова-
ние, выбор направлении фрезерования, а также автоматическое по-
строение и отображение траектории фрезы.
Virtual MODELA обеспечивает быстрый предварительный про-
смотр производственного цикла фрезерования в целом. Эта мощная
функция позволяет избежать ошибок при фрезеровании, смоделиро-
вать окончательный вид изделий и оценить время изготовления.
Dr. PICZA— программа сканирования, отличающаяся динамичес-
ким графическим отображением и разнообразными функциями ре-
дактирования. Важную роль в Dr. PICZA играют такие настроечные
функции, как установки шага и зоны сканирования, многочисленные
функции редактирования, включающие в себя удобную для изготов-
ления штампов функцию инвертирования выпуклость-вогнутость,
зеркальную функцию для получения симметричных данных, функцию
регулировки наклона, сглаживания изгибов и функцию настройки вы-
соты поверхностей. Функция предварительно» о просмотра позволя-
ет контролировать вид изделия в крупном плане под любым углом
зрения. Можно даже показать цвет и текстуру снаружи. Сканирован-
ную программой Dr. PICZA информацию можно сохранить в форма-
те самой программы, экспортировать в форматах DFX, IGES, VRLM
или как данные в виде «облака точек» (ASCII).
Фрезерование. У физических моделей есть много преимуществ,
и среди них возможность проверить допуски, массу центр масс и т.д.,
а после этого внести необходимые изменения. Если в MDX-20/15 ус-
тановлен шпиндель, можно применять различные режушие инстру-
менты: для грубой резки с острыми кромками используются конце-
вые фрезы с цилиндрическим торцом или резцы, а для чистовой об-
работки — фрезы со сферическим торцом. MDX 20/15 фрезерует
объекты из акрилового соединения, дерева, гипса, модельных мате-
риалов, пропитанного дерева, модельного воска и из таких легких
металлов, как алюминий и латунь.
119
Программа MODELA Player быстро обрабатывает чертеж и под-
готавливается к фрезерованию. Предварительно следует задать мас-
штаб модели и выбрать направление резания, воспользовавшись име-
ющимися в этой программе библиотеками фрез и материалов. Затем
задать размер и тип фрезеруемых материалов. Основываясь на выб-
ранных материалах, программа MODELA Player автоматически задаст
параметры фрезерования. Теперь, щелкнув кнопкой мыши на
«START», можно получить готовые макеты, прототипы, штампы или
же мелкосерийные партии деталей.
Сканирование. MDX-20/15 идеально подходит для конструиро-
вания на основе образца. Перед началом разработки с помощью
MDX-20/15 можно сканировать уже существующую деталь или штамп
и провести оцифровку данных, чтобы сделать свой собственный ком-
пьютерный чертеж. Благодаря технологии на основе активного пье-
зоэлектрического датчика фирмы Roland, дающей очень высокую
точность измерений, MDX сканирует разнообразные виды объектов,
включая такие мягкие предметы, как изделия из пластилина, фрукты
и т. д., 47 о невозможно выполнить обычным контактным сканером.
Он может даже сканировать изделия из стекла или акриловых соеди-
нений в отличие от оптического сканера, так как световой луч прохо-
дит сквозь материал. Сканирование может осуществляться со скоро-
стью 4-15 мм/с и с разрешающей способностью до 0,05 мм.
Чтобы начать сканирование, на устройство следует установить
датчик. Затем войти в программу Dr. PICZA, которая управляет процес-
сом, задать область сканирования и установить нужное значение разре-
шающей способности, которое может составлять от 5,00 до 0,05 мм.
Пос. ле щелчка по кнопке «SCAN» MDX-20/15 начнет свою работу. Более
мелкие зоны детали можно просканировать вторично, увеличив разре-
шающую способность устройства. MDX-20/15 автоматически объеди-
нит результаты двух, или нескольких проходов сканирования в один.
Замена датчика на шпиндель превращает MDX-20/15 во фрезер-
ный или гравировальный станок с ЧПУ.
Другим достижением фирмы Roland является фрезерно-гравиро-
вальная машина MDX-650 напольного типа. Особенность MDX-650 —
большая рабочая зона размером 640x450 мм. Диапазон изменения
часто ты вращения шпинделя 3000-12000 об/мин. Величина хода по
оси Z равна 155 мм. Машина имеет высокое механическое разреше-
ние 0,001 мм/шаг, что позволяет изготавливать прототипы, модели
и детали матриц с высокой точностью.
120
Дополнительно устанавливаемый авгосмепщик инструментов
(АСИ) позволяет автоматически заменять до четырех инструментов
различных размеров и форм, выполнять фрезерование от черно-
вой до чистовой обработки. Автоматическая коррекция и измере-
ние длины инструмента упрощают операцию определения положе-
ния по оси / инструментов различной длины. АСИ также поддержи-
вает команды замены инструмента при использовании индустриаль-
ного стандарта NC-кодов. Применяя дополнительный инструменталь-
ный магазин, можно увеличить количество устанавливаемых инстру-
ментов с 4 до 8. Для использования АСИ необходим компрессор или
другой источник сжатого воздуха.
Обработка детали упрощена благодаря механизму поворотной оси.
Этот механизм позволяет при фрезеровании поворачивать деталь.
Он идеально подходит для изготовления прототипов из модельных
пластиков, дерева, воска и других мягких материалов. В механизме
поворотной оси предусмотрена стабилизация углового положения,
что обеспечивает повышенную точность и меньшие допуски.
Для изготовления особо сложных изделий следует применять пре-
цизионный шпиндель, что позволяет получать более гладкие поверх-
ности изделий. Высокая точность фрезерования достигается с помо-
щью цанг стандарта ISO 15488.
В комплект входит мощное программное обеспечение, включаю-
щее специализированную приклад>гую программу MODELA Player 4.
Эта программа относится к САМ-систсме, которая открывает IGES,
DFX и STL-файлы, экспортируемые из наиболее распространенных
CAD-программ. Она предназначена для выполнения трехмерного
масштабирования, задания направления фрезеровки, а также авто-
матического построения и отображения траектории инструмента.
Формат DFX совместим с AutoCAD R12. MODELA Player 4 поддержи-
вает автоматическую смену инструмента и автоматический поворот
детали при использовании поворотной оси. Эту программу также
можно использовать для трехмерного гравирования.
С помощью программы Virtual MODELA осуществляется визуали-
зация конечных очертаний деталей и оценивается время их изготов-
ления. Кроме того, перед началом работы просчитываются глубины
фрезерования и гравирования, что экономит время и материалы.
MDX-650 также поддерживает NC-коды промышленного стандар-
та. NC-коды обеспечивают совместимость со всевозможными коммер-
ческими CAD / САМ-системами.
121
Контрольные вопросы
1.	Структура технического обеспечения.
2.	Типы сетей.
3.	Аппаратура рабочих мест в автоматизированных системах проекти-
рования и управления.
4.	Вычислительные системы в САПР.
5.	Периферийные устройства.
6.	Техническое обеспечение САПР упаковки из картона.
7.	Плоттеры в производстве упаковки.
8.	Устройства для фрезерования пазов в штанцформе.
9.	Лазеры для изготовления штанцевальных форм.
10.	Механические и автоматические устройства для обработки линеек.
11.	Станки для гравирования, фрезерования и сканирования трехмерных
объектов.
6.	МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ
6.1.	Основы выбора и принятия технологических
решений
6.1.1.	Основные виды технологических решений
Технологическое решение (ТР) — любое решение, принятое при тех-
нологической подготовке производства (ТПП) или разработке тех-
нологической части проекта предприятия, относящееся непосред-
ственно к определению или изменению состояния объекта произвол
ства и направленное на обеспечение выпуска продукции Примера-
ми ТР являются: математическая модель технологической опера-
ции; решение о замене оборудования в действующем ТП; конструк-
ция новой технологической оснастки, конструкция новой упаковки
и т. д. ТР не реализуется непосредственно в сфере производства, а
лишь служит основой для разработки конструкторско-технологичес-
ких мероприятий и соответствующей документации, направляемой
для исполнения и внедрения в производство.
Принятие ТР в общем случае заключается в генерировании мно-
жества вариантов решения (например, множества вариантов ТП) и
выборе из этого множества вначале некоторого подмножества, а за-
тем и оптимального варианта решения. Процесс принятия ТР, как
правило, завершается выбором единственного варианта.
Различают следующие виды ТР: аналитические, проектные, про-
гностические, управляющие.
Аналитические решения сопровождают принятие ТР всех остальных
видов, являясь при этом самостоятельным видом. Анализ заключает-
ся в определении свойств и исследовании работоспособности объек-
та по его описанию. Аналитические ТР обычно представляются в виде
123
данных (массивов данных), моделей, символьных конструкций (оце-
нок, описаний, характеристик).
Проектные решения базируются на взаимодействии процедур синтеза
и анализа. Ситуация принятия решения описана в техническом задании.
Проектные ТР могут быть представлены в виде массивов данных,
символьных структур (текстов документов), графических изображений.
Прогностическое решение — это вероятное следствие, выведенное
из заданной ситуации. Процесс принятия прогностического реше-
ния называют прогнозированием. Основной задачей прогнозирования
является уменьшение неопределенности для принятия управляющих
решений. Прогностические ТР представляются в виде моделей, про-
гнозов (данных, символьных конструкций).
Управляющие решения принимают в сфере ТПП или непосредствен-
но при производстве на основе аналитических или прогностических
ТР. Они функционируют в реальном времени, т. е. непосредственно
в ходе ТП. Это предъявляет к ним особое требование — быстродей-
ствие. Основной формой представления управляющего ТР является
управляющее воздействие, например, в форме управляющего сигна-
ла (электрический или гидравлический импульс), управляющего ука-
зания (команда, инструкция) и т. д.
6.1.2.	Методы принятия проектных решений
Принятие решений при проектировании ТП осуществляют сле-
дующими тремя методами.
Первый метод основан на применении готовых решений на всех
его уровнях с использованием имеющихся ТП.
Прежде всего необходимо отыскать для данного изделия изделие-
аналог. Далее для реализации этого метода в информационно-поис-
ковой системе предприятия следует найти процесс обработки изде-
лия-аналога. Состав, структура и содержание операций этого процесса
являются исходной информацией для корректировки проектируемых
операций. Корректировка заключается во внесении небольших из-
менений в структуру операций или их последовательность, в выбран-
ные технологическое обеспечение и обрабатывающие инструменты.
Корректировке могут быть подвергнуты и режимы обработки.
Такой рабочий ТП не является оптимальным. Качество проекти-
рования, его трудоемкость зависят от результатов поиска изделия-
аналога, которые определяются возможностями языка описания ин-
формационно-поисковых систем распознавания образа предлагаемой
для проектирования детали.
124
Второй метод использует унифицированные ТП, которые создают
для наиболее часто встречающихся и, как правило, несложных изде-
лий. Для изготовления таких изделий применяют прогрессивное тех-
нологическое оборудование и оснастку, а также передовые формы
организации производства. Схема создания ТП следующая: изделие
—> код детали, определяющий его технологические и конструктивные
параметры —> унифицированный ТП —> корректировка процесса из-
готовления данной детали —> рабочий ТП.
Создание унифицированных ТП основано на классификации и груп-
пировании изделий по конструктивно-технологическим признакам.
Для группы схожих изделий разрабатывают унифицированный ТП.
Технологию изготовления поиском проектируют с применением
ЭВМ. Сформированный код детали сравнивается с имеющимися в
информационно-поисковой системе кодами унифицированного про-
цесса. Найденный процесс обработки типового изделия-аналога яв-
ляется базой для формирования проектируемого ТП. Корректиров-
ка процесса-аналога предполагает исключение ненужных операций,
проверку возможности использования типовой оснастки при выбран-
ной схеме базирования; изменение состава переходов некоторых
операций, расчет режимов обработки, выбор других параметров,
типоразмеров режущих и измерительных инструментов.
Третий метод базируется на синтезе технологии изготовления из-
делия. В этом случае отсутствуют готовые решения по последователь-
ности и по содержанию элементов уровней проектирования. Прав-
да, существуют (и предлагаются проектировщику) наборы типовых
решений, например, на уровне переходов.
Задача проектирующей системы — выбрать по определенному кри-
терию рациональный вариант для существующих условий. Типовые ре-
шения позволяют резко сократить время и стоимость проектирования.
Использование ЭВМ привело к появлению систем разработки ТП
типа «Технологический редактор». Прикладные пакеты программ
предлагают пользователю-проектировщику наборы решений по всем
уровням проектирования. Задача человека, эксплуатирующего такую
систему проектирования, заключается в грамотном выборе ТР. Про-
ектировщик избавлен от рутинных занятий: расчета режимов обра-
ботки, поиска по справочникам существующих для данных условий
типов заготовок, моделей технологического оборудования, типораз-
меров обрабатывающих инструментов. Мощная поддержка ЭВМ как
электронного справочника позволяет быстро создавать ТП.
125
Однако по прежнему остается заманчивым для многих техноло-
гов исследователей создание автоматизированной системы проекти-
рования, синтезирующей ТП без применения готовых решений с
полным учетом конкретных условий производства и обеспечением
оптимальности разрабатываемых процессов.
Проектирование технологических объектов от носят к задачам струк-
турного синтеза. Их математическое решение зависит от уровня слож-
ности. Наиболее простые задачи имеют заранее заданные элементы ТП.
Такие задачи структурного синтеза относят к первому уровню и решают
с применением табличных моделей (таблиц применяемости).
Для задач второго уровня сложности характерен выбор структу-
ры путем поиска из конечного множества. Такое множество задает-
ся, например, каталогом типовых последовательностей технологи-
ческих операций. Выбор решения для конкретного объекта прово-
дят с помощью логико-лингвистических моделей (сетевые и переста-
новочные модели).
Третий уровень сложности структурного синтеза включает зада-
чи выбора из большого, но конечного множества вариантов, условия
выполнения которых заранее, как правило, неизвестны. Определе-
ние последовательности обработки системы биговальных, рицеваль-
ных и прорезных линий набором режущих инструментов — характер-
ная задача этого уровня. Для решения используют алгоритмы направ
ленного перебора, дискретного линейного программирования, ите-
рационного поиска и др.
6.1.3.	Виды аналитических технологических решений
При принятии аналитических ТР считают, что на любой техноло-
гический объект воздействуют вектор входных переменных *(/), от-
ражающий параметры качества исходных заготовок и полуфабрика-
тов, характеристики технологического оборудования, конструктив-
но-технологические параметры инструмента и т. д., а также вектор
условий z(f), учитывающий не только задаваемые условия функцио-
нирования технологического объекта (например, режимы обработ-
ки), но и действие факторов (например, элементарных погрешнос-
тей), дестабилизирующих его функционирование. Результаты функ-
ционирования объекта характеризует вектор y(t) — вектор выходных
переменных (параметры качества полуфабрикатов и готовых изде-
лий, технико-экономические показатели ТП и т. д.). Параметр / ука-
зывает на нестабильность составляющих рассматриваемых факторов
126
во времени, их случайный характер. Следовательно, процесс функ-
ционирования технологического объекта может быть описан вектор-
ным уравнением
У(О = Дх(0, z(Z)].	(6.1)
Выполнение каждой из задач анализа связано с принятием различ-
ных по виду аналитических ТР.
Оценка уровня входных и выходных переменных, а также их со-
ответствия заранее установленному уровню лежит в основе решений,
принимаемых в следующих случаях:
1.	При контроле входных и выходных переменных и их сравне-
нии с заданными значениями. Аналитическое ТР в данном случае
определяет возникновение ситуации, требующей принятия проект
но го или управляющего ТР (например, если отклонения выходных
переменных от заданных значений превысят допустимое).
2.	При анализе выбранных исходных значений параметров объек-
та, указанных в техническом задании, выполняемом в процедуре пара-
метрического синтеза проектного ТР. I Гапример, параметры разрабо-
танной технологической операции (проектное ГР) сравниваются с
параметрами той же операции, указанными в техническом задании.
3.	При сопоставлении статистических характеристик входных и
выходных переменных. Для формирования ТР используют методы
статистического анализа. Результаты могут быть представлены в виде
гистограмм распределения указанных переменных и оценок число-
вых характеристик распределений (математических ожидании, дис-
персий, среднеквадратических отклонений и г. д.).
Оценку процессов функционирования технологических объектов
но их результатам (выходным переменным) можно использовать для
принятия анги1итичсских ТР описанных выше видов.
Аналитические ТР, принимаемые на основе математического мо-
делирования, различают по виду моделирования. Если случайным
характером процессов, протекающих при функционировании техно
логических объектов, можно пренебречь, а число составляющих век-
торов входных, выходных переменных и условий известно и невели-
ко, то разрабатывают детерминированные модели объектов.
Для объектов, описанных детерминированными моделями, мож-
но выполнять анализ динамических процессов или статических со-
стояний, заключающийся в решении систем обыкновенных диффе-
ренциальных или алгебраических уравнений. Основу аналитическо-
го ТР в этом случае составляют множество фиксированных значений
127
факторов, определяющих входные переменные и условия, и соответ-
ствующие им значения выходных переменных.
В стохастических моделях объект или его действие описывают
стохастическими уравнениями, учитывающими случайный характер
векторов переменных и условий.
Математическое моделирование обычно основано на эксперимен-
тально полученных данных о моделируемом объекте. Эффективность
стохастических моделей зависит от качественного выполнения экспе-
римента. Пх разработку выполняв >т в два этапа. На первом этапе выде-
ляют факторы, оказывающие доминирующее влияние на функциони-
рование технологического объекта. Для этой цели применяю г аппарат
дисперсионного анализа. На втором этапе устанавливают взаимосвязь
между' выделенными факторами (собственно моделирование) с помо-
щью регрес сионного или корреляционно-регрессионного анализа.
Оценка работоспособности технологических объектов предусмат-
ривает возможность принятия следующих аналитических ТР:
1.	Оценка надежности технологических объектов по параметрам
качества изготавливаемой продукции, выполняемая на основе мето-
дов прикладной статистики.
2.	Оценка работоспособности объектов по результатам анализа их
математических моделей. Объект считают работоспособным, если
при любых изменениях факторов, связанных в модели, в пределах
их допустимых значений, значения выходных переменных соответ-
ствуют заданным в пределах допустимых погрешностей.
3.	Оценка работоспособности объектов, полученная на основе
логико-эвристической модели. Логико-эвристическая модель пред-
ставляет собой совокупность эвристических правил, логически свя-
зываемых между собой в процессе формирования решения (вывода).
Оценка работоспособности может быть получена в виде заключения
о работоспособности объекта с указанием значений параметров его
состояния, соответствующих заданным условиям.
К аналитическим ТР указанного вида относят и такие специфи-
ческие ТР, как анализ и оценка технологичности конструкций.
Объектом анализа является заготовка, деталь или сборочная еди-
ница. Под оценкой работоспособности объекта понимают возмож
ность для данного объекта обеспечить при его изготовлении и эк-
сплуатации минимум суммарных затрат. В основе принятия реше-
ния лежит применение правил оценки технологичности конструк-
ций, в некоторой степени схожих с правилами, используемыми в ло-
гико-эвристических моделях.
128
4.	Анализ чувствительности объекта, заключающийся в определе-
нии влияния изменений входных переменных или условий на изме-
нение выходных переменных. Для каждой у-й составляющей вектора
y(t) определяют коэффициент чувствительности:
(6.2)
где п — число составляющих вектора x(t).
Чем больше значение С, тем чувствительнее y.(t) к изменениям
x(t). Наиболее универсальный метод анализа чувствительности —
метод приращений.
Причины нарушения функционирования технологического объек-
та отражаются в аналитических ТР, принимаемых по результатам
анализа моделей объекта или с помощью логико-эвристических мо-
делей, отражающих логическую структуру объекта. В первом случае
определяют степень влияния каждого фактора, входящего в состав
модели, на выходную переменную. Для каждого фактора модели на-
ходят предельные значения (поля рассеяния) или строят собствен-
ные модели изменения, сопоставив которые принимают решение о
возможной причине нарушения функционирования объекта. Во вто-
ром случае при несоответствии входных переменных или условий
заданным в модели (штатным) значениям, определяющим нормаль-
ную работу объекта, происходит обрыв цепи логического вывода с
выдачей сообщения о причине, вызвавшей его.
6.1.4. Методы принятия аналитических решений
Дисперсионный анализ применяется для объективного выделения
факторов, оказывающих наиболее сильное (доминирующее) влияние
на вектор выходных переменных технологического объекта.
В дисперсионном анализе дисперсия выходной переменной рас-
кладывается на компоненты — дисперсии, обусловленные различ-
ными факторами, или результирующая сумма квадратов отклонений
выходной переменной раскладывается на компоненты, соответству-
ющие отдельным факторам. Для проверки существования какого-
либо главного влияния или взаимодействия каждую из указанных
компонент следует разделить на средний квадрат ошибки и резуль-
таты сопоставить. Чем больше это отношение, тем сильнее влия-
ние фактора на выходную переменную. Неавтоматизированное вы-
полнение дисперсионного анализа при числе факторов, большем
пяти, весьма затруднительно.
129
Регрессионный анализ—один из основных методов моделирования
технологических объектов, позволяющий установить функциональ-
ные связи между случайными величинами. Регрессия — зависимость
математического ожидания случайной величины от какой-либо дру-
гой величины.
Наиболее часто при описании технологических объектов, когда
прирлда физических явлении, сопровождающих их функционирова-
ние. не ясна, используют полиномиальные регрессионные модели.
Планируя эксперимент, стремятся получить полином первой сте-
пени (линейная модель), хотя нет гарантии того, что при выбран-
ных уровнях варьирования процесс описывается линейной моделью.
Соответствие полуденной математической модели объекта экспе-
риментальным данным называется адекватностью. Уравнение адек-
ватно описывает результаты опытов, если среднеквадратическое от-
клонение значений выходной переменной, рассчитанных по моде-
ли, от экспериментальных данных обусловлено только ошибкой вос-
произведения, т. е. случайным характером этого параметра. Провер-
ю на адекватность модели проводят с использованием критерия Фи-
шера. Если линейная модель неадекватна, то рассматривают модели,
учитывающие взаимодействие факторов, для чего применяют иные
типы планов, описанные в специальной литературе.
Корреляг^ионнорегрессионныа анализ (КРА) используют для получе-
ния статистических математических моделей технологических объек-
тов. Методы КРА применимы только для взаимосвязанных факторов.
Первоначально оц< нивают степень взаимосвязи значений выход-
ной Переменной у с одной или несколькими независимыми перемен-
ными хр х2, .... х .В нервом случае используют коэффициент парной,
во втором — коэффициент множественной корреляции.
Если корреляционные связи между факторами существуют, то с
помощью pei рсссиопного анализа выбирают математическую мо-
дель, наилучшим образом описывающую указанные взаимосвязи.
Уравнение, но которому могут быть найдены числовые значения вы-
борочных средних фчнкций отклика у при независимых переменных
хр х„ .... хп, называется уравнением регрессии.
Применение КРА правомерно и эффект ивно в следующих случаях:
а)	зависимая переменная у — случайная величина с нормальным
законом распределения;
б)	дисперсия у не зависит от абсолютных значений;
в)	значения х х.„ ..., х„ изменяются с ошибками, пренебрежимо
малыми по сравнению с у,
г)	переменные хр х2,.... х линейно независимы;
130
д)	процесс изменения у является стационарным и случайным,
е) экспериментальные данные получены из ряда независимых ис-
пытаний и образуют случайную выборку изданных генеральной со-
вокупности.
Условия а~г должны выполняться как для акт ивного, так и для пассив-
ного эксперимента, условия д, е— только для пассивного эксперимента.
Автоматизация указанных методов анализа на базе вычислитель-
ной техники и применение специализированного программного обес-
печения резко повышают их эффективность
6.2.	Модели эффективности производственных
систем и технологических процессов
Эффективность как обобщенное функциональное свойство про-
изводственных систем широко используется в задачах их анализа и
синтеза. Она позволяет решить следующие задачи: принятие реше-
ния относительно допусти мости практического использования ПС,
выбор рационального способа использования и путей их развития;
выявление вкладов (эффектов) различных факторов в общую эффек-
тивность функционирования ПС; установление путей повышения
эффективности функционирования ПС, определение резервов эф
фсктивности; выявление функциональных возможностей ПС; сопос-
тавление (сравнение) нескольких альтернативных вариантов ПС, их
ранжирование по уровням эффективности (установление отношения
предпочтения па множестве возможных вариантов).
Содержание задачи оценивания эффективности систем опреде-
ляет следующие основные процедуры: выбор показателей и крите-
риев эффективности на основе определенной концепции рациональ-
ного поведения; построение математической модели эффективнос-
ти процесса функционирования ПС; оценка качества модели и пла-
нирование экспериментов с ней; вычисление значений показателей
эффективности с использованием модели.
6.2.1.	Выбор показателей и критериев эффективности
функционирования производственных систем
Понятие эффективности относят обычно к производственному
процессу и его составным частям: разнообразным технологическим
процессам, операциям по организации и управлению производством.
131
ПС выступают в качестве активного средства достижения цели
упаковочного производства, и в этом случае понятие эффективнос-
ти упаковочного технологического процесса отождествляется с по-
нятием эффективности ПС.
Степень соответствия реального результата требуемому называ-
ется эффективностью технологического процесса, а способ исполь-
зования ПС в технологическом процессе — стратегией.
Различают техническую и технико-экономическую эффектив-
ность. Техническая эффективность есть степень приспособленнос-
ти системы к выполнению задачи, обусловленная техническими па-
раметрами и надежностью ее элементов. Технико-экономическая
эффективность есть способность системы получать определенный
эффект с минимальными затратами ресурсов.
Показатель эффективности W(t) процесса функционирования ПС
как разновидности операции есть мера степени соответствия реаль-
ного результата процесса функционирования ПС требуемому.
Результатом процесса функционирования ПС является выпуск
продукции нормального качества при минимальных затратах с полу-
чением максимальной прибыли. Для описания соответствия реаль-
ного результата /операции требуемому У1? формально вводят число-
вую функцию на множестве результатов операции
р = р(У(г),У^),	(6.3)
которую называют функцией соответствия. Здесь v— стратегия дос-
тижения цели.
Введение в рассмотрение функции соответствия (6.3) позволяет
принять математическое ожидание этой функции в качестве показа-
теля эффективности W(r), т. е.
РУ(у) = М(р(У(г),У7р).	(6.4)
Если У(е)и /р не случайные переменные, то
W(v) = p(Y(v),Y^).	(6.5)
Если результат У операции может быть описан единственной ве-
личиной у, то (6.4) и (6.5) определяют скалярные показатели эффек-
тивности. В противном случае приходится вводить векторный пока-
затель эффективности:
W(v)=| | Wav),W2(u),...W„(v)| F,	(6.6)
где VV(v) определяется по правилу (6.4) с подстановкой вместо У(г),
У? значений частных характеристик исхода У(^),
132
Скалярный показатель эффективности широко используется для
оценки эффективности упаковочных машин и ПС, основным резуль-
татом процесса функционирования которых является выпуск упако-
вочной продукции определенного объема и качества с максимальным
эффектом (максимальной прибылью).
Критерий эффективности К есть правило, позволяющее сопостав-
лять стратегии, характеризующиеся различной степенью достиже-
ния цели, и осуществлять направленный выбор стратегий из множе-
ства допустимых. Критерий эффективности вводится на основе оп-
ределенной концепции рационального поведения. Существует три
концепции рационального поведения систем (выработки решений):
пригодности, оптимизации, адаптации.
Согласно концепции пригодности рациональна любая стратегия
и, при которой выбранный показатель эффективности принимает
значение не ниже некоторого приемлемого уровня W4 т. е.
И/(е)>И^,ге V,	(6.7)
где V— множество допустимых стратегий.
Если показатель эффективности W векторный, то неравенство
(6.7) записывается для каждого частного показателя VV(v) < вхо-
дящего в состав векторного показателя.
Концепция оптимизации считает рациональными те стратегии v,
которые обеспечивают максимальный эффект в операции, т. с.
lV(w*) = max W(v),	(6 8)
veV.
Использовать концепцию оптимизации можно в том случае, если
комплекс условий проведения операции строго фиксирован, а пока-
затель эффективности W(и) — скаляр.
Концепция адаптации предполагает возможность оперативного
реагирования в ходе операции на поступающую текущую информа-
цию об изменении комплекса условий проведения операции. Суть
концепции адаптации заключается в изменении стратегий управле-
ния v (стратегия понимается в более широком смысле и включает
способы изменения параметров и структуры системы) на основе не
только априорной, но и текущей и прогнозной информации с целью
достижения или сохранения определенного состояния системы при
изменяющемся комплексе условий проведения операции.
133
Рациональной следует считать такую адаптивную стратегию v(t) из
множества V(t, т), которая обеспсчиваег, например, выполнение условия
Vi;(v*(Z),T) = inaxW;((v),T),v(/)6 V(Z,t),	(6.9)
где t— время; т — упреждение прогноза.
Запись И; означает, что показатель эффективности может менять-
ся во времени.
Концепция адаптации приводит к целеустремленной и гибкой сис-
теме действий. Концепция представляется перспективной для выработ-
ки решений при проектировании ПС. Использование этой концепции
для выбора варианта эксплуатации ПС требует своего исследования.
Концепция пригодности может быть применена для выбора ва-
рианта ПС по частным показателям качества ПС, значения которых
могут использоваться в модели выработки решений в задачах синте-
за как ограничения.
Концепция оптимизации используется довольно широко для вы-
бора варианта ПС по показателям их технико-экономической эф-
фективности.
В зависимости от вида функции соответствия в рамках концепции
оптимизации выделяют следующие критерии оптимальности: крите-
рий наибольшего результата; наибольшего среднего результата; наи-
большей вероятной гарантии результата; наибольшего гарантирован-
ного результата.
Критерий наибольшего среднего результата получил преимуще-
ственное распространение. Это обусловлено адаптивностью показа-
теля среднего результата, что в значительной мере облегчает его рас-
чет. Однако показатель среднего результата не учитывает в явном виде
требуемый результат. Ориентация на средний результат оправдана
при массовом повторении операции.
Функционирование упаковочной ПС представляет собой массо-
вый процесс выпуска упаковочной продукции, поэтому использова-
ние показателя среднего результата при синтезе подобных объектов
вполне оправдано.
При существенном влиянии случайных факторов часто сам резуль-
тат у( и) выбирают в качестве функций соответствия, т. с.
p = p(Y(v),Y^ = y(v).	(6.10)
Тогда показатель эффективности есть математическое ожидание
результата (средний результат), г. е.
W(v) = M[y(v)].	(6.11)
134
Критерий наибольшего среднего результата рекомендует выби-
рать в качестве оптимальной стратегию v*, для которой
и*: rnaxAf[y(v)],	(6.12)
veV.
6.2.2.	Формализация задачи оценивания эффективности
производственных систем и выработки решений
при их проектировании
В общем виде задачу оценивания эффективности ПС как техничес-
кой системы можно представить формальной записью следующего вида:
W(y) =	(6.13)
Ф: {Y | Н • Ух Л —Y(G)}	IV,	(6-14)
где Л — множество определенных и неопределенных факторов; Y—
требуемый результат операции (вектор характеристик исхода g G G
операции, важный для достижения цели А операции, отображаемой
требуемым результатом), М— знак математического ожидания; р —
функция соответствия; И — модель результата операции, позволяю-
щая вычислить значения K(v) результата ^операции для каждой стра-
тегии vе V; 0 — информация о проблемной ситуации.
Отображение Ф в (6.14) является отображением множества Vдо-
пустимых стратегий во множество значений показателя эффектив-
ности И7 с учетом (6.13) и обычно задастся в форме математической
модели операции. Структурная схема модели (6.14) операции приве-
дена на рис. 6.1.
Рис. 6.1. Модель оценивания эффективности вариантов ПС
Как следует из схемы, модель операции Ф : Ух Л —э Мпредставля-
ет собой составной оператор Ф = Н О QO М оценивания эффектив-
ности операции, который является суперпозицией операторов И, Q
и М. Модель Н: V х Л —> Y(G) в (6.14) — одна из форм оператора Н
моделирования результата (исхода) операции, которая может зада-
135
ваться в функциональном или алгоритмическом виде. Операторы Q
и М отображают множество Y результатов операции во множество
значений показателя эффективности W.
При этом множество Ус использованием оператора соответствия
Q: Ух У? —> р отображается во множество значений функции соот-
ветствия р, а оператор усреднения М: р —> Wпереводиг множество
значении р во множество значений W, г. е. QO Л4: У—> IV.
Как уже отмечалось, операция может рассматриваться как процесс
функционирования системы, т. е. процесс изменения ее состояний во
множестве Z всех возможных состояний системы. Тогда операторы (р
и Н(рис 6.1), которые называют операторами перехода и выхода со-
ответственно, могут быть символически записаны в виде соответствий:
ф:2х VxTxA-> Z; H:Zx УхТхЛч V(G).
Если в результате анализа факторов получены сведения 0 о значе-
ниях характеристик Х} детерминированных факторов Лр то задача
относится к классу задач принятия решений в условиях определенно-
сти. К числу определенн ых относятся не только факторы, характерис-
тики которых постоянны. В общем случае отнесение того или иного
фактора к классу определенных основывается на представлении лица,
принимающего решение (ЛПР), о влиянии степени разброса характе-
ристик X фактора на степень вариации конечного результата опера-
ции. Если ЛПР полагает, что разброс существенно не влияет на конеч-
ный результат У, то такой фактор считается детерминированным, а в
качестве его характеристики используется среднее значение.
В зависимости от содержания обратной задачи исследования эф-
фективности ее разделяют на задачу инженерного синтеза—установ-
ление тактико-техн ических характеристик системы (конструктивных
параметров) и задачу оперативного синтеза — определение способа
проведения операции. Результатом формирования исходного множе-
ства стратегий для задачи инженерного синтеза являются диапазо-
ны возможных значений технических (конструктивных) параметров,
удовлетворяющих целевым и физическим ограничениям, а для зада-
чи оперативного синтеза — множество способов использования ак-
тивных средств и характеристики способов.
Задача выработки решений в условиях определенности по скаляр-
ному показателю состоит в определении подмножества наилучших
стратегий V * из множества
V:	(6.15)
136
Для формального разрешения этой задачи, после того как опре-
делен вид показателя эффективности и задан критерий К, требуется
функционально задать исходное множество стратегий У и оператор
Ф. Формализация задачи (6.15) основывается на использовании ин-
формации 0 о механизме ситуации (связи между компонентами стра-
тегии v G V) и детерминированных факторах Лг /(параметрах модели).
Поскольку каждая стратегия v G У в общем случае представляется сово-
купностью различных характеристик (конструктивных параметров, па-
раметров структуры, последовательностью выполнения отдельных эле-
ментарных операций и т. п.), каждую стратегию v будем описывать упо-
рядоченным набором ее характеристик Х= (xp л;2,..., х)г. Детерминиро-
ванные факторы AF задают вид функционального преобразования
Ф: W(X) = W(X,\F) = Ф(Х),	(6.16)
позволяющего по значениям управляемых характеристик X опреде-
лятыюказатель РУпри фиксированных условиях Ад.
Формальное представление допустимого множества У ©существ
ляется заданием ограничений. Это означает, что модель Ф формиру-
ется в рамках вполне определенных допущений (гипотез поведения
системы) и ограничений, определяющих свободу выбора управляю-
щих воздействий. В этом случае Ф представляет собой функциональ-
ную зависимость <р(Х), связывающую произвольные характеристики
стратегий с показателями эффективности и определенную только на
множествах допустимых стратегий, удовлетворяющих условиям
</,(Х)<0 и Д>(Х)=О,/=Ц, Л = Ц". Кроме допущений в модели (6.16) при
решении задачи (6.15) необходимо учесть ограничения на имеющиеся
в распоряжении ЛПР ресурсы (q. (X) < О, Z= ^ + ], Z„ hk(X) = ОД - +1, и
физические ограничения, исключающие «разрушение» системы:
(fl(X)<0, Z = 4 +1, (j, ЛА(Х) = 0, Л = ^ + 1Л).
Таким образом, модель- Ф формально представляется следующим
образом:
Ф: <р(Х) | ^(Х) < О,А(Х) = 0,	(6.17)
где 7(Х) = {г//(Х),/ = 1Л); Л(Х) = {Л*(Х),Л =
Задачу (6.15) выбора по критерию оптимальности можно поста
вить как оптимизационную:
X*:extrcp(X)	(6.18)
137
при ограничениях
?(Х)<0; Л(Х)-0,	(6.19)
где (р(Х) — целевая функция;
(х( ,х2 ,...,хп )^ - характеристики пригодных стратегий;
(X] ,х2,...,хк	- характеристики оптимальных стратегий.
Показатели эффективности могут иметь различные формы физи-
ческого и экономического характера. К числу переменных (факто-
ров), оказывающих влияние на эффективность, следует отнести тех-
нические параметры, представляемые вектором Хг = (хр х2, ..., хт),
условия эксплуатации, представляемые вектором X* = (х р х 2,..., xj.
Компонентами вектора Хт могут быть, например, характеристики
надежности элементов, производительности машин, качества обра-
ботки продукции, геометрические, кинематические и динамические
характеристики элементов системы, технологические режимы, ха-
рактеристики структуры линии (количество резервных машин, количе-
ство участков и накопителей в линии, емкости накопителей) и др. Компо-
нентами вектора эксплуатационных условий X являются, например, чис-
ленность ремонтного персонала, количество операторов, график ремон-
тов, параметры структуры ремонтного цикла и др.
При выборе критерия оптимизации учитываются директивные
показатели, которые устанавливаются конкретным техническим за-
данием. Такими показателями являются номенклатура продукции,
годовая программа выхода годных изделий по каждой номенклатуре,
планируемые проценты выхода годных изделий и др. В качестве кри-
териев оптимизации используются показатели надежности, произ-
водительность, показатели точности, ритмичность выпуска изделий,
показатели эргономики, эстетики, безопасности, экологии и др.
6.2.3.	Типы задач и методы принятия решений
по скалярному показателю
Выбор метода решения задачи (6.15), (6.16) представляет самосто-
ятельную проблему. Существует множество методов и алгоритмов
решения экстремальных задач. Каждый из них ориентирован на впол-
не определенный класс задач, а внутри каждого класса — на особен-
ности целевой функции р(Х) и ограничений д(Х), А(Х), способ их за-
дания и др. Поэтому при определении возможных методов решения
экстремальной задачи и выборе наиболее эффективного из них сле-
дует вначале определить тип задачи.
138
Типизация рассматриваемых задач принятия решении проводит-
ся по следующим направлениям.
Во-первых, устанавливается наличие или отсут ствие зависимости
характеристик Xстратегии 17от времени. Если Х= Х(/}, то задача
относится к типу динамических, в противном случае — статических. В
динамических задачах целевая функция представляет собой характери-
стику эффективности процесса (в статических — характеристику явле-
ния) и задается в виде функционала, зависящего от времени. Вектор
переменных X(Z) в этом случае описывает управляющий процесс. Огра-
ничения в динамической задаче обычно задают как дифференциальные
уравнения связи (определяющие движение системы) и краевые условия.
Во-вторых, устанавливают размерность вектора характеристик X
стратегии. При этом выделяют одномерные и многомерные задачи.
В некоторых случаях удается свести многомерную задачу принятия
решения к одномерной. Это возможно:
для статических задач — когда число ограничений-равенств на еди-
ницу меньше числа п независимых переменных х, z = 1, п и можно
применить метод исключения для выражения (т? - 1) переменной че-
рез одну оставшуюся;
для динамических задач — когда целевая функция может быть пред-
ставлена в аддитивной форме или является таковой, процесс может
быть разбит па несколько шагов.
В-третьих, статические задачи принятия решения могут быть с
ограничениями-равенствами, неравенствами, с ограничениями обо-
их типов или без ограничений. Первые три типа относятся к задачам
условной оптимизации, последний — к задачам безусловной оптими-
зации. Иногда удобнее свести исходную задачу условной оптимиза-
ции к новой задаче безусловной оптимизации путем агрегирования
функции ф(Х) и ограничений /?(Х), Л(Х) в новую целевую функцию.
В-четвертых, по характеру изменения переменных х, i= 1,2,..., пв
области допустимых стратегий различают дискретные, непрерыв-
ные, дискретно-непрерывные (смешанные) задачи принятия реше-
ния. Техника решения дискретных и особенно дискретно-непрерыв-
ных задач сложна и трудоемка. Поэтому, если возможно (по требуе-
мой точности получаемого решения), исходную задачу аппроксими-
руют непрерывным ее аналогом.
В-пятых, по виду целевой функции и ограничений задачи оптими-
зации подразделяют на линейные и нелинейные. Если хотя бы одна
из функций задачи (6.15)-(6.16) нелинейна, то задача относится к типу
нелинейных. Линейные задачи наиболее полно теоретически обосно-
139
ваны и для них разработан математический аппарат — линейное
программирование. Однако большинство реальных задач, адекватно
описывающих моделируемые явления и процессы, оказываются
нелинейными. При этом целевая функция ф (X) имеет не один, а
несколько экстремумов как внутри, так и вне области. Гарантиро-
вать получение точного решения в этом случае нельзя. Однако ре-
шение может быть получено с требуемой точностью. В некоторых ча-
стных случаях можно гарантировать точное решение (задачи выпук-
лого программирования).
На рис. 6.2 представлены основные типы задач принятия реше-
ния по скалярному показателю в условиях определенности. Каждому
типу задач поставлены в соответствие наиболее эффективные мето-
ды их решения. Это позволяет легко сориентировать исследователя
в выборе конкретного метода по характерным признакам сформули-
рованной им задачи принятия решения.
На рисунке приняты следующие обозначения (признаки): Ст —
статические задачи; Дн — динамические; О— одномерные; М— много-
мерные; У— при наличии ограничений (задачи условной оптимиза-
ции); Б — без ограничений (задачи безусловной оптимизации); Н —
переменные х (/= 1,..., п), изменяющиеся непрерывно (непрерывные
задачи принятия решения); Д— дискретные (или дискретно-непре-
рывные); линейные (задачи линейной оптимизации); Нл— нели-
нейные (задачи нелинейной оптимизации).
Символом * на рис. 6.2 отмечены задачи одномерной линейной
оптимизации, которые имею г тривиальное решение на одном из кон-
цов отрезка, задающего область ограничений. Например, статичес-
кая задача многомерной нелинейной условной оптимизации с па-
раметрами х, г=1, 2,..., п непрерывного типа может решаться либо
классическими методами многомерной оптимизации (если зада-
ча достаточно проста и допускает аналитическое решение), либо
численными методами нелинейной условной оптимизации (ме-
тодами нелинейного программирования). Динамическая задача
принятия решения может решаться либо путем сведения ее к за-
даче математического программирования (в общем случае нелиней-
ного), либо специальными методами оптимизации процессов: клас-
сическими (вариационное исчисление) и современными методами
(метод динамического программирования Веллмана; методы сетево-
го планирования и управления; методы, основанные на использова-
нии принципа максимума Понтрягина).
140
Задачи принятия ранения
по скалярному показателю
в \ нмиях определенности
Классические
одномерные
Истоды
отыскания
стационарных
-----Ernes____
Численные
методы
одномерной
оптимизации
Классические методы многомерной оптимизации		AlrmtxK* л ынгиного программ иро*а к ил			’/|«ЛГМЧ w	Мгтоды dxt на.мимгскоео праераммироеа н ил и сетевого планированыл		Методы, основанные на принципе максимума Понтрягина
			//гдлчис- ленное		условной | безусловной			
					оптимилгзцми ихлчклимх программ»/иг/			
								
Рис. 6.2. Типы задач и методы принятия решений по скалярному показателю в условиях определенности
Если из существа задачи считается допустимым, что абсолютное
уменьшение одного из показателей может быть компенсировано сум-
марным абсолютным увеличением других (показатели однородны), то
в качестве функции агрегирования применяют аддитивную функцию
<p(W) = Sy.WJ •	(6.20)
i=I
где у— коэффициент относительной важности частного показателя W
Задачи такого типа встречаются часто и связаны с показателями
прибыли, денежных или временных затрат по годам, этапам жизнен-
ного цикла и т. д.
Иногда допустимой может считаться не абсолютная, а относитель-
ная компенсация изменения значений одних показателей другими,
т е. ЛПР согласно с тем, что суммарный уровень относительного сни-
жения одних показателей эквивалентен суммарному уровню относи-
тельного увеличения остальных. Это приводит к мультипликативной
функции агрегирования вида
т
<p(lV) = ni'V-	(6.21)
1=1
Использование обобщенного показателя (6.21) приводит к тому,
что недостаточная величина одного частного показателя компенси-
руется избыточной величиной другого, а выделяемые решения обла-
дают примерно одинаковыми уровнями значений частных показате-
лей (при одинаковых их весах у).
Если из существа задачи следует полная недопустимость компен-
сации значений одних показателей другими, т. е. требуется обеспе-
чить равномерное «подтягивание» всех показателей к их наилучше-
му уровню, то используют агрегирующую функцию вида
cp(W) = min
у
(6.22)
у, * 0, г = l,w.
Такой показатель используется в задачах планирования по «узко-
му месту».
143
Общим случаем функции агрегирования является средняя степен
ная функция
Г 1 "	17
<PW =
Wi=i
/>*0,
(6.23)
где показатель степени ротражает допустимую степень компенсации
малых значений одних равноценных показателей большими значе-
ниями других показателей (чем больше р, тем больше степень воз-
можной компенсации).
Например, если р —» -<» (не допускается никакая компенсация и
требуется равномерное «подтягивание»), то предельный вид агреги-
рующей функции (6.23) совпадает с (6.22); если р —» 0 (т. е. требуется
обеспечение примерно одинаковых уровней частных показателей), то
предельный вид агрегирующей функции совпадает с (6.21). При р- 1
получается аддитивная функция. Во всех этих случаях yi = 1 /т, i=Y-m-
Если из существа задачи может счита гься допустимым увеличение
одного из показателей ценой любого уменьшения значений других
(т. е. р—ь «>), то
ф(1У) = тах(у,И<)’ i =	(6.24)
Функции агрегирования (6.21), (6.22), (6.24) могут быть исполь-
зованы и для неоднородных показателей эффективности. В этом слу-
чае коэффициенты суть весовые размерные коэффициенты, показыва-
ющие «ценность» единицы £го показателя. Однако полл чить размерные
весовые коэффициенты трудно. Поэтому чаще всего используют одно-
родные показатели и коэффициенты их относительной важности.
Если из существа задачи следует, что одни показатели желательно
увеличивать, а другие уменьшать, то иногда используют функцию агре-
гирования в виде отношения одних показателей к другим, например:
mi
<pW=-^—•
П
»=т]+1
(6.25)
где i = l,wq — номера показателей, значения которых желательно уве-
личивать, а 1 =mi +1,тп—уменьшать. Часто первая группа показателей
144
отождествляется с целевым эффектом, а вторая — с затратами на его
достижение. При этом показатели не обязательно должны быть од-
нородными.
Метод «затраты-эффект». Особенности использования функции
агрегирования покажем на примере широко используемого метода
«затраты — эффект». Каждый из рассматриваемых альтернативных
вариантов и € t/некоторой технической системы характеризуют век-
торным показателем Wc компонентами: W — полезный эффект; И' —
затраты на создание системы и ее эксплуатацию. Тогда показатель
ф( W) - Wt/ W, моделирует предпочтения ЛПР исходя из его стремле-
ния получить наибольший удельный эффект на единицу затрат. Та-
кой показатель прост, логически непротиворечив, выделяет эффек-
тивное решение; однако он часто приводит к выделению альтерна-
тивы с низкими значениями частных показателей, т. е. «наилучшим»
может считаться дешевый и низкоэффективный образец производ-
ственной системы. Для отыскания наилучшей альтернативы исполь-
зуют метод «затраты-эффект» при ограничениях, сводя задачу выбо-
ра к одной из следующих задач оптимизации:
и : max(p(W(w));
ыеЬ'
w;(u)>w^;
и : max(p(VV(?z'
W(w)>
6.3.	Методы оценки качества продукции
и технологических процессов
6.3.1.	Основные понятия и показатели качества
В рыночной экономике проблема качества является важнейшим
фактором повышения уровня жизни, экономической, социальной и
экологической безопасности. Качество — комплексное понятие, ха-
рактеризующее эффективность всех сторон деятельности (разработ-
145
ка стратегии, организация производства, маркетинг и др.) Важней-
шей составляющей всей системы качества является качество продукции.
Международная организация по стандартизации определяет каче-
ство (стандарт ИСО 8402) как совокупность свойств и характерис-
тик продукции или услуги, которые придают им способность удовлет-
ворять обусловленные или предполагаемые потребности.
Для того чтобы произвести ту или иную продукцию, выполнить
работу, оказать услугу, необходимо осуществить целый ряд операций,
подготовительных работ. Конечное качество зависит от качества
работы на каждом этапе.
Формирование качества продукции начинается на стадии ее про-
ектирования. Так, в фазе исследования разрабатывают технические
и экономические принципы, функциональные образцы (модели).
После этого создают основу производственной документации и опыт-
ный образец. На стадии конструктивно-технологических работ под-
готавливают внедрение изделия в производство.
Показатели качества продукции классифицируют по следующим
признакам: характерным свойствам, количеству свойств, примене-
нию, этапам жизненного цикла продукции.
По количеству свойств показатели качества могут быть единичные,
комплексные, групповые, интегральные, обобщенные.
По применению (например, при оценке уровня качества продукции)
показатели качества подразделяют на базовые^ относительные.
В зависимости от этапа жизненного цикла продукции показатели
качества могут быть прогнозируемые (расчетные), проектные, производ-
ственные, эксплуатационные.
Показатели качества выражаются в натуральных и стоимостных
единицах.
ГОСТ 22851-77 устанавливает следующую номенклатуру показателей
качества в зависимости от конкретного вида продукции.
Показатели назначения характеризуют те свойства продукции, ко-
торые определяют основные функции, обусловливающие область ее
применения.
Показатели назначения делятся на следующие подгруппы: класси-
фикационные, функциональной эффективности, конструктивные,
состава и структуры.
Подгруппа классификационных показателей характеризует принад-
лежность продукции к конкретному виду или типу, классификацион-
ной группировке и т. п. К данной подгруппе показателей полиграфи-
ческой и упаковочной продукции можно отнести, например, класси-
146
фикационный номер вида (типа) изделия, группы изделия, формат
изделия, срок службы, интенсивность пользования.
Подгруппа показателей функциональной эффективности определяет
полезный эффект при эксплуатации продукции, а также прогрессив-
ность технических решений, заложенных в продукцию. Для техничес-
ких объектов эти показатели принято называть эксплуатационными. К
данной подгруппе показателей для изделий упаковочного производства
относятся показатели защиты продукта, хранения, дозирования, удобства
транспортирования, размещения на витринах и прилавках, складирова-
ния, привлекательного внешнего вида, удобства пользования и др.
Показатели, относящиеся к подгруппе состава и структуры, определя-
ют содержание в продукции структурных групп, химических элемен-
тов и г. д. К показателям данной подгруппы можно, например, отнес-
ти процентное содержание основных компонентов конструкционно-
го материала, процент неметаллических и других вредных посторон-
них включений в изделие (бумаги, краски, клея и т. п.).
Показатели надежности. 11адсжность представляет собой понятие,
связанное прежде всего с техникой. Его можно трактовать как безот-
казность, способность выполнять определенную задачу, вероятность выпол-
нения определенной функции или функции, в течение определенного времени и
в определенных условиях.
Как техническое понятие, надежность представляет собой веро-
ятность (в математическом смысле) удовлетворительного выполне-
ния определенной функции. Поэтому для ее оценки применяются
статистические характеристики.
Номенклатура показателей надежности определена ГОСТ 13377-75.
К ним относятся показатели безотказности, ремонтопригодности,
долговечности, сохраняемости и комплексные показатели.
Тара и упаковка характеризуются показателями долговечности (сред-
ний срок службы), ремонтопригодности (среднее время восстановле-
ния), сохраняемости (средний срок хранения). Долговечность — свой-
ство изделия сохранять работоспособность до наступления предельно-
го состояния. Ремонтопригодность — свойство изделия, заключающее-
ся в приспособленности его к предупреждению и обнаружению причин
повреждения и их устранению путем проведения ремонтов. Сохраняе-
мость — свойство изделия сохранять исправное состояние или свойст во
продуктов и материалов сохранять пригодное к потреблению состоя-
ние в течение и после хранения и (или) транспортирования.
Эргономические показатели. Номенклатура эргономических пока-
зателей качества установлена ГОСТ 16456-70. Они определяют сис-
147
тему взаимодействия «человек-изделие» и характеризуют комплекс
гигиенических, антропометрических, физиологических и психоло-
гических свойств человека, которые проявляются в производствен-
ных и бытовых процессах.
Эти показатели делят на подгруппы гигиенических, антропометри-
ческих, физиологических и психологических показателей.
Гигиенические показатели используются для определения соответ-
ствия изделия гигиеническим условиям жизнедеятельности и рабо-
тоспособности человека при его взаимодействии с изделием (пока-
затели удобства пользования, раскрываемости, освещенности, тем-
пературы. влажности, магнитного и электрического полей, запылен-
ности, излучения, токсичности и т. д.).
Антропометрические показатели применяются при определении
соответствия изделия размерам, форме и массе человеческого тела,
взаимодействующего с изделием (показатели соответствия конструк-
ции изделия размерам человеческого тела и его отдельных частей, а
также распределению массы человека).
Физиологические и психофизиологические показателиисполъзуются при
определении соответствия изделия физиологическим свойствам чело-
века и особенностям функционирования его органов чувств (показате-
ли, характеризующие соответствие изделия возможностям человека
воспринимать и перерабатывать информацию, соответствие изделия
закрепленным и вновь приобретенным навыкам человека и т. д.).
Эстетические показатели определяют информационную вырази-
тельность, рациональность формы, целостность композиции, совер-
шенство исполнения продукции, а также стабильность товарного вида.
Эстетические показатели делят на подгруппы: информационной
выразительности (знаковости, оригинальности, стилевого соответ-
ствия, соответствия моде), рациональности формы (функционально-
конструктивной обусловленности, эргономической обусловленности),
целостности композиции (организованности объемно-пространствен-
ной структуры, пластичности, упорядоченности графических изобра-
зительных элементов), совершенства исполнения и стабильности то-
варного вида (чистоты выполнения контуров и сопряжений, тщатель-
ности покрытий и отделки, четкости исполнения фирменных знаков
и сопроводительной документации, устойчивости к повреждению).
Показатели технологичности определяют свойства продукции обус-
ловливать оптимальное распределение затрат материалов, денежных
средств, трудовых и временных ресурсов при технологической под-
готовке производства, изготовлении и эксплуатации продукции.
148
Показатели стандартизации и унификации определяют насыщен-
ность продукции стандартными, унифицированными и оригиналь-
ными составными частями, а также уровень унификации продукции
с другими изделиями.
Для применения типовых методов расчета показателей качества
данной группы составные части изделий принято подразделять на
стандартные, унифицированные и оригинальные. К стандартным со-
ставным частям изделия относятся такие, которые выпускаются по
государственным, республиканским или отраслевым стандартам; к уни-
фицированным — те, которые используются по крайней мере в двух
различных изделиях, выпускаемых одним предприятием; к оригиналь-
ным — составные части, разработанные только для данного изделия.
Показатели транспортабельности характеризуют приспособлен-
ность продукции к транспортированию, т. е. перемещению в про-
странстве, а также к подготовительным и другим операциям, связан-
ным с транспортированием. Показатели этой группы выбирают при-
менительно к конкретному виду транспорта (железнодорожному, воз-
душному, водному, автомобильному и т. д.). Основные показатели
транспортабельности определяют затраты на выполнение операций
транспортирования, а также подготовительные и другие операции,
связанные с транспор гированием продукции. Наиболее полно транс-
портабельность определяется стоимостными показателями, которые
учитывают затраты основных видов ресурсов (материальных, денеж-
ных, трудовых, временных), а также квалификацию и количество
людей, выполняющих работы по транспортированию.
Основные показатели транспортабельности относятся к единице
продукции или к какой-либо определенной группе единиц продукции.
Патентно-правовые показатели определяют патентную защиту и
патентную чистоту продукции; они характеризуют конкурентоспособ-
ность продукции на мировом рынке. Официальными документами
являются «Патентный формуляр» и «Карта технического уровня и
качества промышленной продукции», которые входят в состав еди-
ной конструкторской документации.
Показатель патентной защиты определяет степень защиты изделия
авторскими свидетельствами в России и патентами в странах предполага-
емого экспорта или продажи лицензий на отечественные изобретения.
Показатели патентной чистоты характеризуют возможность бес-
препятственной реализации изделия в России и за рубежом. В изде-
лии не должно быть технических решений, подпадающих под дей-
ствие патентов, промышленных образцов (внешний вид) и товарных
149
знаков, зарегистрированных в данной стране. Если изделие предназ-
начено для реализации лишь в нашей стране, то не должны нарушать-
ся патенты исключительного права, выданные в России. Изделия, раз-
работанные для экспорта, должны иметь патентную чистоту в отно-
шении стран, занимающих ведущее место в данной области техники.
Экологические показатели определяют уровень вредных воздей-
ствий на окружающую среду при производстве, эксплуатации и по-
треблении продукции.
К экологическим показателям относят содержание вредных ком-
понентов, выбрасываемых в окружающую среду; вероятность выбро-
сов вредных компонентов (газов, жидкостей, различных излучений
ит. д.) при производстве, транспортировании, эксплуатации и исполь-
зовании продукции и т. д.
Нормы па экологические показатели устанавливаются стандарта-
ми, рекомендациями и правилами СЭВ, ИСО и других международ-
ных организаций, занимающихся вопросами охраны окружающей
среды; международными техническими регламентами и норматива-
ми. Продукция, которая не отвечает принятым нормам по охране
окружающей среды, подлежит снятию с производства.
Показатели безопасности определяют способность продукции обус-
ловливать при ее эксплуатации и потреблении безопасность человека
(в частности, обслуживающего персонала, потребителя продукции).
К показателям безопасности следует отнести вероятность безопасной
работы человека в конкретных условиях в течение определенного време-
ни, время срабатывания блокировочных и защитных устройств и т. д. К
показателям безопасности работы человека при санкционированных ре-
жимах эксплуатации, потребления, обслуживания, транспортирования
и хранения продукции могут быть отнесены также гигиенические пока-
затели, входящие в группу эргономических показателей качества.
Нормы на показатели безопасности определяются государствен-
ными стандартами по безопасности труда; нормами и правилами по
технике безопасности, пожарной безопасности, радиационной безо-
пасности, производственной санитарии и т. д.; нормативами и доку-
ментами СЭВ, ИСО, публикациями МЭК и других международных
организаций по стандартизации, международными регламентами
Экономические показатели представляют собой группу показателей,
определяющих затраты на разработку, производство, эксплуатацию
или потребление продукции. К ним относятся затраты денежные,
трудовые, материальные, временные на разработку, производство и
эксплуатацию продукции; себестоимость и трудоемкость производ-
150
ства продукции; затраты по статьям калькуляции при производстве
продукции и т. д.
Эффект от улучшения качества продукции определяете я.общей (за
весь срок службы) экономией и экономией в производстве.
Показателями качества технологических процессов являются по-
казатели точности, стабильности, производительности, надежности,
эргономические, стандартизации и унификации, патентно-правовые,
экологические, безопасности и экономические.
Определение показателей, кроме производительности, точности
и стабильности, было дано выше.
Производительность технологического процесса характеризуется
количеством продукции, выпускаемой в результате технологическо-
го процесса в единицу времени.
Под точностью изготовления продукции понимают свойство про-
цесса производства обеспечивать соответствие поля рассеяния зна-
чений показателя качества заданному’ полю допуска.
Стабильность качества изготовления продукции (стабильность
процесса производства) — свойство процесса производсгва сохранять
показатели качества изготавливаемой продукции в заданных преде-
лах в течение некоторого времени.
6.3.2.	Методы определения показателей качества
продукции и технологических процессов
При определении показателей качества) пользуются различными
методами: измерительными, регистрационными, органолептически-
ми, расчетными, экспертными, социологическими, статистическими.
Измерительный метод определения показателей качества основан
на непосредственном их измерении с помощью соответствующих
измерительных средств. Этим методом измеряют, например, массу
изделия, геометрические параметры и г. д.
Регистрационный метод заключается в использовании информации
о подсчете конкретных событий, чисел, предметов, затрат каких-либо
ресурсов (денежных, трудовых, материальных, временных) и т. д.
Этим методом пользуются при подсчете полной группы событий в
моделях анализа качества и надежности изделий.
При органолептическом методе определения показателей качества
используют информацию, получаемую органами чувств человека (зре-
нием, слухом, обонянием, осязанием, вкусом). Примеры применения
органолептического метода: визуальный внешний осмотр изделия,
151
определение эстетических и эргономических показателей качества
различной продукции и г. д.
Обычно органолептический метод применяется совместно с экс-
пертным. При органолептическом методе используют балльные оцен-
ки показателей качества (см.: Методические указания по оценке тех-
нического уровня и качества промышленной продукции. М.: Изд-во
стандартов, 1979).
Расчетный метод определения показателей качества является са-
мым распространенным. С его помощью рассчитывают показатели
качества групп функционального назначения, надежности и др.
Экстфтный метод используется при определении эстетических,
эргономических, патентной чистоты и других показателей. Для это-
го создаются специальные экспертные группы, в состав которых вхо-
дят различные специалисты: конструкторы, технологи, дизайнеры,
товароведы и т. д.
Социологический метод при меняется при определении качества про-
дукции ее потенциальными потребителями путем формирования
соответствующих мнений. Эти мнения формируются на основе уст-
ных опросов или анкет-вопросников.
(тштистическим методом	показатели качества, которые
имеют вероятностную природу, например показатели из групп функци-
онального назначения и надежности. При оценке показателей качества
статистическими методами решают следующие основные задачи:
определяют законы распределения показателей качества;
находят точечные и интервальные оценки показателей качества;
сравнивают средние значения и дисперсии показателей качества
двух или нескольких единиц продукции с целью установления слу-
чайного или закономерного расхождения исследуемых свойств;
выявляют влияние различных факторов на те или иные показа-
тели качества как в статике, так и в динамике.
Оценка качества однородной продукции. Под однородной про-
дукцией понимают изделия общего функционального назначения, об-
ладающие общими основными свойствами, под разнородной продук-
цией — изделия разного функционального назначения.
Для оценки технического уровня и качества однородной продук-
ции применяют три основных метода — дифференциальный, комп-
лексный и смешанный.
При дифферет^иальном методе сопоставляют одноименные показа-
тели оцениваемого и базового образцов (аналогов). Определяют, ка-
152
кие показатели достигли значений показателей базового образца, а
какие существенно отличаются от базовых значений.
Уровни показателей качества продукции определяют по следую-
щим формулам:
где Р и Р& — г-й показатель качества соответственно оцениваемой про-
дукции и базового образца; п—число показателей качества продукции;
при наличии ограничений в значениях единичных показателей
качества
где Р — предельное значение г-го показателя качества.
Дифференциальный метод оценки уровня качества имеет ограни-
чение к применению, заключающееся в том, что трудно принимать
решения по значениям многих единичных показателей качества.
Комплексный метод применяют, когда представляется возможным
определить функциональную взаимосвязь комплексного показателя
качества и единичных показателей. Комплексный показатель может
быть выражен главным показателем, отражающим назначение про-
дукции, интегральным и средневзвешенным показателями.
Главный показатель можно использовать не для всех видов изде-
лий, чаще всего его применяют для оценки продукции производствен-
ного назначения, например технологического оборудования.
Интегральный показатель применяют в том случае, когда установле-
на зависимость суммарного полезного эффекта эксплуатации изделия
от суммарных затрат на его создание и эксплуатацию. Эта зависимость
представляет собой отношение полезного эффекта в натуральных еди-
ницах от эксплуатации или потребления продукции к суммарным затра-
там на ее создание и эксплуатацию или потребление, т. е. полезный эф-
фект от использования продукции, приходящийся на один рубль затрат.
Для некоторых видов продукции полезный эффект характеризу-
ется как измеримыми, так и неизмеримыми показателями качества.
К такой продукции относятся, например, книги, упаковки и др. В этих
случаях оценку части полезного эффекта, характеризуемой неизме-
римыми показателями (эстетическими, эргономическими), следует
проводить экспертными методами.
153
1одовой полезный эффект оцениваемой продукции, отличающей-
ся от базовой по т измеримым показателям и п неизмеримым показа-
телям качества:
т	п
Еп = £nl + Ё Д£/ + Ё Д£; •	(6.26)
к=1	;=1	У '
где Е — годовой полезный эффект базового образца; ДЛА — приращение
эффекта, вызываемого /t-м измеримым показателем качества; ДА'— при-
ращение эффекта, вызываемого/м неизмеримым показателем качества.
Приращение эффекта
> р	Г'	k I 1
д^> — ukE6i , k — l,m,
* 6k
где ад— коэффициент весомости k-ro показателя качества, вычисляе-
мый экспертным методом; ДР* = Pk - РбА — приращение /его показателя
качества продукции; Р к — /е-и показатель качества базового образца.
11риращение эффекта
ДР _______
Д£,=Р;Е6,—, ; = 1,п,
S
где р,— коэффициент весомости j-ro показателя качества, вычисляе-
мый экспертным методом; ДР = Р - /’— приращение /го показателя
качества продукции; Р /й показатель качества базового образца.
т	п
Причем + £р; = 1.
j=i
Формулу (6.26) следует применять для продукции массового про-
изводства, для которой значения показателей качества оцениваемо-
го и базового образцов отличаются незначительно.
Интегральный показатель качества
где £, — суммарный полезный эффект от эксплуатации или потребле-
ния продукции за весь срок се службы; <р(t) — поправочный коэффи-
циент, зависящий от срока службы продукции; Z — суммарные капи-
тальные (единовременные) затраты на создание продукции, руб.;
Z — суммарные эксплуатационные (текущие) затраты на весь срок
службы, руб.; t — срок службы продукции, год.
154
При отсутствии функциональной зависимости главного показате-
ля определяют его средневзвешенные значения:
среднеарифметическое
Цел ~	’ S 04 —
i=l i= 1
где n— количество показателей качества продукции; <7 —относитель-
ный показатель качества; а — параметр весомости /то показателя;
среднегеометрическое
п	п
<7сг = П7/Х,> Sft = L
1=1	1=1
Ограничения на применение комплексного метода связаны с тем,
что обобщенный показатель качества может недостаточно полно учи-
тывать все существенные свойства продукции.
Когда неучтенные факторы оказываются существенными, можно
применить смешанный метод оценки уровня качества. Согласно этому
методу единичные показатели качества объединяют в группы; напри-
мер показатели назначения, эргономические, эстетические и т.п., и
для каждой группы определяют соответствующий комплексный по-
казатель. При этом наиболее важные показатели не объединяют в
группы, а используют как единичные.
Оценку качества изготовления продукции проводят путем определе-
ния уровня качества. Уровнем качества изготовления продукции на-
зывают степень соответствия фактических значений показателей
качества продукции до начала ее эксплуатации требованиям норма-
тивно-технической документации.
Уровень качества изготовления продукции U определяется по
формуле
^inax
где D— коэффициент дефектности; D — максимально возмож ное зна-
чение коэффициента дефектности. При отсутствии дефектов U= 1.
Коэффициент дефектности, отражающий характеристику сред-
них потерь, выраженных в рублях на единицу продукции или в услов-
ных единицах (баллах),
1 т
П
где п— число проверенных экземпляров продукции (объем выборки);
т— число всех видов дефектов, встречающихся в да) шой продукции при
155
выборке; г — количество дефектов г-го вида; а — коэффициент весомос-
ти нго дефекта (в рублях на устранение ню дефек га или в баллах).
Методы определения коэффициентов весомости. Параметры весомос-
ти, входящие в формулы для расчета комплексных и интегральных
показателей качества в зависимости от вида имеющейся информа-
ции, могут быть определены методами стоимостных регрессионных
зависимостей; предельных и номинальных значений; эквивалентных
соотношений; экспертными.
Все методы в пределах точности исходных данных должны давать
приблизительно одни в те же результаты.
Метод стоимостных регрессионных зависимостей основан на опреде-
лении приближенных зависимостей между затратами 5 на разработ-
ку, производство и эксплуатацию данного вида продукции и показа-
телями качества W этой продукции. Метод рекомендуется применять,
когда количество рассматриваемых вариантов продукции превыша-
ет количество принятых показателей. При этом предполагается, что
известны значения показателей качества и затраты по стадиям жиз-
ненного цикла продукции.
Сравним М вариантов разрабатываемых изделий данного типа.
Каждый вариант изделия (например, &-й) характеризуется набором
из тпоказателей качества И'., Wk2,..., Wkn, где k— количество вариан-
тов изделия.
Если, например, для комплексной оценки используется средний
взвешенный геометрический показатель, то выражение для линей-
ной регрессионной зависимости имеет вид
ж
— Ха»Х*£»
«=1
где а.—параметр весомости VV;
Тогда
yA=lg_*_; W-=—
&Scp c₽‘ M& k
Метод предельных и номинальных значений применяют, когда извест-
ны предельно допустимые значения показателей качества продукции
данного вида. В этих случаях параметры весомости для различных
156
типов средних взвешенных показателей могуч’ вычисляться как сред-
нее арифметическое
и как среднее геометрическое
где VVp. —номинальное (среднее) значение гто показателя; W — пре-
дельное значение гто показателя; X — некоторый постоянный мно-
житель, выбираемый таким образом, чтобы относительные измене-
ния среднего взвешенного показателя были равны соответствующим
относительным изменениям затрат на создание, производство и экс-
плуа гацию продукции.
Метод эквивалентных соотношений следует применять, когда удает-
ся обосновать, какому относительному изменению количества про-
дукции ДМ / Мср эквивалентно (с точки зрения общего эффекта от
использования продукции по назначению) рассматриваемое относи-
тельное изменение данного показателя качества АIV. / W . или на
сколько процентов можно, например, уменьшить число единиц про-
дукции, чтобы обеспечить те же потребности при увеличении дан-
ного показателя качества на 1 %. В таких случаях параметры весомос-
ти для средних взвешенных геометрических показателей качества сле-
дует определять по формуле
а,=(ДМ/Мф)/(ДИ</И^,.), i = l,m.
Особо важен частный случай, когда эквивалентны одинаковые
относительные изменения количества продукции некоторым ее ос-
новным показателям качества. При этом параметры весомости для
таких показателей качества можно принять равными единице.
При определении параметров весомости экспертным методом со-
здают экспертные комиссии из высококвалифицированных специа-
листов. Авторы исследуемого изделия в комиссию не входят. Данные
экспертных опросов используются для определения среднего арифме-
тического значения параметров весомости г-го показателя качества:
1 N
где N— число экспертов; а . — параметр весомости г-го показателя по
данным/го эксперта.
157
Нормированные значения коэффициентов весомости находят так:
6»
1=1
где п - число показателей качества продукции.
Оценка качества продукции с помощью средних взвешенных показателей.
Такая оценка качества продукции, основывающаяся на средних взве-
шенных показателях, осуществляется в том случае, когда не удается
построить функциональную зависимость обобщенного показателя от
исходных показателей, но представляется возможным с приемлемой
точностью найти параметры весомости усредненных показателей.
Учет разных условий применения продукции предполагает объединение
показателей качества в один комплексный показатель. Для оценки уров-
ня качества продукции, подлежащей использованию в различных ус-
ловиях, применяют средние взвешенные показатели. Основным из них
является средний взвешенный геометрический показатель
7-1
где W.— значение показателя качества продукции для/го условия ее
применения; п— число условии; а = — параметр весомости для
/го условия применения продукции. Здесь М — объем продукции (в
штуках или денежном выражении), используемый при /м условии
применения.
Для оценки уровня качества разнородной продукции, так же как
и однородной, применяется средний взвешенный геометрический
показатель, называемый индексом качества:
т	т 
i=i,m,
i-l	i~ 1
где q. — относительный показатель качества гто вида продукции; т —
число видов продукции; IV — единичный или комплексный показа-
тель качества г-го вида продукции; VV — базовый показатель качества
/го вида продукции; а. =	— коэффициент весомости, опрсделяс
ЕМ
158
мый как относительный объем i-го вида продукции: М — объем про-
изводства z-ro вида продукции в денежном выражении.
Если значения показателей W имеют сравнительно небольшие
разбросы (коэффициенты вариации не более 10%), то индексы каче-
ства можно рассчитывать как среднее взвешенное арифметическое:
™ W
•=1 W6i
Оценка точности и стабильности технологических процессов.
В процессе производства качество продукции может обеспечивать-
ся двумя методами, которые характеризуют две различные техни-
ческие политики:
1)	разбраковкой уже изготовленных изделий при послеопераци-
онном контроле;
2)	повышением точности и стабильности процессов производс тва
за счет активного операционного контроля.
На первых этапах развития промышленности разбраковка явля-
лась основным методом достижения качества продукции. Постепен-
но становилось очевидным, что данный метод экономически невы-
годен, требует значительного количества контролеров и при этом не
гарантирует отсутствие брака. Поэтому получают широкое развитие
различные методы активного вмешательства в процесс производства.
Для их применения необходимо осуществлять оценку точности и ста-
бильности процесса производства.
Точность и стабильность процессов производства оценивают с тати-
стическими методами. Для оценки этих показателей образуют выбор-
ки. Согласно ГОСТ 16467-70 различают следующие виды выборок:
1.	Мгновенная выборка объемом от 5 до 20 деталей, полученная в
последовательности их обработки на одной машине. По такой выбор-
ке определяют влияние случайных факторов на качество (точность)
изготовления деталей.
2.	Общая выборка, состоящая из 10 и более мгновенных выборок,
взятых последовательно с одного станка за межнастроечный период
или с момента остановки инструмента до его замены Такая выборка
дает возможность определить раздельно влияние случайных и систе-
матических факторов на качество (точность) изготовления деталей
за межнастроечный период без учета погрешностей настройки.
3.	Выборка из случайно отобранных деталей (от 50 до 200), изго-
товленных при одной или нескольких настройках на одной машине.
По такой выборке определяют совместное влияние случайных и сис-
159
тематических факторов (в том числе погрешности настройки) на
качество деталей, изготовленных на данной машине.
4.	Выборка из случайно отобранных деталей (от 50 до 200), изго-
товленных группой машин, выполняющих одну и ту же операцию при
различных настройках. Выборка позволяет определить совместное
влияние случайных и систематических факторов, в том числе погреш-
ности настройки и состояния оборудования.
В ГОСТ 16304-74 установлены следующие показатели точности:
1.	Коэффициент точности относительно номинального значения
параметра, выраженный отношением погрешности значения пара-
метра А к номинальному значению параметра Хн:
При этом А = X - X ,
1	Л И*
где Х4 — действительное значение параметра.
При несимметричном расположении поля допуска для вычисления
вместо поминального значения параметра используют величину X,
равную значению, расположенному в центре несимметричного
поля допуска.
2.	Коэффициент точности относительно поля допуска Л , установлен-
ного для номинального значения параметра, выражаемый отношением
погрешности значения параметра А к величине его поля допуска Ан:
^тд
Коэффициенты /стн и Лтд можно использовать лишь для конкрет-
ных экземпляров изделий. При рассмотрении совокупности одина-
ковых изделий (выборка, серия и т. п.) необходимо находить сред-
нее значение погрешности А и соответствующие средние злачения
коэффициентов k и 4ТД .
3	Коэффициент точности & , выражаемый отношением средне-
го квадратического отклонения а значений параметра к величине
поля допуска Ап:
160
4.	Коэффициент вариации /ев, выраженный отношением среднего
квадратического отклонения о значений параметра к его среднему
значению xz
X
Коэффициенты k и k используют при рассмотрении совокупно-
сти одинаковых изделий.
В ГОСТ 16467-70 установлены следующие показатели точности и
стабильности производственных операций:
1.	Показатель уровня настройки
К'----5~’
где х — заданный центр настройки; xj — среднее значение первой мгно-
венной выборки после настройки станка; 6 — поле допуска.
2.	Показатель смещения центра рассеяния К (характеризует от-
носительную величину систематической погрешности)
_хп~х}
л\,, —---
S
где хп — среднее значение последней перед новой настройкой мгно-
венной выборки.
3.	Показатель межпастроечной стабильности
кж =—,
где 5n, — средние квадратические отклонения соответственно в пер-
вой и последней мгновенных выборках.
4.	Показатели рассеяния
где (£> = Is — поле рассеяния контролируемого параметра соответству-
ющей выборки: I— коэффициент, зависящий от типа закона распре-
деления значений параметров (для нормального распределения /= 6;
для распределения Максвелла /= 5,2); 5— среднее квадратическое от-
клонение значений параметров в соответствующей выборке.
Показатели рассеяния рассчитывают по выборкам (за исключени-
ем мгновенной). Эти показатели характеризуют степень соответствия
поля рассеяния полю допуска.
161
5.	Показатели стабильности рассеяния
Кр(Д/2)
с Кр(д«1)*
где К /АЛ), К(AQ — показатели рассеяния для периодов времени А/
и АД,.'
Показатели К рассчитывают по выборкам (за исключением мгно-
венной) в различные периоды времени и Az?, которые оговаривают-
ся в отраслевых инструкциях о проведении статистического анализа
точности и стабильности технологических операций. Показатели К
характеризуют изменение показателей рассеяния с течением времени
Контрольные вопросы
1.	Основные виды технологических решений.
2.	Методы принятия проектных решений.
3.	Виды аналитических технологических решений.
4.	Методы принятия аналитических решений.
5.	Модели эффективности производственных систем и технологичес-
ких решений.
6.	Выбор показателей и критериев эффективности функционирования
производственных систем.
7.	Типы задач и методы принятия решений по скалярному показателю
8.	Задачи принятия решений по векторному показателю.
9.	Классификация и номенклатура показателей качества продукции.
10.	Методы определения показателей качества продукции.
11.	Методы определения точности и стабильности технологического
процесса.
6 А, Модели и методы статистического
и имитационного моделирования в задачах
исследования качества и эффективности
производственных систем и технологических
процессов упаковочного производства
6.4.1.	Методы статистического моделирования
При решении конкретных задач анализа и оценки качества и эф
фсктивности осваиваемой и производимой продукции и технологи-
ческих процессов часто возникают случаи, когда аналитические их
решения практически невозможны, а проведение экспсрименталь-
162
пых исследований т рсбуст неоправданно больших затрат денежных,
трудовых и материальных ресурсов. Эффективной мерой в преодо-
лении указанных трудностей является использование методов стати-
стического моделирования.
Анализ качества продукции и технологических процессов с при-
менением методов статистического моделирования может достаточ-
но эффективно осуществляться при комплексном моделировании
процесса освоения и выпуска продукции в установившемся режиме,
отказовых и предельных ситуаций во время функционирования из-
делий и их составных частей в некоторых номинальных, экстремаль-
ных и смешанных режимах; при решении многочисленных задач ве-
роятностно-статистического характера, для обоснования законов
распределения определяющих параметров, являющихся случайными
величинами (как скалярными, так и векторными), для нахождения
конкретных числовых характеристик установленных законов распре-
деления этих параметров и т. д.
Алгоритмы методов статистического моделирования достаточно
просты, поэтому им отдают предпочтение при анализе сложных про-
изводственных ситуаций.
В САПР статистический анализ и синтез параметров качества и
эффективности производственных систем и технологических процес-
сов проводятся численными методоми — методом Монтпе-Карло (мето-
дом статистических испытании) и методом имитационного моделирования.
В соответствии с методом Монте-Карло осуществляется Л7статис-
тических испытаний, каждое статистическое испытание представля-
ет собой одновариантный анализ, выполняемый при случайных значе-
ниях параметров-аргументов. Эти случайные значения выбирают в соот-
ветствии с заданными законами распределения аргументов х Получен-
ные в каждом испытании значения выходных параметров накапливают,
после Аиспытаний обрабатывают, что даст следующие результаты-
гистограммы выходных параметров;
оценки математических ожиданий и дисперсий выходных пара-
метров;
оценки коэффициентов корреляции и регрессии между избран-
ными выходными и внутренними параметрами, которые, в част-
ности, можно использовать для оценки коэффициентов чувстви-
тельности.
Статистический анализ, выполняемый в соответствии с методом
Монте-Карло, — трудоемкая процедура, поскольку число N испыта-
ний приходится выбирать довольно большим, чтобы достичь прием-
163
лемой точности анализа. Другая причина, ограничивающая примене-
ние метода Монте-Карло, — трудности в получении достоверной исход-
ной информации о законах распределения параметров-архументов х
При имитационном исследовании качества и эффективности тех-
нологических и производственных систем приходится моделировать
случайные факторы, представляемые в моделях как случайные собы-
тия, величины, векторы, функции (процессы).
6.4.2.	Моделирование случайных величин
В основе всех методов и приемов моделирования случайных фак-
торов лежит использование случайных чисел, имеющих равномер-
ное распределение в интервале [0, 1]. Используются три основных
способа генерации случайных величин: аппаратный (физический),
табличный (файловый) и алгоритмический (программный).
При аппаратном способе реализации случайные или «истинно»
случайные числа вырабатываются специальной электронной пристав-
кой — аналого-цифровым преобразователем, являющимся одним из
внешних устройств ЭВМ. Случайные числа формируются с помощью
сигналов физических генераторов, использующих естественные пер-
вичные источники шумов электронных и полупроводниковых уст-
ройств, явления распада радиоактивных элементов и т. д. Достоин-
ством данного способа является отсутствие дополнительных вычис-
лительных операций ЭВМ по выработке случайных чисел, необходи
ма только операция обращения к внешнему устройству (датчику).
Однако аппаратный способ не позволяет повторно получить при мо-
делировании одинаковые последовательности чисел.
Табличный способ генерации случайных чисел заключается в пред-
варительном формировании таблицы чисел и файла с массивом этих
чисел, помещении файла во внешнюю или оперативную помять ЭВМ
и вызове числа из памяти. Этот способ рационально использовать
при сравнительно небольшом объеме таблицы и соответственно фай-
ла с массивом чисел, когда для хранения можно использовать опера
тивную память. Хранение файла во внешней памяти при частом об-
ращении в процессе моделирования нерационально, так как это уве-
личивает затраты машинного времени.
Алгоритмический способ заключается в генерации случайных
чисел с помощью специального алгоритма или программы на ЭВМ.
Числа, формируемые этим способом, называются псевдослучайны-
ми, так как хотя они и вырабатываются с помощью детерминирован-
ных рекурсивных формул, их статистические свойства совпадают со
164
статистическими свойствами чисел, генерированных идеальными
механизмами, выбирающими числа из интервала [0, 1] независимо и
с равной вероятностью. В состав математического обеспечения со-
временных ЭВМ входят специальные программы генерации (датчи-
ки) псевдослучайных чисел. С помощью генератора псевдослучайных
чисел можно многократно воспроизводить последовательности чи-
сел. Он мало занимает мес га в памяти ЭВМ и не требует использова-
ния внешних источников. К недостаткам алгоритмического способа
следует отнести то, что запас чисел последовательности ограничен
ее периодом, а также значительные затраты машинного времени.
Основными методами моделирования непрерывных случайных
величин с заданным законом распределения являются методы нели-
нейных преобразований, исключения (метод Неймана) и композиций.
Из методов нелинейных преобразований наиболее широко ис-
пользуют метод обратной функции, основанный на следующем поло-
жении: случайная непрерывная величина t с функцией распределе
ния F( ^связана со случайной величиной г, равномерно распределен-
ной в интервале [0, 1], соотношением
где F~] — обратная функция относительно F.
Например, случайную величину t с экспоненциальным законом
распределения F(/) = 1 - exp (-А, t) можно моделировать, используя
обратное преобразование:
t = -(1/X)ln(l- г) ~ I = -(1/Х)1п(г),
где Л — интенсивность события.
Однако обратные преобразования существуют только для неболь-
шого числа законов распределения со сравнительно простыми, вы
раженными в конечных квадратурах функциями распределения По-
этому применение метода обратной функции ограничено.
Метод исключения основан на следующем положении: реализация
случайной величины /, имеющей плотность/0> является реализацией
случайной величины х, имеющей плотность g(x) в том случае, если отно-
шение этих плотностей вероятностей ограничено сверху величиной М:
и M-r<g(t)/f(t),	(6.27)
где г— реализация случайной величины, имеющей равномерное рас-
пределение в интервале [0, 1].
Метод исключения состоит в последовательной генерации пар
случайных чисел {f, г) и проверке условия (6.27). Если условие вы-
165
полняется, то случайное число / принимается как реализация моде-
лируемой случайной величины х; если не выполняется, то генериру-
ется следующая пара чисел	и процесс повторяется.
Среднее число повторений, необходимых для генерации одного
значения случайной величины х, равно 1 /М
Метод исключения удобен для моделирования случайных величин,
кривые плотности вероятностей которых не имеют пиков, т. с. М
невелико и для получения приемлемого значения /требуется неболь-
шое машинное время.
Метод композиции основан на теоремах теории вероятностей, дока-
зывающих представимость одной случайной величины композициями
(как правило, линейными) двух и большего числа других случайных вели-
чин, имеющих легкореализуемые законы распределения. Так, согласно
центральной предельной теореме распределение случайной величины
v k
(6.28)
7^712
где г — равномерно распределенные в интервале [0, 1] случайные числа.
Величина zс ростом А неограниченно приближается к нормально-
му распределению с параметрами тг = 0 и о2 = 1.
Выражение (6.28) для &= 12 широко используется для моделирова-
ния нормального закона распределения случайной величины I.
В табл. 6.1 приведены алгоритмы получения случайных чисел с
законами распределения, широко используемыми при проектирова-
нии технологии полиграфического и упаковочного производства.
Таблица 6.1
Алгоритмы получения случайных чисел
Закон распределения случайных чисел	Мате матичсски е выражения плотности распределения	Алгоритм реализаций случайных чисел
Равномерный в интервале (а,Ь)	—-—, а < х < Ь; f(x)= b-a О,х<д илих>6	х = (Ь-а)г + а
Экспоненциальный с параметром Л	/(х) = А,<? ~^х, х>()	х = -А.)ц(1-г)
166
Продолжение табл. 6.1
Закон распределения случайных чисел	Мате матич еские выражения плотности распределения	Алгор11тм [ж али заци й случайных чисел
Нормальный с параметрами тис	{х /«=—U* 2°’	(12	' х - т + ст У г, - 6 . *=1
Логарифмически нормальный с параметрами тис	(Inx-m)2 Дх) = -	2О2	х>0 ст х V 2п	/ 12	\"| х = exp т + о У zj: - 6 L »=i	JJ
Вейбулла с параметрами р и р	/(х) = ррх^-1е-рл£ , Х> 0	х = --[1п(1-т)]1/Р р
6.4.3.	Исследование параметров качества
и эффективности производственных и технологических
процессов методом Монте-Карло
Сущность любого метода, базирующегося на идее статистическо-
го моделирования, так или иначе сводится при анализе конкретных
показателей качества и надежности различных объектов к многократ-
ной имитации процессов функционирования изделий и их составных
частей, изготовленных различными технологическими приемами.
При этом происходит случайное изменение определяющих факто-
ров, характеризующих конкретные показатели качества и надежнос-
ти продукции и технологических процессов.
Применение статистического моделирования к анализу показате-
лей качества в одномерной постановке, когда используемая модель
описывается одним определяющим изделие и (или) технологический
процесс параметром и при этом рассматривается модель «слабого зве-
на», сводится к многократном)'исследованию функции непревышения:
Д = Лр(*1	~>’(Z!  Zl) •
где у (хр ..., хд) — критическое (предельное) значение некоторого
обобщенного параметра Y, являющегося функцией определяющих
параметров х , х2,..., хк, k— число определяющих параметров (аргумен-
тов функции укр);у— некоторое номинальное (рабочее, действитсль-
167
ное и т. д.) значение обобщенного параметра F, являющегося функ-
цией определяющих параметров zp z2,..., zz; I— число определяющих
параметров (аргументов функции у).
В процессе статистических испытаний моделируют значения фун-
кции Д = у. -у случайных аргументов х , х2,..., хд и zp z2,..., zf имеющие
плотности распределения вероятностей /(%,), Дх2),..., J[xk) иу^),
А).....А).
Затем подсчитывают число т значений Д, которые меньше нуля
или равны нулю. Статистическая оценка Р вероятности Р пенаступ-
ления предельного состояния изделия или технологического процесса
по конкретному показателю качества находится следующим образом:
Р = 1--.	(6.29)
71
где 7п — число реализаций при Д < 0; п — общее число реализаций.
Нижний доверительный предел вероятности ненаступления пре-
дельной ситуации но количеству реализаций п (при Д > 0), числу реа-
лизаций т (при Д < 0) и доверительной вероятности у может быть
вычислен при помощи известного соотношения:
к
SCr^d-^r^l-Y, т<к<п,
т=0
где С"я — число возможных перестановок из тп значений функции
Д(Д < 0) при числе реализаций п; Р — нижний доверительный пре-
дел оценки Рпри уровне доверительной вероятности у.
Разрешив уравнение (6.29) при некоторых фиксированных зна-
чениях Р , у, т, получим объемы реализаций п для подтверждения
требуемых уровней предельных состояний объектов по рассматри-
ваемым показателям.
6.4.4.	Имитационное моделирование производственных
систем
Одной из основных форм анализа качества, надежности и эффек-
тивности производственных систем является имитационное иссле-
дование, проводимое на имитационных моделях. Наибольшее рас-
пространение в практике исследования качества и эффективности
получили цифровые имитационные модели, т. е. модели, реализуе-
мые на цифровых ЭВМ.
При имитационном моделировании алгоритмическая модель си-
стемы воспроизводит процесс функционирования системы во вре-
168
мени. При этом имитируются элементарные явления, составляющие
процесс, с сохранением их логической структуры и последователь-
ности протекания во времени. Это позволяет по исходным данным
получить сведения о состояниях процесса в определенные моменты
времени, что дает возможность оценить характеристики надежнос-
ти и производительности системы.
Метод имитационного моделирования позволяет решать задачи
анализа систем, включая задачи оценки вариантов структуры систе-
мы, эффективности различных алгоритмов управления системой,
влияния изменения различных параметров системы. Имитационное
моделирование может быть использовано для параметрического и
структурного синтеза систем.
Имитационное моделирование на ЭВМ имеет достоинства и недо-
статки. К достоинствам метода имитационного моделирования при
исследовании систем можно отнести следующие: имитационная мо-
дель позволяет исследовать особенности процесса функционирования
системы с учетом любых условий; существенно сократить продолжи-
тельность исследования системы по сравнению с натурным экспери-
ментом: включать в план испытаний результаты натурных испытаний
реальной системы; варьировать структуру, алгоритмы расчетов и па-
раметры системы, выбрать оптимальный вариант системы.
Основным недостатком имитационного моделирования является
то, что решение, полученное с помощью имитационной модели, но-
сит частный характер. Поэтому для полного анализа процесса функ
ционирования системы необходимо многократно воспроизводить
имитационный эксперимент, варьируя исходные данные, что увели-
чивает затраты машинного времени.
В данном разделе рассматриваются принципы построения циф-
ровой имитационной модели процесса функционирования производ-
ственной системы с уметом действия различных факторов.
В имитационных моделях имитируется поведение исследуемой си-
стемы в некотором интервале времени. Характерными особенностя-
ми данных моделей являются порядок изменения временной коорди-
наты и способ согласования различных событий в системе. Эти два
аспекта имитационных моделей известны как механизм системного
времени, обеспечивающий синхронизацию событий и процессов.
Существуют два основных вида механизма системного времени —
задание времени при помощи постоянных и с помощью переменных
интервалов времени (шагов). Второй механизм известен как модели-
рование по особым состояниям.
169
По методу постоянного тага отсчет системного времени ведется
через фиксированные, заранее выбранные исследователем интерва-
лы времени. События в модели считаются наступившими в момент
окончания этого интервала.
При моделировании по особым состояниям системное время каж-
дый раз изменяется на величину, строго соответствующую интерва-
лу времени до момента наступления очередного события. В этом слу-
чае события обрабатываются поочередно, в порядке их наступления,
и регистрируются как одновременные лишь в том случае, если они
одновременны в действительности.
Метод моделирования по особььм состояниям сложнее в реализа-
ции, чем моделирование с постоянным шагом, так как для него тре-
буется введение специальной процедуры (календаря событий) для
определения момента появления последующих событий и ранжиро-
в лния их в порядке возрастания.
Метод фиксированных шагов предпочтительнее, если события по-
являются регулярно, их распределение во времени достаточно рав-
номерно, число событий велико, а продолжительность отдельного
события мала.
Метод моделирования но особым состояниям целесообразно ис-
пользовать, если события распределяются во времени неравномер-
но или их продолжительность велика. Этот метод позволяет эконо-
мить машинное время при моделировании статических систем или
систем периодического действия, в которых события могут длитель-
ное время не наступать.
В зависимости от способа взаимодействия пользователя с моде-
лью имитационные модели делятся на автоматические и диалоговые.
Автоматическими называются имитационные модели, взаимодей-
ствие пользователя с которыми сводится только к вводу исходной
информации и управлению началом и окончанием работы моделей.
Имитационные модели и системы, позволяющие пользователю ак-
тивно управлять ходом моделирования, называются диалоговыми.
Описанные ниже основные принципы составления алгоритмов
ста гйстического имитационного моделирования функционирования
ав тома тизирован пых производственных систем предназначены для
решения конкретных задач, используемых для исследования техни-
ческих систем, какими являются печатно-отделочные и брошюровоч-
но-переплетные линии.
Автоматизированные линии, используемые в полиграфическом и
упаковочном производстве, — это многофазные технические систе-
170
мы с многоканальными комплексами или участками, между которы-
ми устанавливаются транзитные или тупиковые накопители полуфаб-
рикатов. Многоканальные участки могут представлять систему из
нескольких параллельно работающих машин и машин, находящихся
в холодном резерве. ПС могут обслуживаться операторами, робота-
ми и наладчиками.
Состояние данной системы определяется дискретными состояни-
ями всех входящих в нее элементов. Функционирование подобной
системы есть процесс изменения ее состояний под влиянием неко-
торых потоков событий. Для ПС такими потоками являются потоки
отказов и восстановлений элементов системы (машин, накопителей,
наладочных устройств, операторов, роботов, наладчиков и др.); за-
полнения и опустошения накопителей; заявок на проведение работ
(по обслуживанию, подготовке рабочего места, профилактическому
ремонту и техническому обслуживанию, контролю за качеством про-
дукции, информационному и материальному обслуживанию и т. гь);
выполнения указанных работ, заявок и проведения регламентирован-
ных простоев и др. Перечисленные потоки событий, происходящие
по различным причинам (факторам), могут быть разделены на эле-
ментарные по видам факторов. Так, потоки отказов и восстановле-
ний элемеггтов могут быть разделены на элементарные потоки по
видам отказов; материальные, эггергетическис и информационные
потоки — по видам материалов, полуфабрикатов, сырья, энергии,
информации; потоки заявок и выполнения технического обслужива-
ния (ТО) и профилактического ремонта — по видам ТО и рсмоггта.
Время пребывания элементов системы в состоянии работы или
эксплуатации до смены состояния на противоположное, т. е. до про-
стоя по v-му фактору, / определяется законом распределения F(t
а в состоянии простоя t — законом распределения G(Z). Указанные
законы могул быть произвольными распределениями. По функциям
распределении формируются реализации случайных времен t ги t.
Одним из первых этапов имитационного моделирования flC яв-
ляется анализ состояний их элементов, который заключается в опре-
делении вида состояния.
Каждое состояние работоспособности или эксплуатации А-го эле-
мента его вида по глму фактору в Е-ю реализацию процесса функцио-
нирования описывается дискретной единичной функцией состояния
работоспособности или эксплуатации X вида
171
1, если k-й элемент находится в работоспособном состоянии
или состоянии эксплуатации до простоя по v-му фактору;
О, если л-и элемент находится в состоянии простоя
по v-му фактору,
где е— вид элемента, е = мш, нк, ну, оп, нл, рб; мш — машина; нк —
накопитель; ну — наладочное устройство; оп — оператор; нл — налад-
чик; рб — робот; у— вид фактора (причины простоя), v = в, н, то, пр,
пм, и, м, рп, о, хр, оо, ов, кк; в — восстановление; н — наладка; то —
техническое обслуживание; пр — профилактические ремонты; пм —
подготовка рабочего места; и — информационный простой; м — мате-
риальный простой; рп — регламентированный перерыв; о — обслужи-
вание; хр — нахождение в холодном резерве; оо — ожидание обслужи-
вания; ов — ожидание восстановления; кк — контроль качества; k— но-
мер элемента в системе, k= k[e), А(м) = hij; Л(нк) = hi, А(оп) = hiv\ &(нл) = G;
/е(рб) = ЛД ;=Т, wAt-; г = 1, пА ; ц = 1, &оп Аг; fl = l,; 0 = 1, ^рбл»;
nh — количество участков Л-й ветви; Л = 1, Н; ^Л1 — количество парал-
лельно установленных машин на Лг-м участке; k — количество налад-
чиков, обслуживающих систему; Н— количество ветвей в ПС.
Состояние занятости рто рабочего (оператора, наладчика и др.)
или робота выполнением v-й работы описывается функцией
1, если оператор (робот) не занят v-й работ ой;
0, если оператор (робот) занят v-й рабо гой.
Кроме указанных функций состояний для описания скачков из од-
ного состояния в другое состояние (смены состояния) по v-му фактору
предлагается дискретная функция скачка состояния Bvek, имеющая вид
1, если имеет место смена состояния;
== 1
О, если элемент пребывает в прежнем состоянии.
Связь между потоками событий по определенным факторам ус-
танавливается с помощью коэффициента прерывания или влия
ния Y, образующих матрицу коэффициентов прерывания (влия-
ния), элементы которой имеют значения 1 или 0 в зависимости
от фактора прерывания действия определенного потока событий
по причине вступления в действие другого фактора. Коэффициент
прерывания имеет вид
172
1, если z-фактор lm-го элемента прерывает действие
Y^ = \
v-ro фактора для ek-ro элемента;
О, если прерывания пет.
Функции работоспособности или эксплуатации X принимают
новые значения скачкообразно, когда некоторое воздействие прини-
мает пороговое значение. В качестве таких воздействий, ведущих к
изменению состояния элементов системы, используются остаточные
ресурсы наработки или времени эксплуатации до смены состояния
элемента на противоположное и остаточные ресурсы времени до
окончания простоя по т>й причине^, при достижении нулевого зна-
чения которых элементы переходят скачком в противоположное со-
стояние. В зависимости от значений функции состояний XvA
могут иметь следующие значения:
I, сслиг^ >0л/^ =0;
0. еслиг^,=()л/„1>0.
Функция скачка состояния	зависит также от значений г и
определяется как
В = u(r )  u(f ,),
vek х	V vrk'

1, если rlv*=0;
0, если > 0,
1, если /^=0;
0, если/.^ > 0,

где u(r^),	— асимметричные единичные функции.
Функции занятости k~M рабочим или роботом р~го вида выполне-
нием v-й работы принимают свои значения при следующих условиях:
1,еслиЗ(0(А#/^);
0, если ЭД(Л = £.„,),
(6.30)
к, м = mi n (k | Х,^ = 1 л	= 1 л = 0),
где /г — номер рабочего (робота), занятого выполнением v-й работы
на /~м объекте е-го вида; К^— инициализированный номер k-ro рабо-
чего (робота), занятого обслуживанием или восстановлением Z-ro
объекта е-го вида, р = он, нл; v = в, о, кк; е= мш, нк.
Как видно из выражения (6.30), k-й рабочий (робот) занимается
выполнением v-й работы на /-м объекте (А =0), если 1~й объект i ре-
173
буетданной v-й работы (X =0), а А-й рабочий (робот) работоспосо-
бен (X =1) и свободен от какои-либо работы (А^=1). При указанных
условиях k-й рабочий (робот) инициализируется под номером К^,
т.с. закрепляется за /~м объектом.
Функция ожидания А.м объектом е~го вида обслуживания его вида
рабочим (роботом) р-й специальности определяется как
[1,еглиХ^ = 1уДул=0|/£ = .К^;
“ 10, если Xt,d = 0л У(А)(Д^ = 0v	= 0).
v = о, в, кк; р - оп, ил, рб; k = hiv, 0, ЛгО
Функция пребывания j-й машины г-то участка h~ й ветви в холод-
ном резерве зависит от функции работоспособности машины и коли-
чества машин на участке, занятых работой. Ес определяем по формуле
1, если XBMJ„ 41J = 0 v (Х^,,, й1). = 1 л
хрмш hij
™ki
X	hij (1 “ ^хрмш hih ) < mhi ~ ™phi)’
A=l; k* j
mhi
0, ССЛИ Х|1м|11^у- 1a ^имшЛ£а(^
*=1; A*;
где mp/j — количество резервных машин на hi-м участке.
Снятие элемента с ожидания и установка его на обслуживание или
ремонт проводятся на основании очередности.
Алгоритм формирования очереди зависит от концепции очеред-
ности. Снятие с очереди проводится в соответствии 1) с местом эле-
мента в структуре ПС; 2) со значением времени работ или затрат на
них; 3) с временем поступления заявки на проведение работ; 4) пу-
тем случайного выбора из числа очередников.
При зависимости параметров потока по v-му фактору от произво-
дительности элементов ПС в качестве остаточного ресурса наработ-
ки принимаем остаточное количество продукции г , которое элемент
отработает до момента простоя по v-й причине, или остаточное ко-
личество циклов работы машины. Подобный подсчет полного и ос-
таточного ресурсов наработки приводит к автоматическому учету
наложенных простоев, вызванных различными факторами и просто-
ями других машин и участков. Отпадает необходимость в разработке
и использовании специального аппарата оценки наложенных просто-
174
ев, что позволяет упростить имитационную модель процесса функ-
ционирования ПС.
При независимости параметров потока по v-му фактору от произ-
водительности элементов ПС в качестве остаточного ресурса прини-
маем остаточное время г , которое элемент должен отработать до
момента простоя по v-му фактору.
Остаточный ресурс наработки его элемента по v-му фактор}' опре-
деляем в виде
=	~^Q(z)irA ’
где	перспективная суммарная наработка /его элемента его вида
до очередного простоя по v-му фактору:	— фактическая сум-
марная наработка его элемента по v-му фактору к е-й реализации про-
цесса функционирования.
где Q — номинальная производительность элемента или системы в
зависимости от рассматриваемого v-го фактора. Так, £) ,А = Q а» если
v = в, о, кк; Q, ,к = Сне» если v = п; Онс — номинальная производитель-
ность системы: / vfk— очередная реализация времени работы или экс-
плуатации элемента или системы до простоя по иму фактору.
если В,л = 1лХ1<4 =1;
О, если =0v(Blrf = 1л ХгЛ =0).
где Ar(F(tp — оператор алгоритмического типа, определяющий
правило получения реализаций случайных величин времени * ^ио
заданным законам их распределения F(t И)и представляющий гене-
ратор случайных чисел.
Остаточный ресурс времени простоя элемента по иму фактору
имеет вид
г = р
J гек 1 wk wk ♦
где F k — перспективное суммарное время простоя элемента но иму
фактору; SF^ — текущее (фактическое) суммарное время простоя эле-
мента по v-му фактору.
где I — реализация очередного времени простоя по иму фактору.
175
^vek
AT^G^tVek)) > если	1 a О,
О, если Bvf/, — О v (Bw^ — 1 л Xv^ — 1),
где A?\G(Z ^)) — оператор алгоритмического типа, определяющий пра-
вило получения реализаций случайных величин времени по заданно-
му закону их распределения G{t^ или генератор случайных чисел
Последовательность оценки X и элементов по факторам пред-
ставлена на приведенном ниже фрагменте алгоритма (рис. 6.3).
176
Алгоритмическая модель анализа функций состояний и скачков
состояний элементов работает следующим образом.
Анализ состояния всех элементов по каждому фактору проводит-
ся последовательно от элемента к элементу в порядке их следования
в структурной схеме системы. Положим, например, что проводится
анализ состояния элементов системы при действии факт ора потоков
отказов и восстановлений элементов. В блоке задания начальных ус-
ловий содержатся исходные значения функций состояний и скачков
всех элементов: X = 1 и В = 1. Это означает, что все элементы в
момент Z = О работоспособны (Х^ = 1) и вступают в работу (имеет ме-
сто скачок состояний элементов) (В^ =1).
В блоках 4 и 6 проводится сравнение значений функций состоя-
ний и скачков с помощью условных операторов. Если Х^ = 1 и В^ = 1,
то в блоке б с помощью генератора случайных чисел вырабатывается
реализация времени работы элемента до очередного его отказа t vtj.
В блоке 7рассчитывается перспективная наработка (в экземплярах
продукции или циклах) до очередного отказа. Далее в блоке 8
определяется остаточный ресурс наработки до отказа элемента г . В
блоке сравнения 9 проверяется наличие остаточного ресурса. Если
остаточный ресурс не равен нулю (больше нуля) (^>0), то функции
состояния элемента присваивается значение 1 (Х^ = 1), а функ-
ции скачка В^ — значение 0 (В^к= 0), т. е. элемент продолжает быть
работоспособным, скачок (переход) в новое состояние (состояние
восстановления) отсутствует, наблюдается переход к анализу состоя-
ния следующего элемента с помощью оператора цикла 3 или переход
к анализу элементов другого вида с помощью оператора цикла 2.
При =0 элемент переводится в состояние отказа и восстановления,
функции состояния Х^ элемента присваивается значение 0 (Х^ = 0), а
функции скачка В^ элемента — значение 1 (73^ - 1). После этого управле-
ние процедурой анализа передается блокам сравнения 4vl 5.
Так как имеет место скачок состояния элемента (из состояния ра-
боты в состояние отказа и восстановления) (В^ = I) и элемент не ра-
ботоспособен (Х^ = 0), то после блока сравнения 5в блоке 10с помо-
щью генератора случайных чисел вырабатывается реализация вре-
мени восстановления f . Далее в блоке 11 определяется перспектив-
ное суммарное время восстановления F^ элемента, а в блоке 12 рас-
считывается остаточный ресурс восстановления до конца ремонта и
начала работы. В блоке 13 оператор сравнения проверяет наличие
остаточного ресурса восстановления > 0). Если это так, то эле-
мент остается в состоянии восстановления, а функции скачка В эле-
177
мента присваивается значение 0 в блоке 19(В^ = 0), осуществляется
переход к анализу состояния следующего элемента с блока Зили эле-
ментов другого вида с блока 2.
При исчерпании ресурса восстановления (восстановление элемен-
та закончилось) (f = 0) в блоке 16 элемент переводится в состоя-
ние работы (X^s 1), а функции скачка В^ присваивается значение 1
(В -1), управление процедурой анализа передастся далее блоку 4.
Если в ходе функционирования системы скачка состояния нет
(В^ = 0), а элемент продолжает быть работоспособным (Х^ - 1) или
быть в состоянии восстановления (X = 0), то после блоков сравне-
ний 4 и 14следует расчет остаточного ресурса работы при Хг. = 1
или остаточного ресурса восстановления f при XvA = 0. При смене
фактора анализ продолжается с блока 1
Описанные функции состояний используются для дальнейшей
оценки параметров процесса функционирования ПС.
Параметрами процесса функционирования ПС являются време-
на состояний элементов и системы, текущие производительности
элементов ПС, ее участков и системы в целом, текущие суммарные,
наработки и времена простоев элементов и системы, текущие уров-
ни запасов полуфабрикатов в накопителях, фактический коэффици-
ент использования и производительность системы.
Каждое состояние элемента характеризуется временем состояния
Д^, а если спроецировать все моменты переходов из одних состоя-
ний в другие на одну временную ось, то случайные отрезки времени
между ближайшими моментами будут представлять времена состоя-
ний системы Д^. Время состояния системы характеризуется посто-
янством параметров состояний элементов системы и факторов или
их изменением с постоянной скоростью. За случайный отрезок Д/с
можно подсчитать все интересующие нас характеристики элементов
и системы: наработку, время работы, время эксплуатации, время про-
стоя по г>му фактору и время наложенного простоя. Двигаясь по оси
времени от одного момента к другому и проводя суммирование вре-
менных характеристик и наработок, в Е-е моменты времени можно
подсчитать фактические текущие суммарные временные характери-
стики и наработки, а также комплексные показатели надежности и
производительности элементов и системы.
Анализ схемы процесса функционирования ПС позволяет прий-
ти к выводу, что Е-с время состояния системы отданного (е -1)-го
момента времени определяется как минимальное время из времен со-
стояний элементов, рассчитанных от Е-го момента времени.
178
В общем случае время состояния элемента по v-му фактору опре-
деляем так:
при зависимости параметров его потока от производительности
iQyek / Q,vek ’ С^ЛИ ^i>ek Л ОгеА >
^Ufk
fwk- СС’П| Хигк = 0 Л П Mlm Xshn) = 1;
s,lrm
М, если (Х^ = 1Л 0^ = 0) V (Х^ = 0 Л П (У,Й -* Х>;„,) = 0
s,l,ni
(условие наступления квазистационарного состояния),
при независимости параметров глго потока от производительности
, если Xvek = 1 л П (ГХ -> Хо/,„) = 1;
о,1,т
Jv?k* если Xvek = 0л П Qtfm “> Хл/7П) = 1;
s,l.m
М, если (Х^ = 1л П (Й.	Хо1т)=0)V
С,1,т
v(Xvek = 0 А П (Xtm ~* Xsbn) ~ 0 (условие наступления квази-
дJ т	стационарного состояния),
где Xы , Xslm — функции состояний lm-го элемента по о- и s-факторам;
^crS — коэФФш1иент прерывания работы или эксплуатации, или дей-
ствия потока отказов, или заявок ek-ro элемента по v-му фактору при
вступлении в действие о-фактора/от-го элемента;	— коэффици-
ент прерывания простоя ek-ro элемента при вступлении в действие
5-го фактора; М— временной интервал, значительно больший всех
времен состояний элементов и принимаемый ориентировочно боль-
шим времени моделирования, т. е. М» Т » №wk.
Значение М принимают времена состояний элементов по v-му
фактору, находящихся в наложенном простое из-за о- и 5-факторов,
что устраняет выбор времени наложенного простоя, которое имеет
неопределенный характер для данного элемента, в качестве време-
ни состояния системы. Указанное состояние элемен га можно охарак-
179
теризовать как квазистационарное, являющееся неустойчивым для
данного элемента, вызываемое внешними воздействиями и имеющее
бесконечное время существования до тех пор, пока внешнее воздей-
ствие не приведет его в исходное состояние. В подобном состоянии
может пребывать и уровень запаса полуфабрикатов в накопителях при
их заполнении или опустошении.
Время состояния запасов полуфабрикатов в накопителе Д^ имеет вид
Ehi /Qy hi»	Ehi > Л Д Qyhi <
(^мЛг Ehi)/AQyhi’	Efii < EMht Л ^Qyhi
^3hi = если (Eht = EMhi л bQyht > 0) V (Ehi = 0 A AQyhl < 0) V
vA Qyhi = 0 v Qixht - 0 (условие наступления
квазистационарного состояния),
Е0у hi ~ Qy hi QyAz 4-1»
где Eh~текущий запас полуфабрикатов в Лг-м накопителе; ЕмЛ| — мак
симальпая емкость Лг-го накопителя; Q^, Emhi~ текущие производи-
тельности Лг-го участка и накопителя системы; М — время квазиста-
ционарного состояния.
На основе времен состояний элементов определяется время со-
стояния системы как
Д«с =min(A<w*, Atjfe).
v,e,k
Анализ текущих производительностей машин, участков и накопи-
телей проводим после оценки функций состояний и скачка состоя-
ний элементов.
На первом этапе делается предварительная оценка текущих про-
изводительностей машин Q* и участков Q L в зависимости от их соб-
ственных состояний и факторов по формулам:
(2л.) = 0ял.> П (ПТ4’ ->	),	(6.31)
а = в, оо, хр, н, и, м, ом, то, пр, рп,
где Q(A)y — номинальная производительность i-й машины j-го участка
Л-й ветви; ХпЛп — функция состояния Zw-ro элемента по а-фактору;
~ функция прерывания процесса работы hij-й машины; о —
причина простоя (фактор): в — восстановление; оо — ожидание об-
ISO
служивания; хр — холодное резервирование; н — наладка; и — инфор-
мационный простой; м — материальный простой; ом — обслуживание
рабочего места; то — техническое обслуживание; пр — профилакти-
ческий ремонт; рп — регламентированный перерыв;
QyAi ~
Текущая номинальная производительность участка определяется как
Средняя номинальная производительность участка имеет вид
<2„еуЛ, =%. А % =%, +
На втором этапе проводится анализ влияния на производитель-
ность г-го участка состояний других участков и накопителей, причем
данный анализ проводим сначала по корневым ветвям, двигаясь от
первого участка к последнем}; затем таким же образом по ствольным
участкам, а потом в обратном порядке для учета влияния состояний
последующих участков и накопителей на предыдущие.
Анализ в прямом и обратном порядке проводим по одним и тем
же формулам:
= 0, если ?4j = 1 л Хиш4, = 0;
Qyt i+i = 0, если qu = 1 л Xmhi = 0;
Qy*, =Qv*iti. если(X,m4i = 0лД£>,41 >0)у(£и41 = 0лД(Эу4,. >0)v
Ч£л. =£мл. лДй*, >0);
<2улш =<2у«, если =ОлД«2ул. <0)v(£,m4,. = 0лД£)у4, <0)v
v(£4i =0лД(Эу4, <0).
Затем следует пересчет производительностей машин
Qaij Qjuj QyAi
181
Анализ текущих производительностей накопителей проводим по
формулам:
QhkAi — если Хвнк^г- — 0 v Ам/гг’ — 0 v (Qy^/ — 0 a Qy;n+i — 0) v
viEhi	A ( Qyhi >0 A QyAi+1— v
v(£At =0 л (QyAl =0 л QyAl+1 >0) V
v( qki =0 a Ehi =EMhi л Д QyAl- >0) v
v(^ =0 a Ehi =0 a AQyAl- <0;
QhkAi — QyAi» ^СЛИ (E/n — 0 A Qyhi >0)v
^(4hi—1л E^i ~EMhl a AQy/г/ <0) v
v(Eai>0 A ^hi^^Mhi A AQyfo‘>0,
QhkAi ~ QyAi+1» если ( E^i —0 A Qyhi <0) V
v(^Ai—1 A	A ^QyAi->^) V
v(^’A:^’^mAi л Ehi>0 A AQy/„ <0 ,
где qhi — ключ на вид накопителя,
{1, если накопитель транзитного типа;
0, если накопитель тупикового типа.
Номинальную производительность системы определяем равной
минимальной из номинальных производительностей участков, т. е.
0нс — ГП^(QiiyAi) >	1» ^А»	1’
А, г
После оценки времени состояния системы следует определение
текущих уровней запасов полуфабрикатов в накопителях Е й теку-
щего времени функционирования системы <как
— Е/и- + Д<с • Д(?у/И-;
t = t+дгс.
После этого следует оценка текущих суммарных временных харак-
теристик и наработок элементов и системы по факторам.
Для факторов, параметры которых зависят от производительнос-
ти элементов и системы,
182
^^vek $Ruek + 'Олек*
SE^ = SI„.k + Д/с • П (>S? -> XsZm )(1 - XvA),
s,l,m
а для факторов с параметрами, не зависящими от производительное ги,
= Я^ + Д/с • П *a/J
О,1,т
где Q,fk — текущая производительность элемента при действии v-ro
фактора.
Так, при действии потоков отказов машины и заявок на ее обслужи-
вание = (Д, накопителей — Q* = Q1kAP при действии потока заявок на
наладку	Q, где Q — текущая средняя производительность системы.
Текущая суммарная наработка г-го участка определяется как
SRyhi = Z SRhij-	(6.32)
>1
Коэффициент общего использования системы К’ и текущую сред-
нюю производительность системы Qr рассчитываем по участку I, об-
ладающему минимальной номинальной производительностью или
номинальной производительностью системы, по формулам:
=ж^/(/-й.), /=4(Q4, =йк).	(6.33)
Следует иметь в виду, что коэффициент общего использования и про-
изводительность ПС, рассчитанные по формулам (6.33), не учитывают
освобождение накопителей от запасов изделий, которое производится
после обработки тиража продукции перед наладкой, каждым режимным
перерывом и профилактическими ремонтными работами, а также при
материальных, энергетических и информационных простоях.
Для учета данного процесса следует отметить, что сброс остатков
полуфабрикатов из накопителей осуществляется сразу же после ос-
тановки машин первого участка, поэтому в блоке анализа производи-
тельностей участков необходимо обнулить производительности ма-
шин только первого участка главной корневой ветви при наступле-
нии простоев неуказанным факторам, а при расчете производитель-
ностей машин других участков следует исключить влияние перечис-
ленных факторов на их производительность. Указанное условие обес-
печивается, если в формуле расчета производительностей для машин
183
всех участков, кроме первого участка главной корневой ветви, под
ставить индексы: о = в, оо, хр; г = 2, nh , а в формуле расчета коэффи-
циента готовности ПС — 1= Аг/, т. е. выработка ПС принимается рав-
ной выработке первого участка главной корневой ветви (SR. = SR^).
Отказы машин ПС могут сопровождаться выпуском бракованных по-
луфабрикатов и изделий. Пусть количество бракованных изделий за один
отказ % задано законом распределения G(%). Тогда текущее суммарное ко-
личество бракованных изделий, отсеивающихся после hij-й машины,
S^j =	+ Xhij (1 - XMj) n -> Xslm .
s,l,m
Текущее суммарное количество бракованных изделий, отсеиваю-
щихся после Аг-го участка,
SK&ii = S SRbhiji
J=1
а после ПС по видам полуфабрикатов
«уЛ
^бсА ~ X *^бАг>
где п — количество участков на А-м пути ПС.
По главному пути ПС SR6c = SR^.
Тогда с учетом отсеивания бракованных изделий средняя произ-
водительность ПС будет иметь вид
Ос* =(^-5^) А
а коэффициент общего использования ПС
*oh ~ Ос /ОнС‘
Коэффициент выхода годной продукции (технологической готов-
ности) с ПС можно определить как
^тг = С$Дс — 5Лбс:) / *^с»
причем ^ои ~ ^ои * ^тг •
Наложенные простои, переданные на Аг-й участок другими участ-
ками, рассчитываем по формуле
^налSfyn/ОнАг ~^hi»
184
тогда коэффициент готовности ПС
^тс	*^7гг1 ~ ^нал Лг1)/ О — Тнал Лг1)
ИЛИ
Л'гс = (SRkrl /Он Лг1)/Лг1 /Он Лг1 + ^Лг1)-
Предельную производительность ПС определяем равной произ-
водительности системы при условии £мЬ —> <», т.е.
Qik = Qc I	г — 1» nh> h — Н.
Производительность жесткосблокированной ПС определяем
равной производительности системы, вычисленной при условии
Е L —> сю т. е.
МЛ1
Оже ~ Ос I -^m/zi ~	i — 1, 71ft, h — 1, Н.
Коэффициент насыщения производительности определяем по
формуле
“(Ос “Оже)/(Опс — Оже)-
Алгоритм модели процесса функционирования ПС состоит из сле-
дующих этапов:
1-й этап — выбираются исходные данные и начальные условия;
2-й этап — проводится анализ состояний элементов ПС и скачков
из одного состояния в другое;
3-й этап — определяются текущие производительности машин и
накопителей;
4-й этап — определяются времена состояний элементов и системы;
5-й этап — определяются текущие уровни запасов полуфабрикатов
в накопителях, текущее время моделирования, текущие суммарные
наработки и времена простоев элементов по факторам, коэффици-
енты общего использования и готовности системы, производитель-
ность системы, коэффициент насыщения производительности сис-
темы, коэффициенты использования накопителей, коэффициент
выхода годной продукции (технологической готовности);
6-й этап — проводится сравнение текущего времени t с заданным
временем моделирования 7"м, по истечении которого выводятся ко-
нечные результаты, а также промежуточные результаты через время
АТдля определения достоверности и точности результатов. В случае
К Т имитационное моделирование продолжается с этапа 2.
185
Контрольные вопросы
1.	Методы статистического моделирования.
2.	Моделирование случайных величин.
3.	Исследование параме г ров качества и эффективности производствен-
ных и технологических процессов методом Монте-Карло.
4.	Сущность имитационного моделирования производственных систем.
5.	Параметры имитационной модели производственной системы.
6.5. Исследование операций в проектировании
производственных систем
6.5.1. Основные понятия
Внедрение автоматизации в сферу проектирования объектов и
управления процессами на предприятии усложнило эти задачи. Тра-
диционные методы проектирования и управления, основанные на
искусстве технолога, конструктора, а в управлении — на искусстве руко-
водителя, их интуиции, здравом смысле, опыте, уже нс позволяют эф-
фективно решать сложные задачи, приводят к потерям оперативности
и гибкости в принятии решений. Принятие неоптимальных решений
обусловливает нерациональное использование ресурсов, несогласован-
ность работы отдельных звеньев. Принять оптимальное решение по-
зволяют методы научной дисциплины исследование операций.
Исследование операций — комплексная математическая дисцип-
лина, занимающаяся построением, разработкой и практическим при-
менением математических моделей принятия оптимальных решений
и методов наиболее эффективного управления различными органи-
зационными системами.
Следует усвоить основные понятия и определения теории иссле-
дования операций.
Операция — любое управляемое мероприятие, направленное на
достижение цели. Результат операции зависит от способа ее прове-
дения, организации, иначе — от выбора некоторых параметров.
Всякий определенный выбор параметров называется решением.
Оптимальными считают те решения, которые по тем или иным сооб-
ражениям предпочтительнее других Поэтому основной задачей иссле-
дования операций является предварительное количественное обоснование
оптималън ых решений.
186
Классификация моделей исследования операций. Все модели
исследования операций могут быть классифицированы в зависимос-
ти от природы и свойств операции, характера решаемых задач, осо-
бенностей применяемых математических методов.
Следует отмстить, прежде всего, большой класс оптимизационных
моделей. Такие задачи возникают при попытке оптимизировать пла-
нирование и управление сложными системами, в первую очередь эко-
номическими. Оптимизационную задачу можно сформулировать в
общем виде: найти переменные хр х0, ..., х, удовлетворяющие системе не-
равенств (уравнении)
(р/ХрХ,,...,*,)< b,ti - 1,2.т	(6.34)
и обращающие в максимум (или минимум) целевую функцию, т. с.
Z = /(х,,х2,...,хп,«2,...)-> max(inin).
Условия неотрицательности переменных, если они есть, входят в
ограничения (6.34).
Если критерий эффективности Z=y(x1, х2,.... xn, л.,,...) представ-
ляет линейную функцию, а функции ф.(хр х,...хп) в системе ограни-
чений также линейны, то такая задача является задачей линейного
программирования. Если, исходя из содержательного смысла, ее ре-
шения должны быть целыми числами, то это задача целочисленного
линейного программирования Если критерий эффективности и (или)
система ограничений задаются нелинейными функциями, то имеем
задачу нелинейного программирования. В частности, если указанные фун-
кции обладают свойствами выпуклости, то полученная задача явля-
ется задачей выпуклого программирования.
Если в задаче математического программирования имеется пере-
менная времени и критерий эффективности выражается нс в явном
виде как функция переменных, а косвенно — через уравнения, опи-
сывающие протекание операций во времени, то такая задача являет-
ся задачей динамического программирования.
Если критерии эффективности и система ограничений задаются
функциями вида сх“’ х.“2 ...х“п , то имеем задачу геометрического програм
мирования. Если функцииу(хг х2, ..., хп, а}, аг ...) и (или) ф (х , х2,..., х )
зависят от параметров, то получаем задачу параметрического програм
мирования; если эти функции носят случайный характер — задачу сто-
хастического программирования. Если точный оптимум найти алгорит-
мическим путем невозможно из-за чрезмерно большого числа вари-
антов решения, то прибегают к методам эвристического программиро
187
вания, позволяющим существенно сократить просматриваемое чис-
ло вариантов и найти если не оптимальное, то достаточно хорошее,
удовлетворительное с точки зрения практики, решение.
Из перечисленных методов математического программирования
наиболее распространенным и разработанным является линейное
программирование. В его рамки укладывается широкий круг задач
исследования операций.
Типовые задачи исследования операций. По своей содержатель-
ной постановке множество других, типичных задач исследования
операций может быть разбито на ряд классов.
Задачи сетевого планирования иуправления рассматривают соотноше-
ния между сроками окончания крупного комплекса операций (работ)
и моментами начала всех операций комплекса. Эти задачи состоят в
нахождении минимальных продолжительност ей комплекса операций,
оптимального соотношения стоимости и сроков их выполнения.
Задачи массового обслуживания посвящены изучению и анализу сис-
тем обслуживания с очередями заявок или требований и состоят в
определении показателей эффективности работы систем, их опти-
мальных характеристик, например в определении числа каналов об-
служивания, времени обслуживания и т. п.
Задачи управления запасами состоят в отыскании оптимальных зна-
чений уровня запасов (точки заказа) и размера заказа. Особенность
таких задач заключается в том, что с увеличением уровня запасов, с
одной стороны, увеличиваются затраты на их хранение, но, с другой
стороны, уменьшаются потери вследствие возможного дефицита за-
пасаемого продукта.
Задачи распределения ресурсов возникают при определенном набо-
ре операций (работ), которые необходимо выполнять при ограни-
ченных наличных ресурсах, и требуется найти оптимальные распре-
деления ресурсов между операциями или состав операций.
Задачи ремонта и замены оборудования актуальны в связи с износом
и старением с течением времени. Задачи сводятся к определению
оптимальных сроков, числа профилактических ремонтов и проверок,
а также моментов замены оборудования модернизированным.
Задачи составления расписания (календарного планирования) состо-
ят в определении оптимальной очередности выполнения операций
(например, обработки деталей) на различных видах оборудования.
Задачи планировки и размещения состоят в определении оптималь-
ного числа и места размещения новых объектов с учетом их взаимо-
действия с существующими объектами и между собой.
188
Задачи выбора маршрута, или сетевые задачи, чаще всего встречают-
ся при исследовании разнообразных задач на транспорте и в системе
связи и состоят в определении наиболее экономичных маршрутов.
Среди моделей исследования операций особо выделяются модели
принятия оптимальных решений в конфликтных ситуациях, изучаемые
теорией игр. К конфликтным ситуациям, в которых сталкиваются интере-
сы двух (или более) сторон, преследующих разные цели, можно отнести
ряд ситуаций в области экономики, права, военного дела и т. п. В задачах
теории игр необходимо выработать рекомендации по разумному поведе-
нию участников конфликта, определить их оптимальные стратегии.
На практике в большинстве случаев успех операции оценивается
не по одному, а сразу по нескольким критериям, один из которых сле-
дует максимизировать, другие — минимизировать. Математический
аппарат может принести пользу и в случаях многокритериальных задач
исследования операции, по крайней мере помочь отбросить заведомо
неудачные варианты решений.
Попытка сведения многокритериальной задачи к задаче с одним
критерием эффективности (целевой функцией) в большинстве слу-
чаев нс дает удовлетворительных результатов. Другой подход состо-
ит в отбрасывании («выбраковке») из множества допустимых реше-
ний заведомо неудачных, уступающих другим по всем критериям. В
результате такой процедуры остаются так называемые эффективные
(или «паретовские») решения, множество которых обычно существен-
но меньше исходного. Л окончательный выбор «компромиссного»
решения (не оптимального по всем критериям, которого, как прави-
ло, не существует, а приемлемого по этим критериям) остается за
человеком —лицом, принимающим решение.
В создание современного математического аппарата и развитие
многих направлений исследования операций большой вклад внесли
российские ученые JI.B. Канторович, Н.П. Бусленко, Е.С. Вентцель,
I I.H. Воробьев, Н.Н Моисеев, Д.Б. Юдин и многие другие. Особо
следует отметить роль академика Л.В. Канторовича, который в
1939 г., занявшись планированием работы агрегатов фанерной фаб-
рики, решил несколько задач: о наилучшей загрузке оборудования, о
раскрое материалов с наименьшими потерями, о распределении гру-
зов по нескольким видам транспорта и др. Л.В. Канторович сформу-
лировал новый класс условно-экстремальных задач и предложил уни-
версальный метод их решения, положив начало новому направлению
прикладной математики — линейному программированию.
189
Значительный вклад в формирование и развитие исследования
операций внесли зарубежные ученые Р. Акоф, Р. Беллмап, Г. Данциг,
Г. Кун, Дж. Нейман, Т. Саати, Р. Черчмен, А. Кофман и др.
6.5.2. Примеры задач линейного программирования
Задача об использовании ресурсов (задача планирования про-
изводства). Для изготовления двух видов продукции Р\ и Р использу-
ют четыре вида ресурсов , S2, и S4. Запасы ресурсов, число единиц
ресурсов, затрачиваемых на изготовление единицы прог[укции, при-
ведены в табл. 6.2 (цифры условные).
Таблица 6.2
Исходные данные
Вид ресурса	Запас ресурса	Число единиц ресурсов, затрачиваемых на изготовление единицы продукции	
		Л	
	18	1	3
	16	2	1
	5	—	1
*4	21	3	—
Прибыль, получаемая от единицы продукции Р^ и Р2, — соответ-
ственно 2 и 3 руб.
Необходимо составить такой план производства продукции, при кото-
ром прибыль от ее реализации будет максимальной.
Решение. Составим экономико-математическую модель задачи.
Обозначим Xj, х2 — ч исло единиц продукции соответ с гвепно Р} и / 9,
запланированных к производству. Для их изготовления (см. табл. 6.2)
потребуется (1 • х} + 3 • единиц ресурса (2  Xj + 1 • х2) единиц ресур-
са S2, (1 • х9) единиц ресурса 53, (3 • Xj) единиц ресурса S4. Так как по-
требление ресурсов Sp S2, и 54 не должно превышать их запасы (со-
ответственно 18,16,5 и 21), то связь между потреблением ресурсов и
их запасами выразится системой неравенств:
Xj + Зх2 <18,
2Xj +х» <16,
Х<2<5,	(б.Зэ)
3xj <21.
190
По смыслу задачи
X] > 0, %9 > 0.	(6.36)
Суммарная прибыль Fсоставит 2х1 руб. от реализации продукции
Р и Зхч руб. — от реализации продукции Р2, т.е.
Р=2х, + 3х2.	’	(6.37)
Итак, экопомико-математичес кая модель задачи: найти такой
план выпуска продукции Х= (хр х2), удовлетворяющий системе (6.35)
и условию (6.36), при котором функция (6.37) принимает максималь-
ное значение.
Задач}'легко обобщить на случай выпуска п видов продукции с ис-
пользованием т видов ресурсов.
Обозначим xf (/=1, 2, ..., т) — число единиц продукции Р, заплани-
рованной к производству; b.(i = 1, 2.т) — запас ресурса 5; а —
число единиц ресурса 5, затрачиваемого на единицу продукции Р; с —
прибыль от реализации единицы продукции Р.
Тогда экономико-математическая модель задачи об использо-
вании ресурсов в общей постановке примет вид: найти такой план
Х = (х., х2, ..., хп) выпуска продукции^ удовлетворяющий системе
+ Л12Х2 + - + а1пХп Ь >
a21Xj + «22х2 +... + а2пхп < Ь2,
(6.38)
а ,х, +а . „х, + ... + «mnxn <b
ml 1 znz а	пт и т
и условию
X] > 0, х2 > 0, хп > 0,
(6.39)
при котором функция
F = c}xl + с2х2 + ... + cnxn —? max	(6.40)
принимает максимальное значение.
Задача об использовании мощностей (задача о загрузке обору-
дования). Предприятию задан план производства продукции по вре-
мени и номенклатуре: требуется за время Т выпустить п}, п1у, ..., пк
единиц продукции Рр Р2, ..., Рк. Продукция производится на станках
Sp 52,..., Sr . Для каждого станка известны производительность а.} и зат-
раты 6* на изготовление продукции Р на станке S. в единицу времени.
Необходимо составить такой план работы станков (т. е. так распреде-
лить выпуск продукции между станками), чтобы затраты на производство
всей продукции были минимальными.
191
Составим экономике математическую модель задачи.
Обозначи.м х — время, в течение которого станок 5 будет занят
изготовлением продукции Р (г= 1, 2,..., ^7= 1, 2,..., k).
Так как время работы каждого станка ограничено и нс превышает
Т, то справедливы неравенства
X]] + х12
(6.41)
Xml + Хт2
mA
Для реализации плана выпуска по номенклатуре необходимо, что-
бы выполнялись следующие равенства:
«11ХИ +&21Х21	+	— П]’
«]2х12 + «22X22 +... + ат2хп2 = п2,
'.................................................. (6.42)
P1AX1A +й2ЛХ2* + ',, + ЯтАХтА ~ Пк'
Кроме того, х >0(г= 1,2,...,	1,2,...,/г).	(6.43)
Затраты на производство всей продукции выразятся функцией
Р—+^12Х12 + -”+^mAXmA*	(6.44)
Экономико-математическая модель задачи об использовании мощ-
ностей примет вид: найти такое решение Х= (хн, х12,..., хяА), удовлет-
воряющее системам (6.41) и (6.42) и условию (6.43), при котором фун-
кция (6.44) принимает максимальное значение.
Транспортная задача. Важным частным случаем задачи линейно-
го программирования является так называемая транспортная зада-
ча, которая заключается в следующем.
Имеются три поставщика и четыре потребителя. Мощность по-
ставщиков и спросы потребителей, а также затраты на перевозку еди-
ницы груза для каждой пары «поставщик — потребитель» сведены в
таблицу поставок (табл. 6.3).
В левом верхнем углу произвольной выделенной полужирными
границами (г, Д-клетки (г — номер строки, у — номер столбца) стоит
так называемый коэффициент затрат — затраты на перевозку едини-
цы груза от г-го поставщика к /му потребителю, например, в левом
верхнем углу клетки (1,4) стоит число 3, следовательно, перевозка
единицы груза от 1-го поставщика к 4-му потребителю обойдется в 3
условные денежные единицы и т. д.
192
Таблица 6.3
Исходные данные
Поставщики	Мощность поставщиков	Потребители и их спрос			
		1	2	3	4
		20	ПО	40	ПО
1	60	1	2 Х12	5	3 *14
9	120	1	6	6	2 *24
3	100	6 "S1	3	7 Х<3	4
Задача ставится следующим образом. Найти объемы перевозок для
каждой пары «поставщик - потребитель» так, чтобы:
1)	мощности всех поставщиков были реализованы;
2)	спросы всех потребителей были удовлетворены;
3)	суммарные затраты на перевозку были минимальны.
Решение. Построим экономико-математическую модель данной за-
дачи. Искомый объем перевозки от г-го поставщика к/му потребите-
лю обозначим через х и назовем поставкой клетки Например,
х — искомый объем перевозки от 1-го поставщика ко 2-му потребите-
лю или поставка клетки (1, 2) и т. д. Заданные мощности поставщи-
ков и спросы потребителей накладывают ограничения на значения
неизвестных х. Например, объем груза, забираемого от 1-го постав-
щика, должен быть равен мощное*! и этого поставщика — 60 едини-
цам, т. е. хн + xJ2 + х13+ х)4 = 60 (уравнение баланса по первой строке).
Таким образом, чтобы мощность каждого из поставщиков была реа-
лизована, необходимо составить уравнения баланса для каждой стро-
ки таблицы поставок:
Хц	+ Х12	4 х13	4" *14	= 60,
*21	+ х22	+ Х«ч	4- Х24	= 120,
.*31	+ Хч2	4 • Х33	4- Х34	= 100.
(6.45)
Аналогично, чтобы спрос каждого из потребителей был удовлет-
ворен, подобные уравнения баланса составляем для каждого столбца
таблицы поставок:
193
Х11 + X21 + X3I =20,
X12 + *22 + X32 = 1
xIS 4- x23 4- x33 = 40,
XJ4 4“ X9 । 4" Х^ц 11 0.
(6.46)
Очевидно, что объем перевозимого груза нс может быть отрица-
тельным, поэ тому следует дополнительно предположить, что
х..> 0 (г = 1, 2, 3;;= 1, 2, 3, 4).	(6.47)
Суммарные затраты F на перевозку выражаются через коэффи-
циенты затрат и поставки следующим образом:
F = 1  х, . + 2х12 + 5хи 4- Зх14 4-1 • х21 4- 6х22 + 6х23 + 2х24 4- 6х31 +
4-Зх32 4- 7х33 + 4х34 .	(6.48)
Теперь можно дать математическую формулировку задачи (без
обращения к ее содержательному экономическому смыслу). На мно-
жестве'неотрицательных решений системы ограничений (6.45) и (6.46)
найти такое решение X- (х. г х ..., хчч, х34), при котором линейная функ-
ция (6.48) принимает минимальноезначение.
Особенности экономике математической модели транспорт-
ной задачи:
система ограни чений есть система уравнений (т. е. транспортная за-
дача задана в канонической (форме);
коэффи циенты при переменных системы ограничений равны единице
или нулю;
каждая, переменная входит в систему ограничений два раза: один раз - в
систему (6.45) и один раз - в систему (6.46).
Для математической формулировки транспортной задачи в общей
постановке обозначим через с. коэффициенты затрат, через М —
мощности поставщиков, через Л/— мощности потребителей, где г =
= 1, 2,..., т:j=l, 2,...,м; т — число поставщиков, п — число потребите-
лей. Тогда система ограничении примет вид
£х„=Л1,.. г=1,2 т,	(6.49)
=N ; =1,2,	п.	(6.50)
1=1
| 194
Система (6.49) включает уравнения баланса по строкам, а система
(6.50) — по столбцам таблицы поставок. Линейная функция в данном
случае
п т
(6.51)
>1.=1
Математическая формулировка транспортной задачи в общей
постановке будет следующей: на множестве неотрицательных (допус-
тимых) решений системы ограничений (6.49), (6.50) найти такое реше-
ние X- (хп, х]2, ..., х, ..., х^), при котором значение линейной функции
(6.51) минимально.
Произвольное допустимое решение Х= (х , хр„ ..., х.,..., х п) систе-
мы ограничений (6.49), (6.50) назовем распределением поставок. Такое
решение задает заполнение таблицы поставок, поэтому в дальнейшем
значение произвольной переменной х и содержимое соответствую-
щей клетки таблицы поставок будут отождествлят ься.
Транспортная задача, приведенная в примере, обладает важной
особенностью: суммарная мощность поставщиков равна суммарной
мощности потребителей, т.е.
т	п
,	(6.52)
i=l	;=1
Такие транспортные задачи называются закрытыми (транспортная
задача имеет закрытую модель). В противном случае транспортная за-
дача называется открытой (открытая модель транспортной задачи).
6.5.3. Симплексный метод
Геометрическая интерпретация симплексного метода. В теории
линейного программирования рассмотрены основные теоремы ли-
нейного программирования, из которых следует, что если задача ли-
нейного программирования имеет оптимальное решение, то оно со-
ответствует хотя бы одной угловой точке многогранника решений и
совпадает по крайней мерс с одним из допустимых базисных реше-
ний системы ограничений. Там же указан путь решения любой зада-
чи линейного программирования: перебрать конечное число допус-
тимых базисных решений системы ограничений и выбрать среди них
то, на котором функция цели принимает оптимальное решение. Гео-
метрически это соответствует перебору всех угловых точек много-
гранника решений. Такой перебор приведет к оптимальному реше-
195
нию (если оно существует), однако его практическое осуществление
связано с огромными трудностями, так как для реальных задач число
допустимых базисных решений хотя и конечно, но может быть чрез-
вычайно велико.
Число перебираемых допустимых базисных решений можно сокра-
тить, если производить перебор не беспорядочно, а с учетом измене-
ний линейной функции, т. е. добиваясь того, чтобы каждое следующее
решение было «лучше» (или, по крайней мере, «не хуже»), чем предыду-
щее, по значениям линейной функции (увеличение ее при отыскании
максимума Fmax, уменьшение — при отыскании минимума F ).
Такой перебор позволяет сократить число шагов при отыскании
оптимума. Поясним это на фактическом примере.
Пусть область допустимых решений изображается многоугольником
ABCDEGH(рис. 6.4). Предположим, что его угловая точка А соответст ву-
ет исходному допустихмому базисному решению. При беспорядочном
переборе пришлось бы испытать семь допустимых базисных решений,
соответствующих семи угловым точкам многоугольника. Однако из чер-
тежа видно, что после вершины А выгодно перейти к соседней верши-
не В, а затем — к оптимальной точке С Вместо семи перебрали только
три вершины, последовательно улучшая линейную функцию.
Рис. 6.4. Многоугольник допустимых решений
Идея последовательного улучшения решения легла в основу уни-
версального метода решения задач линейного программирования —
симплексного метода.
Симплекс (лат. simplex — простой) — простейший выпуклый мно-
гогранник в п-мерном пространстве с п+1 вершиной (например, тст-
196
раэдр в трехмерном пространстве); симплексом является также об-
ласть допустимых решений неравенства вида Xх. -1.
1еомет рический смысл симплексного метода состоит в последо-
вательном переходе от одной вершины многогранника ограничений
(называемой первоначальной) к соседней, в которой линейная функ-
ция принимает лучшее (по крайней мере, не худшее) значение (по
отношению к цели задачи) до тех пор, пока не будет найдено опти-
мальное решение — вершина, где достигается оптимальное значение
функции цели (если задача имеет конечный оптимум).
Симплексный метод был предложен американским ученым
Дж. Данцигом в 1949 г., однако еще в 1939 г. идеи метода были разра-
ботаны российским ученым Л.В. Канторовичем.
Симплексный метод, позволяющий решить любую задачу линей-
ного программирования, универсален. В настоящее время он исполь-
зуется для компьютерных расчетов, однако несложные примеры с
применением симплексного метода можно решать и вручную.
Для реализации симплексного метода — последовательного улуч-
шения решения — необходимо освоить три основных элемента:
способ определения какого-либо первоначального допустимого базисного
решения задачи;
правило перехода к лучшему (точнее, не худшему) решению;
критерий проверки оптимальности найденного решения.
Для использования симплексного метода задача линейного про-
граммирования должна быть приведена к каноническому виду, т. е.
система ограничений должна быть представлена в виде уравнений.
Алгоритм конкретной вычислительной реализации этих элементов
рассмотрим на примерах.
Алгоритм аналитического решения задачи линейного програм-
мирования. В качестве примера рассмотрим задачу об использова-
нии ресурсов, сформулированную в разд. 6.5.2. Решить симплексным
методом задачу:
F = 2х] + 3^2 —> тах	(6.53)
при ограничениях:
X] + 3x2 <18,
2xj + х2 < 16,
Х2<5,	(6.54)
3xr.s?21,
xj > О, х2 - 0.
197
Решение. С помощью дополнительных неотрицательных перемен-
ных перейдем к системе уравнений. В данном случае все дополни-
тельные переменные вводятся со знаком плюс, так как все неравен-
ства со знаком «<».
Получим систему ограничений в виде
xj + Зх2 + х3 = 18,
2xj + х2 +х^ =16,
х2 + х5 =
3xj + xq = 21.
(6.55)
Для нахождения первоначального базисного решения разобьем
переменные на две группы — основные и неосновные. Так как опре-
делитель, составленный из коэффициентов при дополнительных пе-
ременных х3, х4, х5, х6, отличен от нуля, то эти переменные можно взять
в качестве основных на первом шаге решения задачи. При выборе
основных переменных на первом шаге не обязательно составлять
определитель из их коэффициентов и проверять, равен ли он нулю.
Достаточно воспользоваться следующим правилом:
в качестве основных переменных на первом шаге следует выбрать (если
возможно) такие т переменных, каждая из которых входит только в одно из
т уравнений системы ограничений, при этом нет таких уравнений систе-
мы, в которые не входит ни одна из этих переменных.
Дополнительные переменные удовлетворяют этому правил)'. Если
выбранные переменные имеют те же знаки, что и соответствующие
им свободные члены в правых частях уравнений, то полученное та-
ким образом базисное решение будет допустимым. В данном случае
это условие выполнено.
Шаг1. Основные переменные: х3, х4, х , х(.. Неосновные перемен-
ные: х, х?.
Выразим основные переменные через неосновные:
хз = 18-X) ~ 3xq,
х4 = 16 -2х] -х2,
[х5=б-х2],
х6 =21-Зхр
(6.56)
Положив неосновные переменные равными нулю, т.е. = 0, х, = О,
получим базисное решение X, = (0; 0; 18; 16; 5; 21), которое является
198
допустимым и соответствует вершине 0(0;0) многогранника OABCDE
на рис. 6.5. Поскольку эго решение допустимое, нельзя отбросить
возможность того, что оно оптимально. Выразим линейную функцию
через неосновные переменные: F= 2х} + Зх2. При решении значе-
ние функции равно F(X}) - 0. Легко понять, что функцию F можно
увеличить за счет увеличения любой из неосновных переменных,
входящих в выражение для Fc положительным коэффициентом.
Рис. 6.5. Область допустимых решений задачи линейного программирования
Это можно осуществить, перейдя к такому новом)' допустимому
базисному' решению, в котором эта переменная будет неосновной, т. е.
принимать не нулевое, а положительное значение (если новое решение
будет вырождено, то функция цели сохранит свое значение). При таком
переходе одна из основных переменных перейдет в неосновные, а гео-
мегрически произойдет переход к соседней вершине многоугольника, где
значение линейной функции «лучше» (по крайней мере «нс хуже»).
В данном примере для увеличения F можно переводить в основ-
ные либо хр либо х2, так как обе эти переменные входят в выражение
для F со знаком плюс. Для определенности в такой ситуации будем
выбирать переменную, имеющую больший коэффициент, т. е. в дан-
ном случае х2 (такое правило выбора не всегда дает наименее трудо-
емкое решение, иногда имеет смысл провести предварительные спе-
циальные оценки).
Система (6.56) накладывает ограничения на рост переменной
х2. Поскольку необходимо сохранять допустимость решений, т. с.
все переменные должны оставаться неотрицательными, должны
выполняться следующие неравенства (при этом х = 0 как неоснов-
ная переменная):
199
х$ =18-3x2 >0,
х4 = 16 —х2 >0,
х$ = 5 - х£ > 0,
>6=21,
(6.57)
откуда х2< 18/3; х2< 16/1; х2< 5/1.
Каждое уравнение системы (6.57), кроме последнего, определяет
оценочное отношение — границу роста переменной х2, сохраняю-
щую неотрицательность соответствующей переменной. Эта граница
определяется абсолютной величиной отношения свободного члена к
коэффициенту при х2 при условии, что эти числа имеют разные знаки.
Последнее уравнение системы не ограничивает рост переменной х2,
так как данная переменная в него не входит (или формально входит с
нулевым коэффициентом). В этом случае условимся обозначать грани-
цу символом ©о. Такой же символ будем использовать, когда свободный
член и коэффициент при переменной в уравнении имеют одинаковые
знаки, так как и в этом случае нет ограничений на рост переменной
Не накладывает ограничений на рост переменной, переводимой
в основные, и такое уравнение, где свободный член отсутствует (ра-
вен 0), а переводимая переменная имеет положительный коэффици-
ент. И в этом случае граница обозначается символом сю. При нулевом
свободном члене и отрицательном коэффициенте при переводимой
переменной уравнение ограничивает рост этой переменной нулем
(любое положительное ее значение вносит отрицательную компонен-
ту в следующее базисное решение).
Очевидно, что сохранение неотрицательности всех переменных
(допустимость решения) возможно, если не нарушается ни одна
из полученных во всех уравнениях границ. В данном примере наи-
большее возможное значение для переменной х2 определяется как
х2 = min {18/3; 16/1; 5/1; сю] = 5. При х2= 5 переменная х5 обращается
в нуль и переходит в неосновные.
Уравнение, где достигается наибольшее возможное значение пере-
менной, переводимой в основные (т. е. где оценка минимальна), назы-
вается разрешающим. В данном случае—это третье уравнение. Разреша-
ющее уравнение будем выделять рамкой в системе ограничении.
Шаг II. Основные переменные: х2, ху х4, х6.11еосновные перемен-
ные: X. , х£.
1	9
200
Выразим новые основные переменные через новые неосновные,
начиная с разрешающего уравнения (его используем при записи вы-
ражения для х2):
х2 = 5 - х$,
х3 =18-xj -3(5-Х5),
х4 = 16-2x1 -(5-х5),
хб = 21- 3xj
или
х2 = 5 - Х5,
[х3 =3-Х! +3х5],
х4 = 11 - 2х] + х5,
х6 =21-Зхр
(6.58)
(6.59)
Второе базисное решение Х2 = (0; 5; 3; 11; 0; 21) является допусти-
мым и соответствует вершине Л (0; 5) на рис. 6.5. Геометрическая
интерпретация перехода от X't к X, — переход от вершины Ок сосед-
ней вершине А на многоугольнике решений OABCDE
Выразив линейную функцию через неосновные переменные на
этом шаге, получаем
F = 2xj + Зх2 = 2х, + 3(5-х5) = 15 +	-Зх5.
Значение линейной функции F2 = F(X?) = 15. Изменение значения
линейной функции легко определить заранее как произведение наи-
большего возможного значения переменной, переводимой в основ-
ные, на ее коэффициент в выражении для линейной функции; в дан-
ном случае AF, = 5 • 3 = 15, F e F, + AF} = 0+15 = 15. Однако значение
F2 не является максимальным, так как, повторяя рассуждения шага I,
обнаруживаем возможность дальнейшего увеличения линейной фун-
кции за счет переменной хр входящей в выражение для Fc положи-
тельным коэффициентом. Система уравнений (6.59) определяет наи-
большее возможное значение для хр х, - min 3/1; 11 /2; 21/3) - 3.
Второе уравнение является разрешающим, переменная х3 переходит
в неосновные, при этом &F2 = 3-2 = 6.
Шаг III. Основные переменные: хр х , х4, х(_. Неосновные пере-
менные: Хч, х,.
Как и на шаге II, выражаем новые основные переменные че-
рез новые неосновные, начиная с разрешающего уравнения (его ис-
201
пользуем при записи выражения для xj. После преобразований по-
лучаем
xj = 3 - х3 + Зх5,
х2 = 5 - х5,
[х4 = 5 + 2х3 - 5х5 ],
хг = 12 + Зх3 - 9хх.
(6.60)
Базисное решение Х5 = (3; 5; 0; 5; 0; 12) соответствует вершине
В (3; 5). Выражаем линейную функцию через неосновные перемен-
ные: 2х, + Зх? = 2(3 - х3 + Зх.) + 3(5 - х,) = 21 - 2х. + Зх5, ?; = Г(ХЛ) = 21.
Проверяем: - F„ = 21 - 15 = 6 = Д7\,- Третье допустимое базисное
решение тоже не является оптимальным, поскольку при неосновной
переменной х5 в выражении линейной функции через неосновные
переменные содержится положительный коэффициент. Переводим
х. в основную переменную. При определении наибольшего возмож-
ного значения для х5 следует обратить внимание на первое уравне-
ние в системе (6.60), которое не дает ограничений на рост х_, так как
свободный член и коэффициент при х5 имеют одинаковые знаки.
Поэтому xr= rmri{oo; 5; 1; 12/9) = 1. Третье уравнение является разре-
шающим, и переменная х4 переходит в неосновные; ДТ3 = 1-3 = 3.
Шаг IV. Основные переменные: хр х2, х$, х6. Неосновные перемен-
ные: X.., X'
 насле преобразований! получим
(6.61)
Базисное решение Х} = (6; 4; 0; 0; 1; 3) соответствует вершине С
(6; 4) на рис. 6.5
Линейная функция, выраженная через неосновные переменные,
4	3
и мест вид F = 24 —х% ~-^х4. Это выражение не содержит положитель-
202
ных коэффициентов при неосновных переменных, поэтому значе-
ние	= 24 максимальное. Функцию Fневозможно еще увели-
чить, переходя к другому допустимому базисному решению, т. е. ре-
шение Х4 оптимальное. Вспоминая экономический смысл всех пере-
менных, можно сделать следующие выводы
Прибыль предприятия принимает максимальное значение 24 руб.
при реализации 6 единиц продукции - 6) и 4 единиц продукции
Р (х2 = 4). Дополнительные переменные х.р х4, х, х( показывают раз-
ницу между запасами ресурсов каждого вида и их потреблением, т.е.
остатки ресурсов При оптимальном плане производства х.$ = х4 = О,
т. е. остатки ресурсов Sj и S2 равны нулю, а остатки ресурсов 5 и 54
равны соответственно 1 и 3 единицам.
Теперь можно в общем виде сформулировать критерий оптимально-
сти решения при отыскании максимума линейной функции: если в выраже-
нии линейной функции через неосновные переменные отсутствуют положитель-
ные коэффициенты при неосновных переменных, то решение оптимально.
6.5.4. Решение задачи линейного программирования
с использованием MathCAD
Введем в рабочий лист поясняющий текст. Для этого поместим
курсор в позицию ввода текста. Затем выберем (щелчком мыши или
с помощью клавиш) пункт Inset (Вставка) главного меню MathCAD.
В появившемся падающем меню щелкнем по пункту Text Region (Тек-
стовая область) или в месте расположения курсора нажмем комбина-
цию клавиш Shift +» (двойная кавычка). В обоих случаях появится
шаблон, указывающий место и начало ввода. По мерс заполнения
текстовая область будет автоматически увеличиваться. По заверше-
нии ввода нужной информации выведем курсор за рамки области.
Далее зададим критерий оптимизации — целевую функцию. Для это-
го поместим курсор в позицию ввода математического выражения и
начнем вводить имя критерия оптимизации с аргументами в скобках
через запятые. Затем нажмем комбинацию клавиш Shift +: (двоеточие)
или с панели Calculator (Калькулятор) для ввода знака присваивания :=
(двоеточие и равно). На месте правой метки расположим выражение
критерия оптимизации. Аналогично вводятся начальные приближения.
Для решения задачи используем блок функций Given... Maximize.
С этой целью необходимо:
ввести, если нужно, комментарии, нажав комбинацию клавиш
Shift +» (двойная кавычка);
ввести ключевое слово Given;
203
ввести систему ограничений, используя при этом знак < с пане-
ли Boolean;
ввести граничные значения;
ввести имя функции Maximize с искомыми параметрами, напри-
мер Maximize (F,x), и нежирный знак равенства [=] , при этом
будут выведены значения искомых переменных;
вывести вектор х значений полученных переменных через знак
присвоения [:=];
вывести значение целевой функции, для чего ввести имя целе-
вой функции с параметром и знак нежирного равенства [=].
Ниже показан процесс оптимизации с помощью MathCAD (рис. 6.6).
Программа решения задачи линейного программирования
Критерий оптимизации — целевая функция
F(x): = 2-X] + 3-Х2
Начальные приближения х, :=] хг := 1
Given
X] + 3 х2 < 18
2 • Xj + х2 < 16
х2 ^5
3 •х1<21
xj > 0 х2 > О
Решение
Maximize(F,x)=:
6
6
F(x) = 24
Рис. 6.6. Программа решения задачи линейного программирования
204
6.5.5. Решение задачи линейного программирования
с использованием Excel
Решение задач линейного программирования в Excel производит*
ся с помощью блока Solver, вызываемого командой меню Сервис —>
Поиск решения.
Последовательность действий такова. Вводятся исходные данные
в созданную для этого форму и зависимости из математической мо-
дели. Из меню Сервис открывается диалоговое окно Поиск решения,
в котором вводятся ячейка целевой функции, ее назначение (макси-
мум или минимум), изменяемые ячейки и добавляются ограничения.
В опции Параметры должен стоять флажок у линейной модели.
Рассмотрим задачу, которую мы решали в системе MathCXD Ввод ис-
ходных данных показан на рис. 6.7, зависимостей из математической мо-
дели — на рис. 6.8. Эти зависимости представляют собой левые части ог-
раничений и целевую функцию. Данную операцию можно выполнить с
помощью функции СУММПРОИЗВ, где в первый массив вводят коэффи-
циенты соответст вующего ограничения, а во второй массив — перемен-
ные xl, х2, точнее ячейки, где мы им присвоили инициирующие значе-
ния-ячейки В10:С10. На рис. 6.9 представлены введенные функции.
	А	В	С	D	Е	F
1		переменные		левая часть	знак	правая часть
2	наименование	xl	х2			
3	коэф, в целевой функции	2	3			
4						
5	коэф, в 1 ограничении	1	3		<=	18
6	коэф во 2 охран имени и	9	1		<=	16
7	коэф в 3 ограничении	0	1		<=	5
8	коэф, в 4 ограничении	3	0		<=	21
9						
10		xl*	х2*	Целевая функция		
11	оптим значения					max
Лист 1						
Рис. 6.7. Ввод исходных данных
205
	А	В	С	D	Е	F
1		переменные		левая часть	знак	правая часть
2	наименование	х1	х2			
3	коэф, в целевой функции	2	3			
4						
5	коэф в 1 ограничении	1	3	-СУММПРОИЗВ (В5:С5;ВП:С11)	<=	18
6	коэф во 2 ограничении	2	1	=СУММПРОИЗВ (В6:С6;В11 :С11)	<=	16
7	коэф. вЗ ограничении	0	1	-СУММПРОИЗВ (B7:C7JB11:C11)	<=	5
8	коэф, в 4 ограничении	3	0	=СУММПРОИЗВ (В8:С8;В11:С11)	<=	21
9						
10		xl*	х2*	Целевая функция		
11	оптим. значения			-СУММПРОИЗВ (ВЗ:СЗ;В11:С11)		тпах
Чист 1						
Рис. 6.8. Ввод зависимостей
1.	Из меню Сервис откроем окно Поиск решения (рис. 6.9).
Поиск решения			
Установить целевую ячейку: $D$11 Равной • максимальному значению	Выполнить		
	Закрыть		
минимальному значению Изменяя ячейки: 11 :$С$ 11	Предположить			
Ограничения:	I Тараметры		
$В$11>=0	Добавить $С$11>=0 $D$5<=$FS5	Изменить $D$6<=$F$6 $D$7<-$t$7	Удалить $D$8<=$F$8			
	Восстановить		
	С правка		
			
Рис. 6.9. Диалоговое окно Поиск решения
206
2.	В поле Установить целевую ячейку введем $D$11.
3.	Из группы Равной выберем переключатель • максимальному
значению.
4.	В поле области Изменяя ячейки введем ячейки с первоначаль-
ными значениями переменных — $BS11:$Е$11.
5.	Нажав кнопку'Добавить, откроем диалоговое окно Добавление
ограничения (рис. 6.10).
Добавление ограничения
Ссылка на ячейку:
$В$11
$С$11
$D$5
SDS6
$D$7
SDS8
OK
Ограничения:
-О
=0
=$F$5
-$F$6
-$F$7
=$F$8
Отмена
Добавить
Справка
Рис. 6.10. Диалоговое окно Добавление ограничения
6.	Через данное окно введем ограничения в соответствии со зна-
ком, который принят в модели. В нашей задаче левые части ограни-
чений должны быть меньше или равны правым частям ограничений
и переменные должны быть положительными.
Открыв диалоговое окно Параметры поиска решения, можно из-
менить параметры Максимальное время или Предельное число ите-
раций в том случае, если за заданное количество итераций задача нс
решена. Если нс устраивает погрешность, введенная по умолчанию,
ее также можно изменить. Для решения задачи линейного програм-
мирования должен быть установлен флажок Линейная модель.
После нажатия кнопки ОК вновь появится диалоговое окно По-
иск решения. По нажатии кнопки Выполнить на экран выводится
окно Результаты поиска решения. Если решение не найдено, окно
выведет соответствующее сообщение. Если решение найдено, выде-
лим отчет по результатам, нажмем ОК, и результат решения задачи —
на экране (рис. 6.11).
207
	А	В	С	D	Е	F
1		переме иные		левая часть	знак	правая часть
2	наименование	xl	х2			
3	коэф, в целевой функции	2	3			
4						
5	коэф в 1 ограничении	1	3	18	<=	18
6	коэф, во 2 ограничении	2	1	16	<=	16
7	коэф, в 3 ограничении	0	1	4	<=	5
8	коэф, в 4 ограничении	3	0	16	<=	21
9						
10		xl*	х2*	Целевая функция		
11	оптим. значения			24		шах
Лист 1						
Рис. Ь.11. Результаты решения задачи
Контрольные вопросы
1.	Сущность научной дисциплины исследование операций.
2.	Классификация моделей исследования операций.
3.	Типовые задачи исследования операций.
4.	Задача об использовании ресурсов (задача планирования производства).
5.	Задача об использовании мощностей (задача о загрузке оборудования).
6.	Транспортная задача.
7.	Геометрическая интерпретация симплексного метода.
8.	Алгоритм аналитического решения задачи линейного программирования.
9.	Решение задачи линейного программирования с использованием
MathCAD.
10.	Решение задачи линейного программирования с использованием Excel.
6.6. Элементы теории массового обслуживания
для проектирования упаковочного производства
6.6.1. Основные понятия. Классификация
систем массового обслуживания
Производственные системы предназначены для многоразового
использования- Возникающие при этом процессы функционирования
производственных систем получили название процессов обслуживания.,
208
а системы — систем массового обслуживания (СМО). Примерами таких
систем являются парк технологических машин и транспортное сред-
ство, обслуживающее этот парк, или комплект (комплекс) оборудо-
вания и ремонтные бригады, занимающиеся восстановлением обо-
рудования при его отказе, заказчики упаковочной продукции и
предприятия, ее выпускающие, и т. п. При проектировании произ-
водственных систем могут быть поставлены задачи: определить коли-
чество машин, которое может обслужить транспортное средство, что-
бы простои по причине несвоевременной доставки полуфабрикатов
были минимальны; определить число ремонтных бригад, которое по-
зволило бы минимизировать время простоя оборудования, и т. д.
Каждая СМО состоит из определенного числа обслуживающих
единиц (приборов, устройств, модулей, машин, компьютеров, авто-
матизированных рабочих мест проектировщиков, подразделений
предприятий и самих предприятий и т. н.), которые называются ка-
налами обслуживания. По числу каналов СМО подразделяют на одно-
каналъныеи многоканальные.
Заявки пос тупают в СМО обычно не регулярно, а случайно, обра-
зуя так называемый случайный поток заявок (требований). Обслужива-
ние заявок также продолжается какое-то случайное время. Случайный
характер потока заявок и времени обслуживания приводит к тому,
что СМО оказывается загруженной неравномерно: в какие-то перио-
ды времени скапливается очень большое количество заявок (они либо
становятся в очередь, либо покидают СМО необслужснными), в дру-
гие же периоды СМО работает с недогрузкой или простаивает.
Предметом теории массового обслуживания является построение ма-
тематических моделей, связывающих заданные условия работы СМО
(число каналов, их производительность, характер потока заявок и
т. п.) с показателями эффективности СМО, описывающими ее спо-
собность справляться с потоком заявок.
В качестве показателей эффективности СМО используются: сред-
нее число заявок, обслуживаемых в единицу времени; среднее число
заявок в очереди; среднее время ожидания обслуживания; вероят-
ность отказа в обслуживании без ожидания; вероятность того, что
число заявок в очереди превысит определенное значение и т. п.
СМО делят на два основных типа (класса): СМО с отказами и СМО
с ожиданием (очередью). В СМО с отказами заявка, поступившая в
момент, когда все каналы заняты, получает отказ, покидает СМО и в
дальнейшем процессе обслуживания поучаствует (например, заявка
на проектирование упаковки, когда все АРМ проектировщиков упа-
209
конки заняты, получает отказ и покидает СМО—дизайн-бюро по про-
ектированию упаковки необслуженной). В СМО с ожиданием заявка,
пришедшая в момент, когда все каналы заняты, не уходит, а становит-
ся в очередь на обслуживание.
СМО с ожиданием подразделяются на виды в зависимости от тог о,
как организована очередь: с ограниченной или неограниченной дли-
ной, с ограниченным временем ожидания и т. и.
Для классификации СМО важное значение имеет дисциплина об-
служивания, определяющая порядок выбора заявок из числа посту-
пивших и порядок распределения их между свободными каналами.
По этому признаку обслуживание заявки может быть организовано
по принципу «первая пришла - первая обслужена», «последняя пришла -
первая обслужена» (такой порядок может применяться, например, при
извлечении для обслуживания изделий со склада, ибо последние из
них оказываются часто более доступными) или обслуживание с приори-
тетом (когда в первую очередь обслуживаются наиболее важные за-
явки). Приоритет может быть как абсолютным, когда более важная
заявка «вытесняет» из-под обслуживания обычную заявку (например,
в случае аварийной ситуации плановые работы ремонтных бригад
прерываются до ликвидации аварии), так и относительным, когда бо-
лее важная заявка получает лишь «лучшее» место в очереди.
6.6.2.	Понятие марковского случайного процесса
Процесс работы СМО представляет собой случайный процесс. Под
случайным {вероятностным или стохастическим) процессом понимается
процесс изменения во времени состояния какой-либо системы в со-
ответствии с вероятностными закономерностями.
Процесс называется процессом с дискретными состояниями, если его
возможные состояния 52,... можно заранее перечислить, а пере-
ход системы из состояния в состояние происходит мгновенно (скач-
ком). Процесс называется процессом с непрерывным временем, если мо-
менты возможных переходов системы из состояния в состояние нс
фиксированы заранее, а случайны.
Процесс работы СМО представляет собой случайный процесс с
дискретными состояниями и непрерывным временем. Это означает,
что состояние СМО меняется скачком в случайные моменты появле-
ния каких-то событий (например, приход новой заявки, окончание
обслуживания ит. и.).
Математический анализ работы СМО существенно упрощается,
если процесс этой работы — марковский. Случайный процесс назы-
210
вается марковским или агу чайным процессом без последствия, если для
любого момента времени /вероятностные характеристики процесса
в будущем зависят только от его состояния в данный момент t и не
зависят от того, когда и как система пришла в это состояние.
В ряде случаев предысторией рассматриваемых процессов можно
просто пренебречь и применять для их изучения марковские модели.
При анализе случайных процессов с дискретными состояниями
удобно пользоваться геометрической схемой — так называемым графом
состояний. Обычно состояния системы изображаются прямоугольни-
ками (кружками), а возможные переходы из состояния в состояние —
стрелками (ориентированными дугами), соединяющими состояния.
Пример 1. Построить граф состояний следующего случайного процес-
са: устройство 5 состоит из двух узлов, каждый из которых в случайный мо-
мент времени может выйти из строя, после чего мгновенно начинается ре-
монт узла, продолжающийся заранее неизвестное случайное время.
Решены?. Возможные состояния системы: — оба узла исправны; — первый
узел ремонтируется, второй исправен; S — второй узел ремонтируется, первый
исправен, 5^ —оба узла ремонтируются. Граф системы приведен на рис. 6.12.
Рис 6.12. Граф состояний устройства .S
Стрелка, направленная, например, из \ в означает переход системы в
момент отказа первого узла, из в — переход в момент окончания ремон-
та этого узла.
На графе отсутствуют стрелки из So в S3 и из S3 в Sf). Это объясняется тем,
что выходы ухчов из строя предполагаются независимыми друг от друга и
вероятностью одновременного выхода из строя двух узлов (переход из 50 в
53) или одновременного окончания ремонтов двух узлов (переход из 53 в 50)
можно пренебречь.
Для математического описания марковского случайного процес-
са с дискретными состояниями и непрерывным временем, протека-
211
ющего в СМО, познакомимся с одним из важных понятий теории
вероятностей — понятием потока событий.
6.6.3.	Потоки событий
Под потоком событий понимается последовательность однородных
событий, следующих одно за другим в какие-то случайные моменты
времени (например, поток вызовов на телефонной станции, поток
отказов ЭВМ, поток покупателей и т. п.).
Поток характеризуется интенсивностью Л, — частотой появления
событий или средним числом событий, поступающих в СМО в еди-
ницу времени.
Поток событий называется регулярным, если события следуют одно
за другим через определенные равные промежутки времени. Напри-
мер, поток изделий на конвейере сборочного цеха (с постоянной ско-
ростью движения) является регулярным.
Поток событий называется стационарным, если его вероятност-
ные характеристики не зависят от времени. В частности, интенсив-
ность стационарного потока есть величина постоянная: Х(/) = Л. На-
пример, поток автомобилей на городском проспекте пе является ста-
ционарным в течение суток, но этот поток можно считать стацио-
нарным, скажем, в часы пик. Обращаем внимание на то, что в после-
днем случае фактическое число проходящих автомобилей в единицу
времени может заметно отличаться друг от друга, но среднее их чис-
ло будет постоянно и не зависит от времени.
Поток событий называется потоком без последействия, если для лю-
бых двух непересекающихся участков времени т, и т2 число собы-
тий, попадающих на один из них, не зависит от числа событий, попада-
ющих на другие. Например, поток пассажиров, входящих в метро, прак-
тически не имеет последействия. А, скажем, поток покупателей, отхо-
дящих с покупками от прилавка, уже имеет последействие (хотя бы по-
тому, 41 о интервал времени между отдельными покупателями не может
быть меньше, чем минимальное время обслуживания каждого из них).
Поток событий называется ординарным, если вероятность попа-
дания на малый (элементарный) участок времени Д/двух и более
событий пренебрежимо мала по сравнению с вероятностью попа-
дания одного события. Другими словами, поток событий ордина-
рен, если события появляются в нем поодиночке, а не группами.
Например, поток поездов, подходящих к станции, ординарен, а по-
ток вагонов не ординарен.
212
Поток событии называется простейшим (или стационарным пуассо-
новским), если он одновременно стационарен, ординарен и не имеет
последействия. Название «простейший» объясняется тем, что СМО
с простейшими потоками имеет наиболее простое математическое
описание. Заметим, что регулярный поток не является «простей-
шим», так как он обладает последействием: моменты появления со-
бытий в таком потоке жестко зафиксированы.
Простейший поток в качестве предельного возникает в теории слу-
чайных процессов столь же естественно, как в теории вероятностей нор-
мальное распределение получается в качестве предельного для суммы
случайных величин: при наложении (суперпозиции) достаточно большого чис-
ла п независимых, стационарных и ординарных потоков (сравнимых между собой
по интенсивностям X. (г= 1,2,..., п) получается поток, близкий к простейшему с
интенсивностью X, равной сумме, интенсивностей входящих потоков, т. е.
к
л=х\-.
:=1
Рассмотрим на оси времени Ot простейший поток событий как
неограниченную последовательность случайных точек.
Можно показать, что для простейшего потока число т событий
(точек), попадающих на произвольный участок времени т, распреде-
лено по закону Пуассона’.
PM_(W‘-Xz
ртт------—е ,	(6.62)
ml
для которого математическое ожидание случайной величины равно
се дисперсии:
а = о2 = Хт.
В частности, вероятность того, что за время т не произойдет ни
одного события (т = 0), равна
P0W = e“1T-	<6-63)
Найдем распределение интервала времени Т между двумя произ-
вольными соседними событиями простейшего потока.
В соответствии с (6.63) вероятность того, что в интервале време-
ни /не появится ни одного из последующих событий, равна
P(T>t)=e~Kl,	(6.64)
а вероятность противоположного события, т. е. функция распреде-
ления случайной величины Т,
213
F(t)=P(T<t) = l-e~U.	(6.65)
Плотность вероятности случайной величины есть производная ее
функции распределения:
f(t) = F'(t) = Xe~kt.	(6.66)
Распределение, задаваемое плотностью вероятности (6.66) или
функцией распределения (6.65), называется показательным (или экс-
поненциальным,) . Таким образом, интервал времени между’двумя со-
седними произвольными событиями имеет показательное распре-
деление, для которого математическое ожидание равно среднему
квадратическому отклонению случайной величины и обратно по ве-
личине интенсивности потока Л:
Т = о, =1/Л.	(6.67)
Важнейшее свойство показательного распределения (присущее
только показательному распределению) состоит в следующем: если
промежуток времени, распределенный по показательному закону, уже
длился некоторое время т, то это никак нс влияет на закон распреде-
ления оставшейся части промежутка (Т- т); он будет таким же, как и
закон распределения всего промежутка Т.
Другими словами, для интервала времени 7'между двумя последо-
вательными соседними событиями потока, имеющего показательное
распределение, любые сведения о том, сколько времени протекал
этот интервал, не влияют на закон распределения оставшейся части.
Это свойство показательного закона представляет собой, в сущнос-
ти, другую формулировку для «отсутствия последействия» — основ-
ного свойства простейшего потока.
Для простейшего потока с интенсивностью X вероятность попа-
дания на элементарный (малый) отрезок времени Д/ хотя бы одного
события потока равна согласно (6.65)
F(M)=P(T<M)=\-e	(6.68)
Заметим, что эта приближенная формула, получаемая заменой
функции лишь двумя первыми членами се разложения в ряд по
степеням Д/, тем точнее, чем меньше Д/.
6.6.4.	Уравнения Колмогорова.
Предельные вероятности состояний
Рассмотрим математическое описание марковского процесса с
дискретными состояниями и непрерывным временем на примере
случайного процесса, граф которого изображен на рис. 6.12. Будем
214
полагать, что все переходы системы из состояния 5 в 5. осуществля-
ются под воздействием простейших потоков событий с интенсивно-
стями Л (г,7 = 1,2, 3); так, переход системы из состояния в про-
изойдет под воздействием потока отказов первого узла, а обратный
переход из состояния 5 в — под воздействием потока «окончаний
ремонтов» первого узла и т. п.
Граф состояний системы с проставленными у стрелок интенсив-
ностями будем называть размеченным,(см. рис. 6.12). Рассматриваемая
система $ имеет четыре возможных состояния:	5.„ S.
Вероятностью i so состояния называется вероятность P.(t) того, что в
момент t система будет находиться в состоянии S. Очевидно, что для
любо1 о момента / сумма вероятностей всех состояний равна единице:
XW	(6.69)
Рассмотрим систему в момент / и, задав малый промежуток Д/, пай
дем вероятность Р,(/ + А/) того, что система в момент I + Д/ будет на-
ходиться в состоянии 50. Это достигается разными способами.
1	. Система в момент I с вероятностью Pa(t) находилась в состоя-
нии S и за время Д/ не вышла из него.
Вероятность того, что система будет находиться в состоянии 5() в
момент t и нс выйдет из пего за время Д/, равна по теореме умноже-
ния вероятностей
+ХЩ)ДО-
2	Система в момент / с вероя гностями Р (t) или Р<}( I) находилась в
состоянии S или S. и за время Д/ перешла в состояние
Система перейдет в состояние с вероятностью, приближенно
равной Х10Д/ или \0Д/. Вероятность того, что система перейдет в со-
стоянии 5() по этому способу, равна P^tpk^At или P}(t) 1.Ч)Д /.
Применяя теорему сложения вероятностей, получим
/;,(<+до=о,(О(1-(\„ +Ч)Д0++Л(')ЧДг,
откуда
^ + А0-Л(0 = _Ро(0(Лв1 +ХК!)+Р1(£)ЛГО + /](0Хг„.
Д/
Переходя к пределу при Д/—> 0, получим в левой части уравнения
производную /у0(/):
%(i) = -Р™ +хО2)Р„(0+х1Ор1(0+Ч^(0-
215
Получили дифференциальное уравнение первого порядка, т. е.
уравнение, содержащее как саму неизвестную функцию, так и ее про-
изводную первого порядка.
Рассуждая аналогично для других состояний системы S, можно
получить систему дифференциальных уравнений Колмогорова для
вероятностей состояний:
^(0 = -(*<,. +X02)P0(z)+Xl07’(t)+l2l^(t),
W) = -<\о + л,, )Р, (Z)+Х01Р0 (<)+Л3, Р3 (г),
^(0 = -<Л2О +X23)P2(t)+ ЛС2Ро(«)+Х32Р3(0,
/?(0 = -(Х31 +Л52)Р3(/)+Л13Р|(0+Л23Р2(О.	(6.70)
Р„(0 + ^(г) + Р2(0 + />(0 = 1.
Сформулируем правило составления уравнений Колмогорова. В
левой части каждого из них стоит производная вероятности i-го состояния. В
правой части - сумма произведений вероятностей всех состояний (из которых
идут стрелки в данное состояние) на интенсивности соответствующих пото-
ков событии минус суммарная интенсивность всех потоков, выводящих систему
из данного состояния, умноженная на вероятность данного (i-го состояния).
Особенность решения дифференциальных уравнений вообще со-
стоит в том, что требуется задать так называемые начальные усло-
вия, т. е. в данном случае вероятности состояний системы в на-
чальный момент I- 0. Так, например, систему уравнении (6.70) ес-
тественно решать при условии, что в начальный момент оба узла ис-
правны и система находилась в состоянии So, т.е. при начальных ус-
ловиях: Р0(0) = 1, Р/0) = 0, Р2(0) = 0, Р3(0) = 0.
Уравнения Колмогорова дают возможность найти все вероятности
состояний как функции времени. Особый интерес представляют вероят-
ности системы в предельном стаг^ионарном режиме, т. е. при t—» 0, которые
называются предельными (или финальными) вероятностями состояний.
Предельная вероятность состояния имеет четкий смысл: она пока-
зывает среднее относительное время пребывания системы в этом состоянии.
Так как предельные вероятности постоянны, то, заменяя в урав-
нениях Колмогорова их производные нулевыми значениями, полу-
чим систему линейных алгебраических уравнений, описывающих
стационарный режим. Для системы S с графом состояний, изобра-
женным на рис. 6.12, такая система уравнений имеет вид
~(^'О1 + ^4)2 Vo +	= 0,
216
ХиР0-(Л.„+Х23)/> +X32P3=0,
—(^“31 '*'^'32)^3	*’^'23^2 —0’
Нормировочное условие:
Ро + Pj + Р2 + Р3 = 1.
(6.71)
(6.72)
6.6.5.	Процесс гибели и размножения
В теории массового обе 1уживания широкое распространение име-
ет специальный класс случайных процессов — так называемый про-
цесс гибели и размн оженил. Название этого процесса связано с рядом
биологических задач, где он является математической моделью из-
менения численности биологических популяций.
Граф состояний процесса гибели и размножения представлен на
рис. 6.13.
Рис. 6.13 1раф состояний и переходов процесса гибели и размножения
Рассмотрим упорядоченное множество состояний системы S, S,
S2,..., S\ Переходы могут осуществляться только в состояния с сосед-
ними номерами, т.е. из состояния 5* возможны переходы только либо
в состояние либо в состояние 5* .
Предположим, что все потоки событий, переводящие систему по
стрелкам графа, простейшие с соответствующими интенсивностями
или
По графу, представленному на рис. 6.13, составим и решим алгеб-
раические уравнения для предельных вероятностей состояний (их
существование вытекает из возможности перехода из каждого состо-
яния в каждое другое и конечности числа состояний).
В соответствии с правилом составления таких уравнений получим:
для состояния
Л.	(6.73)
для 5,
(Arp, + А,]0)/] — А,Ц] Р. +
которое с учетом (6.73) приводится к виду
Х12/]=Х21Р2.	(6.74)
217
Аналогично, записывая уравнения для предельных вероятностей
других состояний, можно получить следующую систему уравнений:
^•01^0

р -1 Р
и-Ги^и-! Ля,пИ*я’
к которой добавляется нормировочное условие
р„+/’+р2+...+р„=1.
Решая систему (6.75), (6.76), получим
р _[ 1 ^01 , ^12^01 ,	, \i-l.n ”^'12^01
л и	X Т”	"т"	।	j
< \о ^AlO ^n.n-l " А»А10 ;
р _ А)1 р р _ ^12^01 р р _ ^п-1.»'"^12^01 р
1 л 0’	2 т, т. О’”"» п л	л у О'
Л10	Л21Л10	'Ч.п-Г'Ап'Чо
(6.75)
(6.76)
(6.77)
(6.78)
Легко заметить, что в формулах (6.78) для Рр Р2,..., Рп коэффици-
енты при Р{ есть слагаемые, стоящие после единицы в формуле (6.77).
Числители этих коэффициентов представляют произведение всех ин-
тенсивностей, стоящих у стрелок, ведущих слева направо до данного
состояния Sk(k - 1, 2, ..., п), а знаменатели — произведение всех интен-
сивностей, стоящих у стрелок, ведущих справа налево до состояния
6.6.6.	СМО с отказами
В качестве показателей эффективности СМО с отказами будем
рассматривать: А - абсолютную пропускную способность СМО, т. е. сред-
нее число заявок, обслуживаемых в единицу времени; Q- относитель-
ную пропускную способность, т. е. среднюю долю пришедших заявок,
обслуживаемых системой; F -вероятность отказа, т. е. того, что заявка
п окинет СМО необслуженной; k — среднее число занятых каналов (для мно-
гоканальной системы).
Одноканальная система с отказами. Рассмотрим задачу. Имеется
один канал, на который поступает поток заявок с интенсивностью А,.
Поток обслуживания имеет интенсивность ц. Здесь и в дальнейшем
218
предполагается, что все потоки событий, переводящие СМО из со-
стояния в состояние, будут простейшими. К ним относится и поток
обслуживания — поток заявок, обслуживаемых одним непрерывно
занятым каналом. Среднее время обслуживания Z f обратно по вели-
чине интенсивности ц, т.е. /об = 1/ц.
Найти предельные вероятности состояний системы и показатели
се эффективности.
Система S (СМО) имеет два состояния: 5() — канал свободен, $ —
канал занят. Размеченный граф состояний представлен на рис. 6.14.
So	Л	S’l
		
		
Рис. 6.14. Граф одноканальной СМО с отказами
В предельном стационарном режиме система алгебраических урав-
нений для вероятностей состояний имеет вид
ХР0=и^,
цР, = У.Р.,,
Р„ + ^=1.
Предельные вероятности состояний
р —	р —
о “ -1	’ 1 ~	’
Л + Ц	Л + Ц
(6.79)
(6.80)
которые выражают среднее относительное время пребывания сис-
темы в состоянии (когда капал свободен) и 5 (когда канал занят),
т. е. определяют соответственно относительную пропускную способ-
ность Q системы и вероятность отказа F:
В
Л + ц’

(6.81)
(6.82)
Абсолютную Пропускную способность найдем, умножив относитель-
ную пропускную способность Qua интенсивность потока отказов:
(6.83)
219
Пример 2. Пусть заявки на полиграфические работы при производстве
упаковки поступают с интенсивностью Л, равной 0,1 заявки в час, а средняя
продолжительность производственного цикла составляет t = 5 ч. Опреде-
лить показатели эффективности работы СМО (типографии) при наличии
одной печатной машины.
Решение. Имеем X = 0,1 (1/ч), t =5 ч. Интенсивность потока обслужива-
ния р. = 1/5 ч’1 = 0,2 ч-1.
По формуле (6.81) относительная пропускная способность СМО
Q= 0,2/(0,1+ 0,2) - 0.66, т.е. в среднем только 66% поступающих заявок
могут быть выполнены. Соответственно вероятность отказа по формуле
(6.82) в обслуживании составит F= 0,34.
Абсолютная пропускная способность СМО по формуле (6.83) А = 0,1 0,66 =
=0,066, те. в среднем в час будут обслужены 0,066 заявки Очевидно, что при
наличии только одной печатной машины СМО будет неудовлетворительно
справляться с потоком заявок.
Многоканальная система с отказами. Рассмотрим классическую
задачу Эрланга (А. К Эрланг — датский инженер, математик конца
XIX — начала XX в.). Имеется п каналов, на которые поступает по-
ток заявок с интенсивностью Л. Поток обслуживания имеет интен-
сивность ц. Найти предельные вероятности состояний системы и
показатели ее эффективности.
Система 5 (СМО) имеет следующие состояния (нумеруем их по
числу заявок, находящихся в системе): 50, S , 52,...,5v...,Sn, где — со-
стояние системы, когда в ней находится k заявок, т.е. занято к кана-
лов. Граф состояний СМО соответствует процессу гибели и размно-
жения (рис. 6.15).
Рис. 6.15 Граф состояний многоканальной СМО с отказами
Поток заявок последовательно переводит систему из любого лево-
го состояния в соседнее правое с одной и той же интенсивностью X.
Интенсивность же потока обслуживания, переводящего систему из
любого правого состояния в соседнее левое, постоянно меняется в за-
висимости от состояния. Действительно, если СМО находится в состо-
янии 52 (два канала заняты), то она может перейти в состояние 5 (один
канал занят), когда закончит обслуживание либо первый, либо второй
канал, т. е. суммарная интенсивность их потоков обслуживания будет
2ц. Аналогично суммарный поток обслуживания, переводящий СМО из
220
состояния S3 (три канала заняты) в \, будет иметь интенсивность Зр,
т. е. может освободиться любой из трех каналов и т. д.
Для схемы гибели и размножения получим для предельной веро-
ятности состояния
(, Л Л2 Л‘ Л”
1+—+-----т + - +---г+- +-----
р 2’р /с’р п !р"
(6.84)
где члены разложения Л/р, А,2/(2! р2), ... , Ля(п! р") будут представ-
лять собой коэффициенты при Ро в выражениях для предельных ве-
роятностей Рр Р2, ..., Pk, ... , Р,.
Величина
р = Л/р	(6.85)
называется приведенной интенсивностью потока заявок или интенсивнос-
тью нагрузки канала. Она выражает среднее число заявок, приходя-
щее за среднее время обслуживания одной заявки. Тогда
(6.86)
(6.87)
Формулы (6.86) и (6.87) для предельных вероятностей получили
названия формул Эрланга в честь основателя теории массового обслу-
живания.
Вероятность отказа СМО есть предельная вероятность того, что
все п каналов системы будут заняты, т. е.
/=Р„=2-Р0.	(6.88)
п\
Относительная пропускная способность — вероятность того, что
заявка будет обслужена,
(6.89)
Абсолютная пропускная способность
A = AQ = X(l-F) = X(l-Pn) = X
(6.90)
221
Среднее число занятых каналов k есть математическое ожидание
числа занятых каналов:
_ п
k = ^kl>k,
k=0
где Pk — предельные вероятности состояний, определяемых по фор-
мулам (6.86), (6.87).
Однако среднее число занятых каналов можно найти проще, если
учесть, что абсолютная пропускная способность системы Л есть нс что
иное, как интенсивность потока обслуженных системой заявок (в еди-
ницу времени). Так как каждый занятый канал обслуживает в среднем
ц заявок (в единицу времени), то среднее число занятых каналов
А=А/ц	(6.91)
или, учитывая (6.90), (6.85):
k=Л/ц-р 1
(6.92)
ПримерЗ. Используя данные примера?, определить оптимальное число
печатных машин в типографии, если условием оптимальности считать удов-
летворение в среднем из каждых 100 заявок не менее 95 заявок.
Решение. Интенсивность нагрузки канала поформулс (6.86) р = 0,1 /0,2 =
=0,5, т. е. в течение производственного цикла t = 5 ч поступает в среднем
0,5 заявки.
Будем постепенно увеличивать число каналов (печатных машин) п= 2, 3,4,...
и определим по формулам (6.86), (6.89), (6 90) для получаемой п-канальной СМО
характеристики обслуживания. Например, при п= 2 Ро = (1 + 0,5 + 0,572!)’’ =
=0,615; Q= 1- (0,572!) 0,615 = 0,923; А = 0,1 0,923 = 0,0923. Для п= 3 P[t = (1 + 0,5 +
+0,573!)-' = 0,657: Q= 1- (0,573!)-0,657 = 0,986; А = 0,1 0,986 = 0,0986. Значе-
ние характеристик СМО сведем в табл. 6.4.
Таблица 6.4
Характеристики СМО
Характеристика обслуживания	Число каналов (печатных машин)		
	1	2	3
Относительная пропускная способность Q	0,66	0,923	0,986
Абсолютная пропускная способность А	0,066	0,0923	0,0986
По условию оптимальности Q > 0,95, следовательно, в типографии
необходимо установить три печатные машины (в этом случае Q= 0,986 —
см. табл. 6.4). При этом в час будут обслуживаться в среднем 0,0986 заявки
222
(Л = 0,0986), а среднее число занятых печатных машин (каналов) по форму-
ле (6.91) k = 0,0986/0,2 = 0,493.
Пример 4. В дизайн-бюро по проектированию упаковки с тремя АРМ по-
ступают заказы от предприятий на проектные работы. Если работают все
три ЭВМ, то вновь поступающий заказ не принимается и предприятие вы-
нуждено обратиться в другое дизайн-бюро. Среднее время работы с одним
заказом составляет 3 ч. Интенсивность потока заявок 0,25 ч"1. Найти пре-
дельные вероятности состояний и показатели эффективности работы ди-
зайн-бюро.
Решение. По условию п = 3, X = 0,25 ч-1, « = 3 ч. Интенсивность потока
обслуживания ц = 1 / = 1/3 = 0,33. Интенсивность нагрузки ЭВМ по формуле
(6.85) р = 0,25/0,33°= 0,75.
Найдем предельные вероятности состояний.
Поформуле (6.86) />=(1+0,75+0,752/2’+0,7573!) = 0,476;по формуле (6.87)
Р} = 0,75 0,476 = 0,357; Р = (0,7572! )0,476 = 0,134; Р = (0,75731)0,476 = 0,033,
т. с. в с тационарном режиме работы дизайн-бюро в среднем 47,6% времени
нет ни одной заявки, 35,7% — имеется одна заявка (занята одна ЭВМ), 13,4% —
две заявки (две ЭВМ), .3,3% времени — три заявки (заняты три ЭВМ).
Вероятность отказа (когда заняты все три ЭВМ), таким образом,	Р{ - 0,033.
По формуле (6.89) относительная пропускная способность центра
Q= 1 - 0,033 = 0,967, т. е. в среднем из каждых 100 заявок дизайн-бюро
обслуживает 96,7 заявки.
По формуле (6.90) абсолютная пропускная способность дизайн-бюро
А = 0,25 -0,967 = 0,242, т. е. в час в среднем обслуживается 0.242 заявки.
По формуле (6.91) среднее число занятых ЭВМ Л= 0,242/0,33 = 0,725, т. е.
каждая из трех ЭВМ будет занята обслуживанием заявок в среднем лишь на
72,5/3 = 24,2%.
При оценке эффективности работы дизайн-бюро необходимо сопоста-
вить доходы от выполнения заявок с потерями от простоя дорогостоящих
ЭВМ (с одной стороны, высокая пропускная способность СМО, а с другой —
значительный простой каналов обслуживания) и выбрать компромиссное
решение.
6.6.7.	СМО с ожиданием (очередью)
В качестве показателей эффективности СМО с ожиданием кроме
уже известных показателей — абсолют ной А и относительной Qnpo-
пускной способности, вероятности отказа F, среднего числа занятых
каналов k (для многоканальной системы) будем рассматривать также
следующие: Lx — среднее число заявок в системе, Т — среднее время пребыва-
ния заявки в системе, L — среднее число заявок в очереди (длина очереди);
Гзоч ~ среднее время пребывания заявки в очереди; Р — вероятность того,
что канал занят (степень загрузки канала).
223
Одноканальная система с неограниченной очередью. На практи-
ке часто встречаются одноканальные СМО с неограниченной очередью
(например, телефон-автомат с одной будкой). Рассмотрим задачу.
Имеется одноканальная СМО с очередью, на которую не наложе-
ны никакие ограничения (ни по длине очереди, ни по времени ожи
дания). Поток заявок, поступающих в СМО, имеет интенсивность Л,
а поток обслуживания — интенсивность ц. Необходимо найти пре-
дельные вероятности состояний и показатели эффективности СМО.
Система может находиться в одном из состояний So, S, S2,..., ....
по числу заявок в СМО: 50 — канал свободен; S — канал занят (обслу-
живает заявку), очереди нет; S2 — канал занят, одна заявка стоит в оче-
реди; — канал занят, (k -1) заявок стоят в очереди и т. д.
Граф состояний СМО представлен на рис. 6.16.
Рис. 6.16. Граф состояний одноканальной СМО с неограниченной очередью
Это процесс гибели и размножения, но с бесконечным числом
состояний, в котором интенсивность потока заявок равна X, а интен-
сивность потока обслуживания ц.
Прежде чем записать формулы предельных вероятностей, необ-
ходимо быть уверенным в их существовании, ведь в том случае, когда
время	очередь может неограниченно возрастать. Доказано, что
если р< 1, т. е. среднее число приходящих заявок меньше среднего числа обслу-
женных заявок (в единицу времени), то предельные вероятности существу-
ют. Если р > 1, то очередь растет до бесконечности.
Для определения предельных вероятностей состояний восполь-
зуемся формулами для процесса гибели и размножения. Получим
= (1 + р + р2 + ... + р*) ’.
(6.93)
Так как предельные вероятности существуют лишь при р < 1, то
геометрический ряд со знаменателем р < 1, записанный в скобках в
формуле (6.93), сходится к сумме, равной 1/(1 + р). Поэтому
Ро=1-Р,
(6.94)
224
и с учетом соотношений (6.78)
7’=рР0, Рг=р2Р„,..„ Pk=pkP0,
найдем предельные вероятности других состояний
7>=р(1-р).	=р2(1-р), ...» РА=Р*(1-Р), ...	(6.95)
Предельные вероятности /’0, Рк,... образуют убывающую гео-
метрическую прогрессию со знаменателем p < 1, следовательно, ве-
роятность Р> — наибольшая. Это означает, что если СМО справляет-
ся с потоком заявок (при р < 1), то наиболее вероятным будет отсут-
ствие заявок в системе.
Среднее число заявок в системе L определим по формуле мате-
матического ожидания, которая с учетом (6.95) примет вид
4, == (1- p) X *р*	(6.96)
Л=1
(суммирование от 1 до <=>=», так как нулевой член О-Ро = 0).
Можно показать, что формула (6.96) преобразуется (при р < 1) к виду
LK=p/(l + p).	(6.97)
Найдем среднее число заявок в очереди . Очевидно, что
Д..,ч=к-^.	(698)
где L — среднее число заявок, находящихся под обслуживанием.
Среднее число заявок под обслуживанием определим по формуле
математического ожидания числа заявок под обслуживанием, прини-
мающего значения 0 (если канал свободен) либо 1 (если канал занят):
4о6=ор0 + 1(1-р0),
т. е. среднее число заявок под обслуживанием равно вероятности того,
что канал занят:
Д,й=^,.=1-^.	(6.99)
С учетом (6.94)
Аоо = ^,=р	(6.100)
По формуле (6.98) с учетом (6.97) и (6.100)
Доч=Р2/(1-Р).	(6.101)
Доказано, что при любом характере потока заявок, при любом распреде-
лении времени обслуживания, при любой дисциплине обслуживания среднее
время пребывания заявки в системе (очереди) равно среднему числу заявок в
системе (в очереди), деленному на интенсивность потока заявок, т. е.
225
рг
Х(1-р)’
Tx=(\/X)Lx,	(6.102)
Tm = (1/Л)Доч.	(6.103)
Формулы (6.102) и (6.103) называются формулами Литтла. Они вы-
текают из того, что в предельном, стационарном режиме среднее число зая-
вок, прибывающих в систему, равно среднему числу заявок, покидающих ее.
оба потока заявок имеют одну и ту же интенсивность А.
На основании формул (6.102) и (6.103) сучетом (6.97) и (6.101) сред-
нее время пребывания заявки в системе определится по формуле
T“=I(fe)’	(6104>
а среднее время пребывания заявки в очереди
(6.105)
Пример 5. В типографии имеется ремонтный цех (РМЦ). Интенсивность
потока заявок на ремонтное обслуживание равна 0,4 единицы оборудования
в смену. Среднее время ремонта одной единицы оборудования составляет
две смены. Предполагается, что очередь может быть неограниченной дли-
ны. Найти показатели эффективности работы РМЦ.
Решение. Имеем р = А/р, = А1^ = 0,4 2 = 0,8. Так как р = 0,8 < 1, то очередь на
ремонтные работы не может бесконечно возрастать и предельные вероят-
ности существуют. Найдем их.
Вероятность того, что РМЦ свободен, по формуле (6.94) Ро = 1 - 0,8 = 0,2,
а вероятность того, что он занят, Рмн = 1 - 0,2 ~ 0,8. По формуле (6.95) веро-
ятности того, что на обслуживании РМЦ находятся 1. 2, 3 единицы обо-
рудования (т. е. ожидают ремонта 0, 1, 2 единицы оборудования), равны
Р, = 0,8 (1 - 0,8) = 0,16; Р2 = 0,82 (1 - 0,8) = 0,128; = 0,83 (1 - 0,8) = 0,1024.
По формуле (6.101) среднее число единиц оборудования, ожидающих
ремонта, ч = 0,82 (1 - 0,8) = 3,2, а среднее время ожидания ремонта по фор-
муле (6.103) - 3,2/0,8 = 4 смены.
По формуле (6.97) среднее число единиц оборудования, находящихся на
обслуживании РМЦ, L =0,8/(1 -0,8) = 4 или проще по (6.98) LM = 3,2 + 0,8 = 4,
а среднее время пребывания единицы оборудования на обслуживании РМЦ
по формуле (6.102) 7 . = 4/0,8 = 5 смен
Очевидно, что эффективность ремонта оборудования невысокая. Для ее
повышения необходимо уменьшить среднее время ремонта оборудования Г*.
Многоканальная СМО с неограниченной очередью. Рассмотрим
задачу. Имеется n-канальная СМО с неограниченной очередью. По-
ток заявок, поступающих в СМО, имеет интенсивность А, а поток
226
обслуживания — интенсивность ц. Необходимо найти предельные
вероятности состояний СМО и показатели ее эффективности.
Система может находиться в одном из состояний S(), S]T S2,...,
5	5п, ... нумеруемых по числу заявок в СМО: S() — в системе нет
заявок (все каналы свободны); Sj — занят один канал, остальные сво-
бодны; — заняты два канала, остальные свободны; — занято k ка-
налов, остальные свободны; $л — заняты все п каналов (очереди нет);
S — заняты все п каналов, в очереди одна заявка; $ — заняты все п
каналов, г заявок стоит в очереди.
Граф состояний системы представлен на рис. 6.17. Обратим вни-
мание па то, что в отличие от предыдущей СМО интенсивность по-
тока обслуживания (переводящего систему из одного состояния в
другое справа налево) не остается постоянной, а по мерс увеличения
числа заявок в СМО от 0 до п увеличивается от ц до этц, так как соот-
ветственно увеличивается число каналов обслуживания. При числе
заявок в СМО большем, чем п, интенсивность потока обслуживания
сохраняется ранной пр.
Рис. 6.17. Граф состояний многоканальной СМО с неограниченной очередью
Можно показать, что при p/n < 1 предельные вероятности суще-
ствуют. Если p/n> 1, очередь растет до бесконечности. Используя
формулы (6.77) и (6.78) для процесса гибели и размножения, полу-
чим следующие формулы для предельных вероятностей состояний
многоканальной СМО с неограниченной очередью:
Р + Р1+...Х+-^|
1! 2! п\ (п + 1)!
(6.106)
Л = Т,Р°’ Р> =СР«  Р =~Л	(6.107)
1!	д!	ПЛ
(6.108)
227
Вероятность того, что заявка окажется в очереди,
рпи
= ~Т{ “7Ро •	(6.109)
п!(п-р)	4	'
Для n-канальной СМО с неограниченной очередью, используя
прежние приемы, можно найти:
среднее число занятых каналов
А=Х/ц = р,	(6.110)
среднее число заявок в очереди
рпн
= п-п!(1-р/п)2	(6Л 1
среднее число заявок в системе
4e=k,,+P-	(6И2)
Среднее время пребывания заявки в очереди и среднее время пре-
бывания заявки в системе, как и ранее, находятся по формулам Лит-
тла (6.103) и (6.102).
Для СМО с неограниченной очередью при р < 1 любая заявка, при-
шедшая в систему, будет обслужена, т. е. вероятность отказа F= 0, отно-
сительная пропускная способность Q= 1, а абсолютная пропускная спо-
собность равна интенсивности входящего потока заявок, т. е. А = X.
6.6.8.	Решение задачи СМО с использованием системы
MathCAD
Решим задачу СМО, приведенную в примере 4, с использованием
системы MathCAD.
Ввод текста на всех этапах решения задачи осуществляют с помо-
щью комбинаций клавиш «Shift + “» , что позволяет создать тексто-
вую область. Введем на рабочем листе первый пункт расчета:
1. Задание исходных данных.
Затем последовательно введем исходные данные в поле экрана
(рис. 6.18):
X :=0.25 р :=0.33 и:=2
Для решения задачи воспользуемся блоком функций Given...Find.
Для этого необходимо задать начальные приближения. Введем па
рабочем листе второй пункт расчета:
228
1.	Задание исходных данных: Л := 0.25 р. :=0.ЙЗЗЗ
2.	Начальные приближения: РО :=0.25 Pl :=-0.25 Р2 :=0.25 РЗ :=0 25
3.	Запись системы уравнений, описывающей функционирование
многоканальной СМО
Given
-Z-P0 + pPl = 0
Х-Р0-(Л + ц)-Р1+2-цР2 = 0
ХР1-(Х + 2р)-Р2 + ЗцРЗ = О
Р0+Р1+Р2+РЗ = 1
гР0Л
Р1
Р2
рз)
Find(P0,Pl.P2,P3)
4.	Результаты решения: РО = 0.476 Р1 = 0.357 Р2 = 0.134 РЗ = 0.033
Рис. 6.18. Определение параметров функционирования многоканальной замкнутой
СМО с отказами в системе MathCAD
2.	Начальные приближения.
Затем последовательно введем начальные приближенные значе-
ния искомых парамет-ров:
Р0:=0.4 Р1:=0.2 Р2:=0.2 РЗ:=0.2
Введем на рабочем листе третий пункт расчета:
3.	Запись системы уравнений, описывающей функционирование многока-
нальной СМО.
Вначале вводим ключевое слово Given (Дано), которое может быть
напечатано прописными, строчными буквами или начинаться с про-
писной, затем исходную систему уравнений с жирным «=», а в зак-
лючение — вектор искомых величин. Для этого в поле рабочего
листа определяем местоположение вектора. Если в окне выведена
панель инструментов Math (Математика), нужно щелкнуть по кноп-
ке с изображением матрицы. Появится аналоговое окно Matrix
(Матрица). Здесь щелкаем по кнопке с аналогичным изображени-
ем или нажимаем комбинацию клавиш «Ctrl + М». В обоих случаях
появится диалоговое окно Insert Matrix (Вставить матрицу). В его
текстовых полях Rows (Строки) и Columns (Столбцы) вставим нуж-
ное число строк и столбцов, в нашей задаче 4 и 1 соответственно.
После щелчка по кнопке ОК появится шаблон с метками для ввода
искомых данных, Подводя курсор или указатель мыши к каждой из
229
них, зададим искомые параметры, затем знак присваивания и имя
встроенной функции Find(P0,Pl,P2,P3,P4,P5). Выведем на рабочий
лист четвертый пункт расчета:
4.	Результаты решения.
Для получения результатов расчета искомых величин достаточно
набрать имя ifjoki юго параметра и знак равенства, нажав соответствую-
щук > клавишу или щелкнув по кнопке со знаком равенства, расположен-
ной в верхнем левом углу панели инструментов Evalu... (Вычисления).
Рассмотрим неустановившийся режим работы СМО, когда ее ос-
н овные характеристики зависят от времени. В этом случае функцио-
нирование СМО будем описывать системой обыкновенных диффе-
ренциальных уравнений:
/да^-хад+рт^/),
- -(X+(0+ХР0 (0 + 2цр2 (г),
Р2'(0 = -(X+2ц)Р2 (о+ХД (/)+ЗцД (/),
P3'(z) = -ЗцР3(г)+XP2(z).	(6.113)
PM + Pfi)+P2(t) + P.(t) = i.
На рис. 6.19 представлены исходные данные и система дифферен-
циальных уравнений, описывающая функционирование многоканаль-
ной замкнутой СМО при неустановившемся режиме работы.
1	. Задание исходных данных многоканальной замкнутой СМО
с отказами при неустановившемся режиме.
X := 0.25 ц := 0.3333
2	Система обыкновенных дифференциальных уравнений,
описывающих функционирование многоканальной замкнутой СМО
с отказами.
ip0(t)=-XPo(t)+nPi(0
dt
-ip1(t)=XP0(t)-(X + g)P1(t)+2-gP2(t)
dt
ip2(t)=X P](t) - (X+2g) P2(t) + 3 • g Ps(l)
at
^-P3(t)=XP2(t)-3-gP3(t)
dt
Puc. 6.19. Описание функционирования многоканальной замкнутой СМО
при неустановившемся режиме
230
На рис. 6.20 показаны правые части системы уравнений в виде
вектор-столбца. Каждый его элемент определяет значение правой
части соответствующего дифференциального уравнения на любом
шаге интегрирования (решения). Здесь же даны начальные значения
искомых параметров в виде вектор-столбца. В нижней части рисунка
определены начальное и конечное время интегрирования и число
шагов решения системы дифференциальных уравнений.
3.	Формирование функции, которая определяет вектор отклонений
искомых величин D(i, Р) и вектор начальных значений Р.
D(t,P):=
-X-P0(t) + |i-P1-(t)
ZP0(t)-(X+|i)-Pr(t)+2|iP2-(t)
A.-P1-(t)-(A. + 2-p)-P2-(t) + 3-p.-P3-(t)
X.P2-(t)-3-p,P3(t)
0
0
4.	Определение дополнительных параметров для решения системы
обыкновенных дифференциальных уравнений" начальное
и конечное время исследования системы и число шагов интегрирования
тО := 0 tl:=6 N := 1000
Рис. 6.20. Представление системы дифференциальных уравнений в виде, доступном
для решения ее в системе MathCAD
На рис. 6.21 приводится решение системы дифференциальных
уравнений многоканальной замкнутой СМО с использованием встро-
енной функции rkfixed(P,tO,tl,N,D). реализующей метод Рунге — Кут-
та с фиксированным шагом. Для вызова этой функции необходимо:
щелкнуть по пункту Insert (Вставка) главного меню, а затем по пун-
кту Function (Функция) падающего меню или нажать комбинацию
клавиш «Ctrl + Е». Появится диалоговое окно Insert Function (Вста-
вить функцию);
найти в разделе Function Category (Категория функции) строку
Differential Equation Solving (Решение дифференциального уравне-
ния) и щелкнуть по ней левой кнопкой мыши. В правом поле в разде-
ле Function Name (Имя функции) появится список функций для ре-
шения дифференциальных уравнений;
найти в списке функцию rkfixed и щелкнуть но ней мышью.
После этого щелкнуть по кнопке ОК. В месте установки визира
появится шаблон функции для решения системы уравнений ме-
тодом Рунге-Кутта.
231
5.	Решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений
с использованием встроенной функции rkfixed(P,tO.tl,N,D).
S:=rkfixcd(P,tO,tl,N,D) t:=S<0>	P1;=S<2) P2=S<3> P3:=S<4>
6.	Представление результатов решения в графическом виде.
Рис. 6.21. Решение системы дифференциальных уравнений, описывающих
функционирование многоканальной замкнутой СМО с отказами
Можно сразу найти функцию rkfixed в правом поле раздела
Function Name, после чего щелкнуть мышью по ней, а затем но кноп-
ке ОК, но это займет больше времени. В обоих случаях в нижних по-
лях диалогового окна будет дано правильное обозначение выбранной
функции со всеми аргументами, а также краткое описание ее действии.
На рис. 6.21 приведено графическое решение системы дифференци-
альных уравнений для первых двух искомых параметров, т. е. представ-
лено поведение параметров РО, Pl, Р2 и РЗ — вероятности отсутствия
требований и наличия в системе одного, двух и трех требований со-
ответственно в зависимости от длительности процесса.
Анализируя графическое решение системы обыкновенных диф-
ф< ренциальныхуравнений, описывающей функционирование задан-
ной многоканальной замкнутой СМО, можно заметить, что пример-
но через 0,2 ч она переходит в установившийся режим работы. При
этом значения вероятностей состояний режима работы системы при
решении совокупности обыкновенных дифференциальных уравне-
232
ний практически полностью соответствуют решению сисл емы алгеб-
раических уравнений для установившегося режима работы.
Контрольные вопросы
1.	Классификация СМО.
2.	Понятие марковского случайного процесса.
3.	Потоки событий.
4.	Уравнения Колмогорова. Предельные вероятности состояний.
5.	Процесс гибели и размножения.
6.	Одноканальная система с отказами.
7.	Многоканальная система с отказами.
8.	Одноканальная система с неограниченной очередью.
9.	Многоканальная система с неограниченной очередью.
6.7. Математическое обеспечение подсистем
машинной графики и геометрического моделирования
Изучение математического аппарата, лежащего в основе машин-
ной графики и проектирования геометрии упаковки, начнем с рассмот-
рения способов вывода и преобразования точек и линий. Эти спосо-
бы наряду с соответствующими алгоритмами рисования используют-
ся для изображения объектов или визуализации графической инфор-
мации. Возможность проводить преобразования точек и линий явля-
ется фундаментом машинной графики. Нарисованный объект может
быть представлен в нужном масштабе, повернут, перемещен, преобра-
зован или модифицирован в соответствии с требованиями решаемой
задачи. Все эти манипуляции с изображением можно выполнить, ис-
пользуя математический аппарат геометрического моделирования.
6.7.1. Изображение и преобразование точек
Изображение точек. Точка представляется на плоскости двумя
своими координатами, которые определяются как элементы матри-
цы размером 1x2 х у]. В трехмерном пространстве используется
матрица размером 1x3 [х у z].
Иначе говоря, точка может задаваться в виде вектор-столбца
в двумерном пространстве или в виде
в трехмерном. Матрица-
233
строка или матрица-столбец с координатами точки часто называют-
ся координатным вектором.
Данное множество координат точки хранится в компьютере в виде
матрицы или массива чисел. Положением точек можно управлять
путем манипулирования соответствующей матрицей. Линии, соеди-
няющие точки, формируют отрезки, кривые и картинки.
Преобразование точек на плоскости. Рассмотрим результаты ум-
ножения матрицы Р= [х у], содержащей координаты точки Р, на мат-
рицу общего преобразования Т=
а b
с d
размером 2x2:
а b
с d
РТ = [х у]
- [(ах + гу) (Ьх + </у)] = [х * у*].
Данная запись означает, что исходные координаты точки х и у
преобразуются в х* и у*, где х* = ах + су, у* = bx+ dy.
Представляют интерес значения х*, у* — координаты результиру-
ющей, преобразованной точки Р.
Рассмотрим некоторые специальные случаи.
При а= d= 1 и с= Ь= 0 преобразование сведется к единичной матрице
РР = [х
Г1 °1
у! =Гх
Л|_0 1
у] = [х * у*]
и координаты точки ^останутся неизменными. Как и следовало ожи-
дать, в линейной алгебре умножение на единичную матрицу эквива
лентно умножению на единицу в обычной алгебре.
В случае d = 1, b = с= О
а О
О 1
РТ = [х у]
= [лх у]=[х*у*],
где х* - ах~ результат масштабирования координаты х.
Рассмотрим другой случай: Ь= с= 0, т. е.
а О
О d
РТ = [х у]
= [ах <7у] = [х*у*].
Данное преобразование вызывает изменение обеих координат х
и у вектора Р.
Если а ? d, то координаты масштабируются различным образом.
При а = d> 1 происходит растяжение вектора Рили масштабирова-
ние координат. Если 0<«=^<1,то имеет место сжатие.
234
Если значение а или отрицательное, то вектор отражается отно-
сительно координатных осей или относительно плоскости. Чтобы
убедиться в этом, возьмем Ь= с= 0, d= 1 и а = 1, тогда
РТ = [х у]
у] = [х*у*],
и в результате получаем симметричное отражение относительно оси у.
Если Ь = с - 0, а~ 1, d~ -1, то выполняется симметричное отраже-
ние относительно оси х. Если b = с= 0, д= d< 0, то происходит отраже-
ние относительно начала координат. Заметим, что обе операции от-
ражения и масштабирование зависят только от диагональных членов
матрицы преобразования.
Рассмотрим теперь случай с нсдиагональными членами. Возьмем
сначала значения а= d = 1, с = 0, тогда
РТ = [х у]
"1 Ь~
О 1
= [x(toc + y)] = [x*y*J.
Заметим, что координата х точки Р осталась неизменной, тогда
как координата у* линейно зависит от исходных координат. Дан-
ное преобразование называется сдвигом. Аналогично в случае, ког-
да а = d = 1, b= 0, преобразование к сдвигу пропорционально коорди-
нате у. Таким образом, видно, что недиагональные члены матрицы
преобразования создают эффект сдвига координат вектора точки Р.
Поворот точки вокруг начала координат. Рассмотрим вектор по-
ложения гот начала координат до точки Р(рис. 6.22). Обозначим г—
длину вектора, а <р — угол между вектором и осью х.
Рис. 6 22. Поворот точки Р относительно начала координат
235
Вектор положения поворачивается вокруг начала координат на
угол 0 и попадает в положение вектора г*, а точка Р — в положение
точки Р*. Записав векторы положений Ри Р*, получаем
Р= [х у] = [rcos0 rsinO]
и
Р* = [х* у*] = [rcos(<p + 0) rsin(<p + 0)].
Используя формулу косинуса суммы углов, перепишем выражение
для Р* как
Р* = [г* у*] = [r(cos<p cos0-sin(p sin0) r(cos<p sin0 -sincp cosO)].
Используя определения хи у, можно переписать Р* как
Р* = [х* у*] = [xcosO -у sin0 xsin0 +ycos0].
Таким образом, преобразованная точка имеет координаты
х* = xcos0 - у sin0;
у* = xsin0 + у cos0
или в матричном виде
X* = XT = Lx *
у*] = [х у]
cosO sin0
-sin0 cosO
Итак, преобразование поворота точки вокруг начала координат
на произвольный угол 0 задается матрицей
cos© sin0
-sin0 cosO
Повороты считаются положительными, если они осуществляют-
ся против часовой стрелки относительно точки вращения.
Предположим, что требуется возвратить точку F* в точку Р, т. с. вы-
полнить обратное преобразование — поворот г на угол 0 по часовой
стрелке. Матрица для выполнения необходимого преобразования име-
ет вид обратной матрицы Р1, равной транспонированной матрице 7Т:
cos(-0)sin(-0)	cos0 - sin©	т
-sin(-0)cos(-0)	sin0 cosO
так как cos(-O) - cosO и sin(-0) = - sinO.
Однородные координаты. Во многих случаях при геометричес-
ких преобразованиях возникает необходимость изменять положение
начала координат, т.е. преобразовывать каждую точку плоскости.
Этого можно достичь путем перемещения точки начала координат
или любой другой точки на плоскости:
х* = ах + су + тп\
у* = bx + dy+ п.
236
К сожалению, нельзя ввести константы перемещения ши п нача-
ла координат в (2х2)-матрицу преобразования, так как это не про-
странство.
Данное затруднение можно преодолеть, используя однородные ко-
ординаты. Однородные координаты неоднородного координатного
вектора [х у] представляют собой тройку [ х1 у’ А], где х= x/h, у=у’/A, a h—
некоторое вещественное число. Заметим, что случай h = 0 является
особым. Всегда существует один набор однородных координат вида
[х у 1]. Мы выбрали эту форму, чтобы представить координат-
ный вектор [х у] на физической плоскости ху. Все остальные
однородные координаты представляются в виде [Ах hy А]. Данные ко-
ординаты нс сохраняют однозначности, например все следующие коор-
динаты [6 4 2], [12 8 4], [8 2 1] представляют физическую точку (3, 2).
Матрица преобразования для однородных координат имеет раз-
мер 3x3. В частности,
7' =
где действие элементов а, А, си (/верхней части (2х2)-матрицы точно
соответствует действиям, рассмотренным ранее. Элементы ти п яв-
ляются величинами перемещения в направлениях хи у соответствен-
но. Полная трехмерная матрица преобразования имеет вид
1 О О
О 1 О
|х* у* 1] = [х у 1]
тп п 1
= [х+ т у + п 1].
Отмстим, что каждая точка плоскости и даже начало координат
х = у = 0 теперь могут быть преобразованы.
Поворот вокруг произвольной точки. Ранее мы рассматривали
вращение, совершаемое вокруг начала координат. Однородные ко-
ординаты предусматривают механизм выполнения поворотов вокруг
точек, отличных от начала координат. В общем случае поворот вок-
руг произвольной точки может быть реализован посредством ее
перемещения в начало координат, выполнения требуемого поворо-
та и последующего перемещения результата обратно в исходный
центр вращения. Таким образом, поворот вектора [х у 1] вокруг точ-
ки (т, п) на произвольный угол можно осуществить в виде
237
[x* J* 1] = [х у 1]
О О
1 о
-п 1
cosG
-sinG
О
sinG 0 10
cosG 0 0 1
О

О 1 т п
О
О
1
Для сокращения будем записывать cosG как с, a sinG как х
Выполняя действия над двумя внутренними матрицами, можно
записать
0
[х*
1] = [х у 1]
-5
-т(с- 1) + п$
у *
с
0
Отражение относительно произвольной прямой. Отражение от-
носительно произвольной прямой можно осуществить, воспользовав-
шись процедурой, аналогичной вращению вокруг произвольной точ-
ки, при этом выполняются следующие действия:
перемещение линии и объекта таким образом, чтобы линия про-
шла через начало координат;
поворот линии и объекта вокруг точки начала координат до со-
впадения с одной из координатных осей;
отражение относительно координатной оси;
обратный поворот вокруг начала координат;
перемещение в исходное положение.
В матричном виде данное преобразование имеет представление
7> Т RR' Г
где Т' — матрица перемещения; R— матрица поворота вокруг началь-
ной координаты; R' — матрица отражения.
Геометрическая интерпретация однородных координат. Мат-
рицу преобразования размером 3x3 для двумерных однородных ко-
ординат можно разбить на четыре части:
р
я
т п
Напомним, что а, Ь, си d— коэффициенты масштабирования, вра-
щения, отражения и сдвига соответственно. Элементы т и п задаю г
перемещение. Установим величины/? и 17нс равными 0. Какой эффект
238
мы получим? В данном случае полезно рассмотреть геометрическую
интерпретацию.
При /т=^=0 и 5=1 однородные координаты преобразованных векто-
ров всегда равны h- 1.1ёометрически данный результат интерпретиру-
ется как ограничение преобразования физической плоскостью h = 1.
Для иллюстрации эффекта преобразования при р и q, отличных
от нуля, рассмотрим следующее выражение:
1 0 р
О 1 q
О 0 1
[* у 1]
= [х у (рх + ^+1)].
(6.114)
Здесь Л = рх + qy + 1. Преобразованный координатный вектор, вы-
раженный в однородных координатах, лежит теперь в трехмерном
пространстве, определенном как А = рх + qy + 1.
Однако представляют интерес результа ты, принадлежащие физи-
ческой плоскости с h = 1, которые можно получить путем геометри-
ческого проецирования точки с плоскости h-A 1 обратно на плоскость
h = 1 с использованием для этого проецирующих лучей, проходящих
через начало координат.
Нормализуя выражение (6 114) делением однородных координат
на величину А, получаем
[х* у* 1] = [x/h y/h 1 j = [х/(/;х + qy + 1) y/(px + qy + 1) 1],
где x* = x/(px + qy + 1); y* = y/(px + qy+ 1).
Оставшийся элемент (ЗхЗ)-матрицы преобразования соответству-
ет пропорциональному масштабированию, при котором все компо-
ненты вектора изменяются пропорционально. Покажем это, рассмот-
рев следующее преобразование:
1 О
О 1
О О
О
О
[х у 1]
= [х у 5].
После нормализации получим х* = х/ s и у* = y/s.
Преобразование [х у 1]Т=[х/5 y/s 1] является равномерным
масштабированием координатного вектора. Если 5> 1, то происхо-
дит растяжение, а если s < 1 — сжатие.
Преобразование точек в пространстве. Способность визуализи-
ровать или изображать пространственный объект является основой
для понимания формы этого объекта. Кроме того, во многих случаях
239
важна способность вращать, переносить и строить виды проекции
объекта. Все это легко демонстрируется на примере нашего знаком-
ства с относительно сложным незнакомым объектом. Чтобы понять
его форму, мы тут же начинаем вращать объект, отодвигать на рас-
стояние вытянутой руки, передвигать вверх и вниз, вперед и назад и
т. д. Чтобы сделать то же самое с помощью компьютера, мы должны
распространить наш предшествующий двумерный анализ на три из-
мерения. Основываясь на полученном опыте, мы вводим однород-
ные координаты. Таким образом, точка в трехмерном пространстве
[х у z] представляется четырехмерным вектором
[х‘ у' z' h] = [x у z 1] Т,
где Тявляется матрицей преобразования.
Как и ранее, преобразование из однородных координат в обыч-
ные задается формулой
[х* у* z* А] = [х /А y/h z/h 1] .
Обобщенную матрицу преобразования размерности 4x4 для трех-
мерных однородных координат можно представить в следующем виде:
	а d	b е	с р f а	
т=				
	g	г	J	г
	I	тп	п	S
Матрицу преобразования 4x4 можно разделить на четыре отдель-
ные части:
а b
d е
g г
I тп
Верхняя левая (3x3) подматрица задает линейное преобразование
в форме масштабирования, сдвига, отражения и вращения. Ле-
вая нижняя (1x3)-подматрица задает перемещение, а правая верх-
няя (3 х!)-подматрица — перспективное преобразование. Последняя
правая нижняя (1x1) подматрица задает общее масштабирование.
Общее преобразование, полученное после применения этой (4x4)-
матрицы к однородному вектору и вычисления обычных координат,
240
называется билинейным преобразованием. В общем случае данное
преобразование осуществляет комбинацию сдвига, локального мас-
штабирования, вращения, отражения, перемещения, перспективно-
го преобразования и общего масштабирования.
Трехмерное масштабирование. Диагональные элементы (4x4)-
матрицы обобщенного преобразования задают локальное и общее
масштабирование. Для иллюстрации этого рассмотрим преобразова-
ние, которое показывает действие локального масштабирования:
ООО
е О О
О j о
О 0 s
О
О
= [ях еу jz 1] = [х* у* z* 1].
Общее масштабирование можно осуществить, воспользовавшись
четвертым диагональным элементом 5, т е.
РТ = [х у z 1]
1 0 0 0'
0 10 0
0 0 10
0 0 0 s
= [х' у' z's].
Обычные или физические координаты имеют вид
[х* у* z* l] = [x'/s у /s zf/s 1].
Трехмерные сдвиги. Недиагональные элементы в верхней левой
(ЗхЗ)-подматрице обобщенной матрицы преобразования размером
4x4 задают сдвиги в трех измерениях, т. е.
1
d
РТ = [х у z 1]
0
0
0
1
= [х + dy + gz bx +у+ iz сх + fy + z 1].
g
0
1
0
Трехмерное вращение. Прежде чем переходить к трехмерному
вращению вокруг произвольной оси, рассмотрим вращение вокруг
каждой из координатных осей. При вращении вокруг оси хостаются
неизменными х-координаты координатного вектора. Фактически
вращение происходит в плоскостях, перпендикулярных оси х. Ана-
логичным образом вращение вокруг осей у и z происходит в плоско-
стях, перпендикулярных осям у и zсоответственно. Преобразование
241
координатного вектора в каждой из этих плоскостей задается матри-
цей двумерного вращения. Эта матрица и неизменность координаты
хпри вращении вокруг оси х позволяют записать (4х4)-преобразова-
ние однородных координат при повороте па угол а в виде
1		0	0	О'
	0	cos а	sin а	0
а _	0	-sin а	cos а	0
	0	0	0	1
Вращение считается положительным в смысле правила правой
руки, т. е. по часовой стрелке, если смотреть из начала координат в
положительном направлении.
Аналогично матрица преобразования для вращения вокруг оси у
на угол р имеет вид
	cosP	sinP	0	O'
	-sinP	cosP	0	0
Р =	0	0	1	0
	0	0	0	1
При вращении вокруг оси у на угол у преобразование имеет вид
	cosy	0 -siny	O'
7Y -	0 siny	1	0 0 cosy	0 0
	0	0	0	1
При комбинированном повороте последовательно относительно
осей х, у и z соответственно на утлы а, Р и у матрица преобразования
получается nvieM последовательного перемножения матриц Та, 7р и 7’:
т= т т; Т.
а Р У
Трехмерное отражение. В трехмерном пространстве отражение
происходит относительно плоскости.
При отражении относительно плоскости ху изменяются только
значения z-координаты координатного вектора объекта. Таким обра-
зом. матрицы преобразования 7^, Т, и 7^ для отражения относитель-
но плоскостей ху, yz и xz равны
242
	'10 0 0		-1 0 0 0		10 0 0
	0 10 0		0 10 0		0-100
т =		; 7’ =		; 7’ =	
	0 0-10	’ yz	0 0 10	’ XZ	0 0 10
	0 0 0 1		0 0 0 1		0 0 0 1
Пространственный перенос. Матрица пространственного пере-
носа имеет вид
10 0 0
0 10 0
0 0 10
I т п 1
Перемещенные однородные координаты получаются с помощью
преобразования
	1	0	0	О'
	0	I	0	0
[х'у,г,/г]=/<Г = [х у z 1]	0	0	1	0
	1	m	п	1
Выполнив умножение, получим
[х' у z 7г] = [(х + I) (у + т) (z + п) 1].
Из этого следует, что преобразованные физические координа-
ты равны
х* = х + 7; у*=у + w; z* = z + п.
Композиции преобразований. Последовательные преобразования
могут быть скомбинированы или объединены в одно (4х4)-преобразова-
ние, дающее тот же самый результат. Так как перемножение матриц явля-
ется некоммутативной (неперестановочной) операцией (АВ * ВА), то
важен порядок ее выполнения. Правильный порядок определяется поло-
жением конкретной матрицы преобразования относительно матрицы
координатного вектора. Матрица, ближайшая к матрице координатного
вектора, задает первое преобразование, а последняя — последнее преоб-
разование. Математически это можно записать следующим образом:
РТ=РТТ...Т ,
где Т= ТТ2 — Т — произвольная матрица маштабирования, сдвига,
вращения, отражения, переноса, перспективного преобразования и
проецирования.
243
Так как перспективные преобразования искажают геометричес-
кие объекты, а преобразования проецирования приводят к по тере
информации, то в случае наличия этих матриц они должны быть рас-
положены соответственно предпоследней и последней по порядку.
6.7.2. Представление кривых
Существует множество способов построения кривых вручную с
помощью карандаша, ручки, кисточки, ножа и разнообразных инст-
рументов: линейки, лекала, циркуля, плаза, шаблона и т. д. Каждый
инструмент служит определенной цели, причем нет пи одного абсо-
лютно универсального. Точно так же в машинной графике кривые
строятся с помощью разных методов и инструментов.
Кривая может быть представлена совокупностью точек. Если точки
расположены близко друг от друга, то, соединяя их отрезками прямой,
мы получим изображение кривой. Точки на кривой можно расположить
равномерно по ее длине. В результате получается довольно плохое пред-
ставление кривой, особенно если мал радиус кривизны. Улучшить вид
кривой можно, увеличивая плотность точек в таких участках.
Хотя кривые могут быть достаточно хорошо представлены сово-
купностью точек, аналитическое представление во многих отноше-
ниях предпочтительнее. Его преимущества — это точность, компакт-
ность записи и простота вычисления промежуточных точек. Анали-
тическое представление позволяет без труда определить наклон и
радиус кривизны, а при точечном представлении для этого требует-
ся численное дифференцирование — чрезвычайно неточная проце-
дура. Сравните объем памяти для точечного представления окруж-
ности с 32 точками на ней и аналитическое представление — коорди-
наты центра и радиус.
При аналитическом представлении кривой можно точно определить
положение любой точки, а при точечном нужна интерполяция, причем
в общем случае результат интерполяции не принадлежит кривой.
Опыт показывает, что аналитически представленные кривые лег-
че изображать на рисунке. Аналитическое представление выгоднее,
когда для удовлетворения заданному критерию необходимо непре-
рывно изменять форму кривой.
Часто требуется аналитическое представление кривой, первона-
чально заданной точками. Для того чтобы провести кривую через все
заданные точки, применяется метод кусочной полиномиальной апп-
роксимации. Для этого требуется определить коэффициенты поли-
244
нома некоторой степени. Вид кривой в промежуточных точках зави-
сит от степени полинома и граничных условий.
Если же точки — только приблизительные значения величин, на-
пример данные экспериментальных измерении или наблюдений, то
нужна кривая, задающая верное направление изменения. В общем
случае кривая может не проходить ни через одну точку'данных. Здесь
применяется метод наименьших квадратов. Этот метод дает кривую
в виде у =flx), которая минимизирует сумму квадратов отклонений по
оси у между данными и полученной кривой. Вид у = J{x) выбирают,
исходя из характера изучаемого процесса.
Обычно для метода наименьших квадратов используются полино-
мы, линейные, степенные и экспоненциальные функции. Независимо
от выбора вида кривой метод требует решения системы линейных ал-
гебраических уравнений для определения неизвестных констант.
Непараметрические кривые. Математически кривая может быть
представлена в параметрической или непараметрической форме.
Непараметрическая кривая задается в виде явной или неявной фун-
кции. Для плоской кривой явное непараметрическое представле-
ние имеет вид: y=J{x). Одному значению х соответствует только
одно значение у, поэтому замкнутые или многозначные кривые, на-
пример окружность, явно представить нельзя. Неявное представле-
ние/(х, у) = 0 позволяет обойти это ограничение.
Как явное, так и неявное непараметрическое представление осе-
зависимо, т. е. сложность обработки зависит от выбора системы ко-
ординат. Например, если в заданной системе координат граничным
условием является вертикальный наклон, нужно либо изменить ее,
либо аппроксимировать бесконечный коэффициент наклона наи-
большей допустимой положительной или отрицательной величиной.
Кроме того, если точки на осезависимой пепараметрической кри-
вой вычисляются с равномерным приращением по хили у, они нс будут
равномерно распределены вдоль кривой. Это может повлиять на каче-
ство и точность графического изображения. Тем не менее непарамет-
рическое представление бывает полезным. Теперь рассмотрим пара-
метрическое представление, позволяющее обойти эти ограничения.
Параметрические кривые. В параметрическом виде каждая ко-
ордината точки кривой представлена как функция одного парамет-
ра. Значение параметра задает координатный вектор точки на кри-
вой. Для двумерной кривой с параметром / координаты точки равны
х=х(/),у = у(/)-
245
Тогда векторное представление точки на кривой
?(')]
Чтобы получить непараметрическую форму, нужно исключить t
из двух уравнений и вывести одно в терминах х и у.
Параметрическая форма позволяет представить замкнутые и мно-
гозначные кривые. Производная, т. е. касательный вектор, есть
Так как точка на параметрической кривой определяется только
значением параметра, эта форма не зависит от выбора системы ко-
ординат. Конечные точка и длина кривой определяются диапазоном
изменения параметра. Часто бывает удобно нормализовать параметр
на отрезке кривой к 0 < t < 1. Осенезависимость параметрической
кривой позволяет с легкостью проводить с ней аффинные преобра-
зования.
Самое простое параметрическое представление у прямой. Для двух
векторов положения Р и Р2 параметрический вид отрезка прямой
между ними такой:
Р(1) = Рг + (Р2-Р,)1, 0<«1.
Так как P(t) — это вектор, у каждой его составляющей есть пара-
метрическое представление x(t) и y(t) между Р} и Р2:
+ Ц ~ *j) С
>(0=Л + (Л“>1)U’ 0<z<L
Параметрическое представление окружности. Параметрическое
представление окружности радиуса г с центром в начале координат:
х= rcoscc;
у= г since, 0 < а < 2п.
где а — параметр.
Полной окружности соответствует диапазон изменения парамет-
ра а от О до 2д. Равномерное приращение параметра а дает хорошее
изображение окружности, но данный алгоритм неэффективен из-за
частого вызова тригонометрических функций.
Нижеприведенный алгоритм дает лучшие результаты по времени
вычислений.
Если рассматривать некоторое фиксированное число равномер-
но распределенных точек по окружности, то приращение параметра
между точками можно считать константой. Координаты любой точ-
ки на окружности с центром в начале координат
х+1 = rcos(a. + Да);
Хч = ™п(а.+ Да).
246
По формуле суммы углов
х.и = r(cosa.cosAa - sina.sinAa);
у = r(cosa.sinAa + since. cosAa).
Воспользуемся тем, что для a = a
х = г cos a;
у. = rsina, 0 < at < 2,
и получим рекурсивные уравнения
х , = х cosAa- у sinAa;
j = х. sinAa + у. cosAa,
что соответствует повороту точки (х., у) на Аа.
Так как Аа постоянно и равно 2л/(п — 1), где п — количество
равномерно распределенных по окружности точек, значения sin и
cos нужно вычислить только один раз. Во внутреннем цикле исполь-
зуются только четыре умножения, вычитание и сложение, поэтому
алгоритм работает очень быстро.
Стандартное параметрическое представление единичной Окруж-
ности имеет вид
х = cosa; у = sina, 0 < a < 2 л.
Следующее параметрическое представление также имеет вид дуги
единичной окружности в первом квадранте:
P(z) = [x(0 /г)] = [(1-Н/(1+П 2(/(1+П1. 0</<1.
Окружность с центром в произвольной точке получается перено-
сом окружности соответствующего радиуса с центром в начале коор-
динат. В некоторых случаях можно упростить задачу: сначала стро-
ить единичную окружность с центром в начале координат, а затем,
комбинируя перенос и масштабирование, получить окружности с
любым радиусом и центром.
Параметрическое представление эллипса. Стандартное пред-
ставление эллипса с центром в начале координат, большой полуосью
а и малой полуосью b имеет вид
х = «cosa;
у = /jsina, 0 < a < 2л.	(6.115)
Если рассчитывать точки эллипса через равные приращения угла,
изображение будет неверным. Особенно сильно неточности прояв-
ляются на концах, где кривизна слишком велика и требуется большое
кол ичество точек.
Если задано фиксированное количество точек на эллипсе, мож-
но, пользуясь формулами суммы углов, получить эффективный ал1 о-
ритм. Координаты любой точки на эллипсе:
x^1 = «cos(ai+ Аа);
247
y^ = ^sin(a.+ Да),
где Да = 2л/(п - 1) — фиксированное приращение а; п — количество
точек на периметре; а, — значение параметра для х. и yt.
По формуле суммы углов
= a (cosai cosAa - sina, sinAa);
= Z>(cosa. sinAa+ sinacosAa).	(6.116)
Используя (6.115), перепишем уравнения (6.116):
x .^ = x cosAa - (а/b) у. sin Да;
yi+1 = (6/л) x. sinAa + y. cosAa.	(6.117)
Чтобы получить эллипс с центром не в начале координат и с глав-
ной осью, расположенной под углом к горизонтали, его поворачива-
ют вокруг начала координат, а затем переносят.
Как видно из системы уравнений (6.117), окружность является
частным случаем эллипса при а = Ь.
Пространственные кривые. Трехмерные или пространственные
кривые широко используются в проектировании и разработке самой
различной упаковочной продукции: бутылок, банок, коробок и т. д.
До начала применения математических и компьютерных моделей
в процессе производства, дизайна и изготовления их использовалась
начертательная геометрия. Многие ее методы были перенесены в
машинную графику.
Поверхности часто изображаются как сеть кривых, лежащих в
ортогональных секущих плоскостях, с трехмерными контурами де-
талей. Сечения получаются оцифровкой физической модели или чер-
тежа и математическим подбором кривой, проходящей через все за-
данные точки. При этом используются два таких метода: кубические
сплайны и параболическая интерполяция. Существуют и иные реа-
лизации этого подхода.
Другой подход состоит в том, что математическое описание кри-
вых генерируется без изначального знания формы кривой. Его при-
меры — кривые Безье и их обобщение до В-сплайнов. Эти методы отли-
чаются тем, что кривая может не проходить ни через одну заданную
точку. Контрольные точки определяют только направление изгиба.
Трехмерные кривые можно представить параметрически или не-
параметрически. Явное непараметрическое представление имеет вид
Неявное непараметрическое представление кривой как пересече-
ния двух поверхностей задается уравнениями:
Дх, у, z) = 0, g(x, у, z) = 0.
248
Общий параметрический вид пространственной кривой можно
записать в виде
x(«),y = y(0, z=z(0,
где параметр t изменяется в определенных пределах < t <
В приведенном выше явном непараметрическом представлении х
можно рассматривать как параметр, х = I. Тогда эта же кривая имеет
параметрическую форм}'
x=l,y = J{t), z = g(t).
Кубические сплайны. В промышленном производстве, например
судо-, автомобиле- и авиастроении, окончательная форма в реальном
или близком к нему масштабе определяется в процессе доводки.
Автоматизация этого процесса представ ляла значительный инте-
рес для машинной графики. Форма математического сплайна повто-
ряет контур физического сплайна, т. е. гибкой деревянной или пласт-
массовой линейки (рейки), проходящей через определенные точки.
Для изменения формы сплайна используются свинцовые грузики.
Меняя их количество и расположение, получившуюся кривую стара-
ются сделать более гладкой, красивой и «приятной для глаза».
В общем случае математический сплайн — это кусочный полином
степени к с непрерывной производной степени k- 1 в точках соедине-
ния сегментов. Так, кубический сплайн имеет в точках соединения не-
прерывность второго порядка. Кусочные сплайны из многочленов не-
высокого порядка очень удобны для интерполяции кривых, так как они
не требуют больших вычислительных заП »ат и нс вызывают численных
отклонений, свойственных многочленам высокого порядка. По анало-
гии с физическими сплайнами обычно использус гея серия кубических
сегментов, причем каждый сегмент проходит через две точки. Кубичес-
кий сплайн удобен еще и тем, что это кривая наименьшего порядка, до-
пускающая точки перегиба и изгиб в пространстве.
Уравнение одного параметрического сегмента сплайна
/’(<) =	. I,	(6.118)
где Zj и Z2 — значения параметров в начале и конце сегмента; P(t) —
вектор к любой точке сегмента.
В случае декартовых координат
Р(0 = [хи) >(Й Z(«)J.
В цилиндрической системе координат
Р(0 = М0 0(0 2(0],
где г(0, 0(0, z(0 ~ компоненты цилиндрической системы координат.
249
Каждая составляющая имеет вид, похожий на P(t), т. е.
1=1
V1’
1=1
1=1
Z1<Z<Z2-
Постоянные коэффициенты В вычисляются исходя из четырех гра-
ничны» условий для сегмента сплайна. Запишем уравнение (6.118) в виде
Р(1) = В} + В21+В^ + В^\ t}< t< t2.	(6.119)
Пусть P и P9~ векторы концов сегмента (рис. 6.22). Пусть также
Р'} и Р'2 производные по t, будут касательными векторами в концах
сегмента. Дифференцируя уравнение (6.118), получим
Р'(<)= [«’(О У(<) z'(()]=f BiO-1)'"2.
i=l
Запишем результат:
P'(t)=B2 + 2В3 z + ЗВ4 Z2, z,<z<z2.
Предположим, без потери общности, что Z = 0, и применим гра-
ничные условия:
1\о) = р{ , л О = Л, Р'(0) = р\ , Р'(У = Р'2 •
Получим четыре уравнения для неизвестных В:
Р(О) = В{ = Р^	(6.120)
Р'(0) = А = Р;;	(6.121)
РЦ) = В, + В2 <2 + В, ;
Р'(<2)=1+ 2В3«2 + ЗВ4^.
Решения для В3 и В4 имеют вид:
<=ж - Л)/^ -2р; /ч -	*	<6-122)
В4 = 2(Р( - P2)/t* + Р'х/?2 + Р2/?2.	(6.123)
Величины Bv В2, В3 и В4 задают сегмент кубического сплайна. Оче-
видно, что форма сегмента зависит от положения касательных векто-
ров в концах сегмента. Далее, заметим, что в результатах присутствует
значение параметра t = t2 в конце сегмента. Так как каждая конечная
точка и вектор касания имеют три компоненты, параметрическое урав-
нение кубической пространственной кривой зависит от двенадцати
векторных компонент и значения параметра Z2 в конце сегмента.
250
Чтобы построить кривую целиком, нужно соединить множество
сегментов. На рис. 6.23 показаны два соседних сегмента.
Рис. 6.23. Один сегмент кубического сплайна
Если известны векторы Р , Р„ Pv касательные векторы Р', Р', Р' и
значения параметров А,, (рис. 6.24), то форма каждого сегмента оп-
ределяется из уравнения (6.119). Однако маловероятно, что извес-
тен касательный вектор Р' в точке соединения. Его можно вывести
из условия непрерывности.
Рис. 6.24. Два кусочно-кубических сегмента сплайна
Вспомним, что кусочный сплайн степени kимеет непрерывность
степени k-\ в точках соединения; непрерывность кубического сплай-
на равна двум. Для этого должна быть непрерывна вторая производ-
ная Р" (t) или кривизна линии. Дважды продифференцировав урав-
нение (6.118), получим
Р'(0 = [«'М /(0 г"(0]=ХД(г-1)(г-2)Г;’3, q <l<t2.	(6Л24)
1=1
Для первого куска сплайна параметр изменяется в пределах
О <t< Z2 . Подставим t = t в уравнение (6.124):
‘ Р;, = 6В4/2 + 2В3.
251
Для второго участка сплайна параметр изменяется в диапазоне
О i Подставим в уравнение (6.124) значение t= 0 в начале второ-
го участка
Р" = 2В..
Приравнивая полученные результаты и пользуясь уравнениями
(6.120)-(6.122), будем иметь
б^[2(р, - p2)/v+р\ /$+р; /«у + 2[3(р, - р,)/р2 - гр; /«, - р; /у =
= 2[3(Р3 - Р.)/Ч - 2Р'г/1, - Р', /<5].	(6.125)
Левая часть этого уравнения представляет кривизну в конце пер-
вого сегмента, а правая — в начале второго. Умножим обе части урав-
нения (6.125) на t2t5 и сгруппируем члены:
«,р; + 2(«3+ур; +/2р; =зрар3-р2) + г,2(Р2-/’)]/(/2у. (6.126)
Отсюда определяется Р' — неизвестный касательный вектор в
точке соединения. Отметим, что в окончательном уравнении опять
присутствуют значения параметра t в концах сегментов t2 и .
Формулу можно обобщить для п точек, и для п-1 сегментов ку-
бического сплайна получить непрерывность второго порядка в точ-
ках соединения.
Кривые Безье. Существует класс задач, когда решение зависит как
от функциональных, так и от эстетических требований, например
дизайн поверхности мебели, посуды или упаковки. Кроме количе-
ственных критериев здесь требуется учет практического опыта, и
часто необходимо интерактивное вмешательство разработчика.
Рассмотренные выше методы, в частности кубические сплайны,
неудобны для интерактивной работы. Направление и величина каса-
тельных не дают необходимого ингуитивного представления о кри-
вой, так как неочевидна связь между набором чисел и формой соот-
ветствующей кривой.
Пьер Безье предложил другой метод создания кривых и поверхнос-
тей любой формы. Безье вывел математическую основу своего метода
из геометрических соображений, но его результат эквивалентен ба-
зису Бернштейна или функции полиномиальной аппроксимации.
Кривая Безье задается многоугольником, как показано на рис. 6.25.
Так как базис Безье является бернштейновским, сразу же известны
некоторые свойства кривых Безье, например:
Функции базиса вещественны.
Степень многочлена, определяющего участок кривой, на единицу
меньше количества точек соответствующего многоугольника. Осно-
ва формы кривой повторяет очертания многоугольника. Первая и
последняя точки кривой совпадают с соответствующими точками
определяющего многоугольника.
252
Векторы касательных в концах кривом по направлению совпада-
ют с первой и последней сторонами многоугольника.
Кривая лежит внутри выпуклой оболочки многоугольника, т. с. внуг-
ри самого большого многоугольника, построенного по заданным точкам.
Кривая обладает свойством уменьшения вариации Это означает,
что кривая пересекает любую прямую линию не чаще, чем определя-
ющий многоугольник.
Рис. 6.25. Кривая Безье и определяющие ее точки
На рис. 6.26 показано несколько четырехточечных многоугольни-
ков Безье и соответствующих кривых. На основе перечисленных
выше свойств можно легко научиться предсказывать форму кривой
по виду многоугольника.
Рис. 6.26. Многоугольники Безье для кубических кривых
Математическое параметрическое представление кривой Безье
имеет вид
i=0
(6.127)
где базис Безье или Бернштейна (функция аппроксимации)
253
(6.128)
'nA n!
J J г!(п —г)!
Рассмотрим построение кривой Безье на примере.
Пусть заданы вершины прямоугольника Безье: В()[1 1]; ВД2 3];
ДД4 3]; ВДЗ 1]. Найти семь точек, лежащих па кривой Безье.
В нашем случае п = 3, так как имеется четыре вершины. Отсюда
'п\	3!
?Д1) = Л(ГЛ)?
AoW=(i/(i-O’ =(!-«)’;
/м(0 = 3«(1-/)2;
Д.2(О = 3/г(1-0;
Уз.з (О = •
Итак,
Р(/) - В0/з о
=(1-03Ро + 3z(i-z)2^ +з?(1-0Р +?/>.
Таблица 6.5
Коэффициенты для кривой Безье
1	Уз.о	7з.1	Л.2	./з.з
0	1	0	0	0
0,15	0,614	0,325	0,058	0,003
0,35	0,275	0,444	0,239	0.042
0,5	0,125	0,375	0,375	0,125
0,65	0,042	0,239	0,444	0,275
0,85	0,003	0,058	0,325	0,614
1	0	0	0	1
254
ЗначенияJ для различных значений / приведены в табл. 6.5. Точ-
ки на кривой:
Р(0)=В„=[1 1];
Р(0,15) = 0,614 В„ +0.325 В,+ 0,058 В,+ 0,003 В,- [1,5 1,765];
Р(0,35) = 0,275В0 + 0,444В, + 0,239В, + 0,042 В, = [2,248 2,367];
/'(0,5) =0,125 В„ + 0,375 В, + 0,375 В, + 0,125 В, = [2,75 2,5];
Р(0,65) = 0,042В, + 0,239 В, + 0,444 В. + 0,275В =[3,122 2,367],
/’(0,85) = 0,003 В, + 0,058В, + 0,325В2 + 0,614В, = [3,248 1,765];
/>(1) = В, = [3 1].
Эти точки показаны па определяющем многоугольнике на рис. 6.27.
Рис. 6.27. Сегмент кривой Безье
Уравнение кривой Безье можно записать в матричном виде, гак же
как уравнения для кубических сплайнов и параболической интерполяции.
l\t) = TNG= FG,
Здесь 7 = [Г Г1 ... I 1],/•'=[/ „ J .... J ],G’ = [B В... В],
L	J	I J n,n J	L 0	1	nJ
Особенный интерес представляют матричные формы для малых
значений п. Для многоугольника из четырех точек (п = 3) кривая Бе-
зье имеет вид
255
Р(0=[(1-03 3/(1 -О2
3/2(1-0 г3]
Bi
Группируя коэффициенты, получим
P(t) = [t3 г rl]
3
-3
1
Аналогично, кривая Безье четвертого порядка (п = 4), заданная
многоугольником из пяти точек:
Р(0=[«4 Л2г1]
Контрольные вопросы
1.	Изображение точек.
2.	Преобразование точек на плоскости.
3.	Поворот точки вокруг начала координат.
4.	Однородные координаты.
5.	Поворот вокруг произвольной точки.
6.	Отражение относительно произвольной прямой.
7.	Геометрическая интерпретация однородных координат.
8.	Преобразование точек в пространстве.
9.	1’рехмерное масштабирование.
10.	Трехмерные сдвиги и вращение.
11.	Трехмерное отражение.
12.	Пространственный перенос.
13.	Композиции преобразований.
14.	Непараметрические кривые.
15.	Параметрические кривые.
16.	Параметрическое представление окружности.
17.	Параметрическое представление эллипса.
18.	Пространственные кривые.
19.	Кубические сплайны.
20.	Кривые Безье.
7.	ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДЛЯ ДИЗАЙНА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
УПАКОВКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА
7.1.	Специализированное программное обеспечение
САПР упаковки
Разработка геометрии картонной коробки, упаковки или диспле-
ев выполняется в системе автоматизированного проектирования.
Специалист, создающий проект, должен учесть множество техничес-
ких параметров, связанных с производством: тип материала, кото-
рый будет использоваться, толщину картона, направление волокон и
т. д. Оператору необходимо точно определить, где и как будут произ-
водиться сложение и вырубка. После того как разработанная короб-
ка принимается клиентом или производственным отделом, создают-
ся специальные формы.
Для выполнения всех этапов работ по проектированию упаковки
и оснастки используется специализированное программное обеспе-
чение, описанное ниже.
7.1.1.	Пакет Impact компании Arden Software
Основанная в 1988 г. чеширская компания Arden Software — созда-
тель системы для разработки упаковки Impact CAD/CAM — входит в
группу компаний Arden Group. Группа Arden включает компанию
Arden Die (год создания — 1963-й, около 30% рынка штанцевальных
форм в Англии), предприятие Arden Engraving (специализируется на
изготовлении матриц, конгревных штампов и т. д.) и Arden Software.
Система Impact была разработана специально для упаковочной
промышленности. Ее история связана с программными комплекса-
ми IPDS DOS и IPDS Windows, которыми более 10 лет пользовались
257
производители йысекальных штампов и упаковки. В Impact сохране-
ны все функциональные возможности, обеспечившие успех IPDS
Windows. Такие новые функции, как параметрические конструкции,
множество слоев рисования, вложенные блоки, штриховки, библио-
теки символов, макроотладчик, дополняют хорошо зарекомендовав-
шие себя ранее функции автоматической раскладки, автоматическо-
го создания мостиков, работы с библиотеками стандартов FEFCO и
ЕСМА, ЗБ-просмотра и встроенного макроязыка.
При работе в знакомой операционной среде Windows набор инстру-
мен юв Impact обеспечивае г полноцветную SD-графику (показывающую,
как выглядит сложенная коробка), связь с программными системами циф-
ровой обработки изображений, поддержку сканирования изображений,
управление базой данных заказчиков и проектов, использование библио-
теки стандартов коробок из обычного и гофрированного картона.
Система Impact — это программный продукт, обеспечивающий вы-
полнение всей технологической цепочки от разработки кроя до изго-
товления штампов (плоских или ротационных). Он включает проце-
дуры работы с кроем, раскладкой, доской штампа, контрматрицей,
штампами для удаления отходов, резиной, выводом на различные ис-
полнительные устройства (плоттеры, лазерные резаки, фрезерные
станки, водорезки), а также имеет набор фильтров импорта-экспорта.
Многие базовые концепции, заложенные еще в DOS-версии, ока-
зались настолько удачными, что их можно встретить в самой после-
дней версии программы Impact 2.1. К таковым можно отнести:
вся работа ведется в единой пользовательской среде;
программа разделена на ядро и функциональные блоки;
используется технологически ориентированная база данных;
организация вывода па исполнительные устройства позволяет
настрои ть процесс требуемым для пользователя образом;
функционирование программы определяется множеством на-
(троек.
В графическом редакторе используются примитивы следующих
типов: точка, прямая линия и отрезок, дуга, окружность и кривые
Безье. Каждому примитиву назначается технологический признак —
палитра, чтобы определить, что эта, например, линия высечки, а
та --биговки. Таким образом, выполняя в программе различные про-
цедуры, при условии правильного выбора типов палитр, пользова-
тель всегда имеет поддержку от самой программы в виде подсказок
или автоматизации определенных этапов обработки чертежа.
25S
Блок раскладки кроя на листе картона Графический редактор
позволяет легко построить любой крой новой конструкции коробки
Этот способ разработчики Impact считают основным, хотя ими под-
держивается и обширная библиотека стандартных коробок, пользо-
ваться которой достаточно просто: следует выбрать требуемый крой
и задать несколько размеров. Далее крой автоматически рассчитыва-
ется для заданных параметров с учетом типа выбранного материала.
Однако предварительно должна быть сделана настройка по типам
картона, которые предполагается использовать на предприятии.
Мастер создания раскладки коробки. Для создания кроя можно
использовать отсканированный эскиз и функцию преобразования
растрового изображения в векторное. И самое главное, каким бы спо-
собом пи была построена коробка, ее чертеж всегда можно редакти-
ровать, сохраняя при этом предыдущий вариант.
Положительной особенностью Impact является возможностьсде-
лать любой чертеж параметрическим, т. е. проставив определенным
образом размеры и заменив часть из них на параметры, пользователь
превращает чертеж кроя в подобие стандарта из библиотеки: изме-
няются значения параметров, и коробка после пересчета перестраи-
вается автоматически.
Расстановка ножей. Блок раскладки кроя на листе картона (или
доске штампа) выполняет свои задачи автоматически. Однако пользо-
ватель может влиять на конечный результат, меняя соответствующие
параметры. На листе можно раскладывать несколько типов кроя с
учетом, например, тиражиости каждого. Кроме того, имеются на-
стройки, которые определяются типом используемого высекально-
го пресса. Это влияет на размер передней и задней кромок, «запасы»
по бокам листа. Если на предприятии используется несколько типов
прессов, то следует подготовить настройки для каждого из них, а в
процессе раскладки необходимо указать программе, настройки для
какого пресса использовать. Крой может укладываться «нож в нож»
или с заданным зазором.
Перечисленные функциональные возможности входят в пакет Impact
Designer, который предназначен для пользователей, занимающихся толь-
ко разработкой коробок и заказывающих штампы «на стороне».
Компаниям, вовлеченным в процесс изготовления различной ос-
настки для высечки, предлагается пакет Impact Diemaker, который
помимо функции конструктора включает блоки создания доски штам-
па, штампов для удаления отходов, разработки контрматрицы, раз-
мещения резины. Все эти процедуры автоматизированы, «поведение»
259
их при работе определяется многочисленными настройками, кото-
рые при необходимости можно менять. С помощью перечисленных
процедур удаляют «общие ножи», размещают ножи для разделения
на части краевых и внутренних отходов, создают формы самих досок
(верхней и нижней) для удаления отходов, разрабатывают элементы
контрматрицы, размещают различные типы резины на штампе и ре-
дактируют профили резины.
С помощью программы можно подготовить файлы для автомати-
зированного оборудования, предназначенного для изготовления но-
жей штампа.
Блок вывода Impact позволяет управлять плоттером, чтобы выве-
сти чертеж либо изготовить образец коробки из обычного или гоф-
рированного картона. Настройки вывода также обеспечивают пра-
вильное выполнение процедуры фрезерования контрматрицы на
соответствующем оборудовании или же «раскрой» доски (цилиндри-
ческой заготовки) на лобзике или лазерном резаке.
Предварительный просмотр готовой коробки. В конструктор-
ский пакет входит модуль трехмерной графики, который позволяет
экспортировать (сканировать) изображение и разместить его должным
образом на чертеже кроя коробки. Далее эту коробку можно «сложить»,
при этом вся графика будет видна в соответствии с ракурсом объекта.
Сложешгую коробку можно подсветить одним или несколькими источ-
никами света, переместить, повернуть в плоскости или в пространстве,
«положить» в нее «товар», созданный в соответствующем программ-
ном обеспечении и затем импортированный сюда. Удачные сцены
пользователь может «сфотографировать» и, более того, записать ани-
мацию, например, процесса складывания коробки. Таким образом,
можно создавать презентационные сцены или даже ролики.
Система построена по модульному принципу и состоит из компо-
нентов Designer, Diemaker, Administrator, Graphics и Viewer. База
данных обеспечивает управление хранением и быстрый поиск дан-
ных, печатание отчетов о выполненных заданиях, их исполнителях
и пользовательских запросах, интеграцию с сетевыми базами данных
и системами расчета и управления.
Интуитивный интерфейс Impact позволяет конструкторам за ко-
роткое время создавать проекты упаковки, удобно располагая по сло-
ям развертку коробки и варианты раскладок. Функциональные воз-
можности Impact для разработки штампов помогут быстро и точно
создать чертежи сложной производственной оснастки.
База данных по проектам осуществляет защиту от несанкциони-
рованного доступа, контроль за изменениями проектов, подготовку
260
различных форматов под разные типы прессов для одной фирмы и
дает возможность обмена с другими пакетами (например, с Access).
Встроенный макроязык IML позволяет самостоятельно дописывать
необходимые команды.
При проектировании вырубных штампов выполняется автоматичес-
кая расстановка мостиков, удаление дв<эйных линий, формирование кре-
пежных отверстий, вывод служебной информации при вырезании доски
(указание мест перемычек, технологические надписи и т. д.). Задаются
настройки для каждого типа пресса: типы ножей, досок, шаблон отвер-
стий. При проектировании дополнительной оснастки задаются секции
удаления отходов, разделения заготовок, отделители переднего кроя.
Impact поддерживает промышленные стандарты. Так, фильтры
ввода-вывода включают CCF2, DDES2, DXF, HPGL, Adobe Illustrator и
PostScript, что дает пользователям возможность взаимодействовать
практически с любой графической или CAD/CAM-систсмой. Кроме
того, пакет имеет драйверы для работы с различными устройствами,
такими как лазерные резаки, плоттеры для изготовления образцов
из картона, специальные фрезерные станки для контрматриц, поли
графические машины, лазерные принтеры.
Приведем пример использования одного из таких устройств. План-
шетный промышленный плоттер Zund предназначен для изготовления
образцов коробок из любого картона (до 13 мм толщиной). Возможности
данного устройства позволяютускорить процесс отладки новой конструк-
ции коробки, изготовить образец коробки в присутствии заказчика, вы-
чертить штамп на фанерной доске, что экономит время и устраняет воз-
можные ошибки. Дополнительные возможности дает применение фре-
зерной инструментальной и цветной струйной головок. Первая позволя-
ет осуществлять фрезерно-гравировальную обработку листов пластиков
и мягких металлов (например, выборку канавок, изготовление контрмат-
риц), вторая — изготовить образец коробки с напечаганным рисунком
В модуле Print Rule Checker задаются правила, в соответствии с
которыми будут обработаны задания: установить число красок или
плат, тип печати, минимальную толщину линий и т. д.
7.1.2.	Программный продукт MarbaCAD
Упаковка из картона, гофро- и микрогофрокартона, друтих матери-
алов разрабатывается и изготавливается с помощью специализирован-
ных систем автоматического проектирования. Рассмотрим этот про-
цесс на примере использования программного продукта MarbaCAD.
261
MarbaCAD представляет себой разветвленную систему проектиро-
вания как собственно упаковки, так и всей сопутствующей оснастки
(штанцформ, контрматриц, оснастки для удаления отходов и разделе-
ния заготовок). Имеется встроенная база данных по оборудованию,
клиентам, пользователям, материалам и т. д. Основное окно програм-
мы выглядит традиционно для таких приложений: большое рабочее
поле и ряд выпадающих меню и настраиваемых кнопочных панелей.
Как и любая программа редактирования векторной графики,
MarbaCAD предоставляет в распоряжение пользователя набор инст-
рументов для создания и изменения графических примитивов (ли-
ния, многоугольник, окружность, дуга, эллипс, гладкая кривая). Ши-
роко используется система привязок (как в AutoCAD) для указания от-
дельных координат (окончание, середина, центр примитива; пересечение
объектов, привязка к сетке и начальной точке блока). Если необходимо вве-
сти точные координаты, используется специальный инструмент — «ввод
с клавиатуры'*, а начиная с 3-й версии программы можно просто вво-
дить относительные приращения координат с одновременным исполь-
зованием полярной привязки, что значительно ускоряет процесс рутин-
ной прорисовки по сравнению, например, с CorelDraw. Для дальнейше-
го повышения производительности рекомендуется активно пользовать-
ся «быстрыми клавишами» — для каждой часто используемой команды
можно назначить свою удобную комбинацию.
Основным преимуществом САПР специального назначения, к ка-
ким относится и MarbaCAD, является набор специализированных,
особенных для данной конкретной отрасли программ и утилит. Пользо-
вателю предоставляется готовое рабочее пространство со всеми при-
нятыми в проектировании упаковки стандартами. Представлены все
технологические типы линий (рез, биговка, перфорация с различным
шагом, рицовка, обратные биговка и рицовка, отрывная перфорация)
и вспомогательные (размерные линии, текст, штриховка).
Чертеж имеет иерархическую «слоистую» структуру, где каждый
слой соответствует различным процессам производства (чертеж от-
дельной упаковки, раскладка на листе, штанцформа, трехмерный вид
и т. д.). Таких слоев может быть сколь угодно много. Одновременно
могут быть открыты несколько чертежей.
После выбора необходимых параметров и запуска макроса вычер-
чивается соответствующая коробка с проставленными размерами и
указанными местами склейки. Полученный чертеж — это обычный
набор линий, дуг, окружностей, который можно редактировать даль-
ше. Например, при помощи других специализированных макросов.
262
Ведь кроме стандартных конструкций есть еще стандартные элемен-
ты: замки, распространенные варианты дна коробки и т. д. Для их
удобной отрисовки также предусмотрены свои программы.
При помощи параметрического дизайна, один раз начертив какую-
либо конструкцию и расставив соответствующие связи, можно легко
получать аналогичные конструкции с другими линейными размерами.
Таким образом, MarbaCAD располагает богатым инструментарием
для проектирования упаковки. 11о не менее важно иметь возможность
проверить конструкцию и представить ее перед клиентом в наиболее
привлекательном виде. Для этого служит отдельный глубоко разрабо-
танный модуль трехмерного моделирования. С помощью этого моду-
ля можно без больших трудозатрат проверить складываемость конст-
рукции до вырезания макета на плоттерном оборудовании.
SD-рсжим обеспечивает создание качественной трехмерной сцены.
Можно накладывать па объекты различные текстуры, управлять источ-
никами света, осуществлять обмен моделями с такими пакетами, как
3D-Studio, сохранять файлы в VRML-формате для дальнейшей публи-
кации в Интернете, записывать несложные видеоролики, показываю-
щие конструкцию со всех сторон. Это может служить и для наглядных
инструкций по сборке многосоставной сложной упаковки.
Остановимся на коммуникационных возможностях пакета, что
немаловажно для конструктора упаковки — ведь часто приходится
иметь дело с электронными исходными данными. Эти возможности
достаточно широки: поддерживается импорт всех наиболее распрост
раненных форматов векторных файлов (*.ai, *.cps, *.dxf, *.dwg, *.hpg,
*.cf2) и растровых изображений. Для последних предусмотрено получе-
ние их напрямую со сканера и дальнейшее переведение в векторный
вид. Экспорт поддерживает те же форматы данных. Формат CFF (*.cf2)
особенно важен, так как распознается большинством программ верст-
ки. Предоставляется самая полная информация о чертеже — площадь,
габаритные размеры, расход линеек, количество отходов и т. д. Возмож-
но исправление исходных чертежей: устранение двойных линий, улуч-
шение совпадения концов отрезков, сглаживание ломаных линий.
MarbaCAD — один из наиболее сбалансированных и универсаль-
ных пакетов для проектирования упаковки и сопутствующей оснаст-
ки из представленных на рынке. Программа позволяет намного быс-
трее и надежнее, чем при использовании САПР общего назначения,
проектировать сложные конструкции. Достигается это за счет авто-
матического выполнения рутинных операций и накопления собствен-
ных наработок в удобном виде. Немаловажную роль играет и провер-
ка чертежа без вырезания макета.
263
В MarbaCAD встроена база данных по различному оборудованию,
такому как плоттеры, лазеры, высекальные прессы^ фрезерные ма-
шины для изготовления контрматриц, автоматические машины под-
готовки линеек для изготовления штанцформ.
Информация из чертежа может быть напрямую передана на лю-
бую из этих машин (оборудование известных фирм и стандартные
устройства, оперирующие HPGL, NC-кодами; возможно написание
собственных интерфейсов). Это позволяет автоматизировать изго-
товление макетов и сигнальных образцов, производство биговальных
контрматриц, лазерную резку, подготовку стальных линеек для уста-
новки в штанцформу.
Кроме базы данных по оборудованию имеется база данных по кли-
ентам, где отмечаются все работы, сделанные для данного заказчика,
а также находящиеся в производстве. Специфическая информация
по каждой работе (например, количество отходов на листе, длина
линеек в штампе и т. д.) может быть предоставлена внешним базам
данных или использована при подготовке документации, распечатке
чертежей. Над одним проектом одновременно могут работать не-
сколько проектировщиков и операторов оборудования, предусмот-
рено параллельное редактирование разных слоев в чертеже. При этом
поддерживается полная система разграничения полномочий и прав
доступа к тем или иным объектам чертежа.
MarbaCAD представляет собой законченный продукт для проекти-
рования и изготовления упаковки. Его можно рекомендовать как ди-
зайн-бюро, так и крупным полиграфическим предприятиям для интег-
рации в производственный цикл. Как и любая специализированная
САПР, MarbaCAD имеет ряд преимуществ по сравнению с САПР обще-
го назначения (библиотека готовых конструкций, легкость ЯП-визуа-
лизации, связь с оборудованием, встроенные стандарты). Многие спе-
цифические операции автоматизированы, но в то же время специали-
зация накладывает свои ограничения—д ля изготовления чертежей без
использования специальных функций и без интеграции с производ-
ством предпочтительнее использовать такие САПР, как AutoCAD.
MarbaCAD представляет собой специализированный программ-
ный продукт, рассчитанный на быстрое и эффективное выполнение
основных задач, возникающих в производстве упаковки. Данный про-
граммный пакет является стандартным приложением, выполняемым
в среде Microsoft Windows на РС-нлатформе. Рассмотрим основные
возможности этой САПР на различных этапах разработки и изготов-
ления упаковки.
264
Конструктивный дизайн упаковки. Пакет программ MarbaCAD
в стандартной поставке включает полные библиотеки готовых кон-
струкций FEFCO (упаковка из гофро- и микрогофрокартона) и ЕСМЛ
(упаковка из картона). Каждому коду классификации соответствует
чертеж, в котором достаточно указать внутренние размеры коробки
и используемый материал. Предусмотрены ограничения на макси-
мальные и минимальные размеры коробок, есть возможность редак-
тировать все необходимые параметры, в том числе создавать персо-
нальные материалы упаковки и задавать допуски на них. К каждой
коробке можно добавить стандартные элементы — вырез под палец,
клапан для подвешивания на стену и т. д.
В функции программы заложен параметрический дизайн: спроек-
тировав один раз оригинальную упаковку и расставив соответствую-
щие связи на размеры отдельных элементов, можно в дальнейшем
получать аналогичные конструкции с измененными размерами прак-
тически без дополнительных затрат времени.
MarbaCAD позволяет работать с растровыми изображениями внут-
ри чертежа, в том числе импортировать сканированные рисунки («ма-
стер» сканирования) и осуществлять векторизацию.
Отдельно следует упомянуть об имеющихся во 2-й версии пакета
средствах SD-визуализации и подготовки демонстрационных видео-
фильмов. Чертеж упаковки можно сложить в автоматическом или
ручном режиме по выбранным линиям сгибов, что позволяет конт-
ролировать корректность выполнения чертежа и получай» наглядное
представление о внешнем виде упаковки до изготовления макета. На
лицевую и оборотную стороны изделия могут быть наложены соот-
ветствующие печати растровые текстуры. Поддерживается импорт
объектов из 3D-Studio. «Мастер» создания видеороликов служит для
подготовки презентационного материала о будущей упаковке фильм
разбивается па ключевые кадры, в которых фиксируются положение
коробки и камеры в пространстве, а также углы сгибов всех биговок,
после чего программа интерполяцией получает промежуточные кад-
ры. Готовый ролик хранится в общепринятых форматах.
Для связи с различными дизайнерскими программами и другими
САПР поддерживается импортирование и экспортирование чертежей
в различные форматы (в том числе *.dwg, * dxf, *.ai, *.eps и др.).
Подготовка раскладки на печатный и высекаемый листы. Спро-
ектированную упаковку необходимо разложить на печатный лист оп-
тимальным образом. Для этого в MarbaCAD применяется «мастер»
265
раскладки. Возможны следующие варианты ручной и автоматической
генерации раскладок на лист:
оптимальное заполнение площади листа;
заполнение по рядам и колонкам;
заполнение листа согласно тиражам изделий;
заполнение части площади листа.
В каждом из этих методов предусмотрен учет направления волок-
на материала и возможно принудительное управление ориентацией
отдельных элементов раскладки. Одновременно можно готовить рас-
кладку на несколько разных размеров листа (например, 1020x720 и
700x500 мм — под разные печатные и высекальные машины). Для каж-
дого листа настраиваются необходимые границы запечатываемого
поля и отступы по краям.
Сгенерированная раскладка сохраняется в отдельном слое чер-
тежа и меняется автоматически при изменении конструкции исход-
ной упаковки.
Проектирование оснастки для высечки представляет особый ин-
терес, поскольку в отличие от печати не может быть полностью авто-
матизировано. Модуль разработки штанцформ MarbaCAD (не входит
в базовую конфигурацию) позволяет автоматизировать многие опе-
рации по разработке штанцформ, биговальных контрматриц, оснас-
тки для удаления отходов. В базе данных по оборудованию хранятся
характеристики высскальных прессов (все модели BOBST), имеется
возможность редактировать необходимые характеристики и добав-
лять новые высекальныс машины со своими параметрами.
Создав раскладку для определенной марки высекального пресса,
программа рисует основу штанцформы со всеми отступами, отвер-
стиями для крепежа и компенсационными ножами. Автоматизирова-
на расстановка арок (мостиков) на ножах. В полуавтоматическом ре-
жиме добавляются ножи разделения отходов. Есть возможность встав-
ки специализированных символов (логотип фирмы, дата, номер за-
каза). Чертеж проверяется на наличие накладывающихся линий, ко-
торые автоматически удаляются.
Для проектирования ротационных штанцевальных форм пре-
дусмотрены возможность сжатия чертежа для учета цилиндрической
поверхности, разбиение чертежа на два полуцилиндра и расстанов-
ка арок на ножах.
Для качественной приклейки штанцформы вырезают с помощью
автоматического оборудования (водорезки) фигурные элементы из
резины, что существенно ускоряет процесс оклейки штампа.
266
Пункт меню проектирования оснастки для удаления отходов
(вторая секция машин типа BOBST) позволяет начертить полный ком
плскт стрипперного оборудования. При этом параметры, заданные
по умолчанию для данного типа оснастки, Moiyi быть изменены в про-
цессе работы как для всей оснастки, так и для отдельных элементов
Автоматизирован процесс проектирования биговальных контр-
матриц— в большинстве случаев контрматрица чертится без вмешатель-
ства проектировщика, хотя предусмотрено и ручное редактирование
7.1.3.	Программа ArtPro
Программа ArtPro — уникальное и единственное в мире программ
ное решение, полностью ориентированное на создание макетов эти-
кетки и упаковки. ArtPro позволяет реализовать в рамках настольных
издательских технологий (DTP) систему, которая ранее могла быть со-
здана только на базе специализированных аппаратных решений, таких,
например, как системы от Вагсо. Переход от специализированной за-
крытой аппаратной системы к комплексам уровня DTP позволяет, с
одной стороны, значительно снизить затраты на оборудование, с дру
гой — активно использовать от крытость программной и аппаратной ар-
хитектуры комплексов DTP. Связующим звеном, обеспечивающим пол-
ную функциональность таких комплексов, и является программная сис-
тема ArtPro, разработанная бельгийской компанией Artwork Systems.
Основной особенностью ArtPro является то, что в рамках одного
программного продукта объединены все дизайнерские инструменты,
используемые при создании макетов высококачественной этикетки
или упаковки. При этом каждый из инструментов обладает характе-
ристиками, недоступными обычным дизайнерским программам. По-
мимо интеграции всех основных инструментов ArtPro отличает вы-
сокая скорость интерактивной работы с ними
Среда разработки в программе ArtPro Программа предоставля-
ет полный набор функций по созданию и редактированию различ-
ных графических объектов. Объекты размещаются в одном или не-
скольких слоях, что удобно при обработке разнородных изображе-
ний или при сложной графической работе. В процессе редактирова-
ния может быть сделано практически неограниченное число возвра-
тов назад от текущего состояния.
Для удобства работы применяется мощная система линеек, направ-
ляющих и сетки (узлы которой можно настроить па «притягивание»
элементов).
267
ArtPro создает изображения размером до 16x16 см, при этом внут-
ренняя точность соответствует 1/120000 дюйма (0,0021 мм).
Использование текста и штрихкодов. В дизайне любой упаков-
ки или этикетки присутствует штрихкодовая информация. Для быст-
рого и удобного создания штрихкодов в программу ArtPro интегри-
рована соответствующая команда. В наборе параметров присутству-
ют все существующие сегодня стандарты, такие как EAN-13, UPC. При
вводе числового кода программа сама рассчитывает контрольную сум-
му, что исключает ошибки.
Для работы с текстом имеются все стандартные инструменты,
аналогичные инструментам верстки таких программ, как QuarkXPress
или Adobe PageMaker.
Работа с цветом в программе ArtPro. При печатании упаковки
обычно кроме триадных цветов используют дополнительные про-
стые. Это краски семейства Pantone, краски с золотым или серебря-
ным блеском. ArtPro обеспечивает максимальное приближение пе-
редачи цветов на экране монитора. Каждый макет содержит до 64
цветоделенных слоев. Градиенты и виньетки могут содержать цвета,
составленные из произвольного набора красок Pantone и стандарт-
ной триады в любых процентных соотношениях. Чтобы снизить ве-
роятность возникновения ступенчатых полос при цветопередаче, к
градиентам добавляется эффект шума.
Векторизация. Сканированные изображения, такие как логотипы и
виньетки, для повышения качества обычно переводят в векторную фор-
му. Этот процесс носит название векторизации. Основная задача при пе-
реводе — минимизация потери качества. При векторизации программа
ArtPro обеспечивает наилучшие показатели среди аналогичных продук-
тов. Входными форматами являются TIFF и Handshake LW. В процессе
векторизации ArtPro выполняет многоуровневую очистку изображения
от нежелательных элементов, например частичек пыли на слайде.
Импорт PostScript-изображений. Изображения, созданные в дру-
гих программах, могут быть импортированы в ArtPro в форме
PostScript-файла. При этом выполняется автоматическое преоб-
разование во внутренний язык ArtPro. Это дает возможность ре-
дактировать все элементы в PostScript-файле. В процессе преоб-
разования векторное изображение оптимизируется: многослой-
ные градиенты и виньетки заменяются на однослойные высокока-
чественные объекты формата ArtPro. Если в PostScript-изображении
имеется текст, то он останется текстом с соответствующими парамет-
рами шрифта и начертаний.
268
Step & Repeat. При печатании этикеточной и упаковочной про-
дукции обычно используют листы или рулоны бумаги, значительно
превосходящие макет по размеру. Для максимально эффективного
использования материала один и тот же макет копируют и располага-
ют по печатному формату. Важно расположить копии макета таким
образом, чтобы при последующей вырубке отходов было как можно
меньше. Размножить по формату макет и оптимизировать размещение
позволяет встроенная опция Step & Repeat. Границы сгибов и вырубки
могут задаваться вручную или быть импортированы в форматах DDES
CFF2 из программы IPDS Windows. Поля на припуск рассчитываются
автоматически; для оптимизации вырубки они могут перекрываться.
Печать из программы ArtPro. Готовый макет (или серия макетов)
выводится в виде PostScript-данных. При выводе задаются парамет-
ры, учитывающие особенности фотовыводного устройства и после-
дующего печатного процесса. Таким образом, происходит компенса-
ция искажения и растаскивания точки (например, при флексограф-
ской печати). Если печать предполагается выполнять с использова-
нием гравировальной машины, то работа растрируется при помощи
специального дополнительного модуля, в котором применяются тех-
нологии, обеспечивающие наилучшее качество вывода. Для последу-
ющего редактирования или использования в других работах макет
можно экспортировать в формат Adobe Illustrator.
Программа состоит из базового комплекта модулей и дополнитель-
ных модулей, которые расширяют ее возможности. Пользователь
получает возможность оптимизировать свои затраты за счет выбора
только необходимых функций с последующим приобретением тех,
которые могут ему потребоваться.
А потребоваться для изготовления качественной упаковки на уров-
не мировых стандартов могут следующие опции:
1)	инструменты редактирования — набор стандартных инструмен-
тов для работы с векторной/растровой графикой и версткой текста;
2)	качество цветоделения и ширина палитры цветов, которые оп-
ределяют внешний вид конечного продукта;
3)	трехмерная визуализация упаковки;
4)	модуль проверки импортируемых объектов PS/PDF, который
дает пользователю возможность контролировать как ошибки в фай-
ле, так и задаваемые параметры (минимальную толщину векторных
линий, линиатуру растровых изображений, наличие шрифтов и т. д.);
5)	модуль векторизации, преобразующий растровое и полутоно-
вое изображение в векторный формат;
269
6)	модуль печати, обеспечивающий корректную и быструю пе-
чать/вывод;
7)	модуль связи с базой данных элементов макета, который позво-
ляет избежать многих ошибок (использование старой версии растро-
вой картинки, выбор неправильного шрифта и т. д.);
8)	модуль, который вносит компенсирующие искажения в макет.
При изготовлении объемной упаковки или этикеток для объемной
продукции происходит визуальное геометрическое искажение. На-
пример, круг, напечатанный на этикетке бутылки, будет визуально ка-
заться овалом. Для компенсации этого эффекта обычно вносят «ис-
кажения с обратным знаком». В пашем примере можно напечатать
овал, который, будучи приклеенным, визуально выглядит как круг.
Базовый комплект ArtPro включает модули:
Модуль ArtCruise осуществляет проверку импортируемых объек-
тов PS/PDF.
Модуль Vectorization служит для преобра зования растровой и по-
лутоновой графики в векторный формат.
Модуль Editing tools предназначен для работы с векторной и рас-
тровой графикой, версткой текста и реализации дополнительных
функций: interactive trapping; coloring; vignettes; text; pantone; barcodes.
Модуль Print позволяет осуществлять полный контроль за подго-
товкой документа к печати (созданием окончательного файла PS).
Модуль ArtLink позволяет управлять работой программы при по-
мощи статической базы данных. База данных содержит информацию
об атрибутах элементов макета, а также его различных версий.
Модуль ArtRender предназначен для трехмерной визуализации
упаковки.
Path Warp выполняет компенсирующие геометрические искаже-
ния векторных объектов и текста для конических поверхностей.
Базовый набор функций программы ArtPro может быть значитель-
но расширен дополнительными модулями. Они приобретаются (за-
казываются) вместе с основной программой
К дополнительным модулям программы ArtPro 6.0 относятся:
Модуль Power Trapper служит для выполнения высококачествен-
ного треппинга, позволяет компенсировать белые зазоры, которые
неизбежно возникают из-за неточности монтирования печатных форм-
ных пластин на печатной машине, деформации запечатываемого ма-
териала и других факторов. Модуль выполняет следующие функции:
вычисление матрицы перекрытия объектов треппинга с возмож-
ностью редактирования цвета каждого элемента матрицы;
270
просмотр результата операции треппинга;
задание максимального количества параметров процесса треп-
пинга;
поддержка более четырех i цветовых сл оев (CMYK и дополнительные);
автоматический учет;
треппинг над плашками, градиентными заливками, растровыми
изображениями в любом сочетании;
сохранение граней плашек прямоугольными после треппинга;
редактирование и удаление любых элементов перекрытия.
Модуль Power Layout (Step&Repeat) используется для выполнения
импозиции макета по печатному формату (размножение или мульти-
плицирование нескольких макетов/раскроек на одну печатную фор-
му). Модуль имеет следующие особенности:
автоматический учет соприкасания и перекрытия обрезных кра-
ев макетов;
включение в сигнатуру меток для совмещения;
использование как готовых меток из библиотеки, так и создан-
ных пользователем;
автоматическое добавление обрезных меток;
расширение возможностей программы, Plug-In-механизм;
векторное мультиплицирование.
Модуль поддерживает следующие независимые способы (каждый
из которых имеет свои настройки параметров) мульти пл ицирования:
Interactive — полный функциональный набор для контроля за муль-
типлицированием одного макета;
Tabular — выполнение мультиплицирования произвольного коли-
чества различных макетов (до 200 на один печатный лист) с индиви-
дуальными настройками для каждого макета (угол поворота, шаг по-
втора, вертикаль/горизонталь и т. д.);
Seamless — выполнение узоров, используется для разработки обо-
ев, оберточной бумаги и т. д.;
Grid Step and Repeat — выполнение импозиции по произвольно
задаваемому алгоритму размещения.
Модуль PowerStepper (требует наличия модуля PowerLayout) по-
зволяет выполнять импозицию макета с учетом обрезных контуров,
импортированных из системы трехмерного моделирования объем-
ной упаковки. Модуль поддерживает форматы CFF2 и DDES.
Модуль PowerOptimizer (требует наличия модуля PowerLayout)
предназначен для распределенного вычисления (использования вы-
числительной мощности не одной, а нескольких рабочих станций) в
среде Windows NT.
271
Модуль ArtColor служит для расширенной работы с полутоновы-
ми цветными изображениями тина Contone (СТ). Модуль содержит
следующие инструменты:
ретуширования СТ-изображений;
коррекции СТ-изображений, изменения цветов и оттенков;
маскирования СТ-изображений;
наложения теней (полупрозрачных), изменения степени про-
зрачности изображений.
Модуль Power Wrap выполняет компенсирующие искажения изоб-
ражения для их последующего монтажа на объемную упаковку (ци-
линдр, конус, сложные формы типа упаковки йогурта и пр.). Модуль
позволяет выполнять:
искажение любых объектов: полутоновых изображений, гради-
ентов, векторной графики;
автоматизированное создание сетки искажения для объемных
фигур любой сложности.
Модуль PowerLock предназначен для защиты продукции специ-
альным растрированием и микротекстом.
Модули Advanced Export Formats позволяют экспортировать го-
товый макет в различные форматы для интеграции с любыми техно-
логиями производства этикетки и упаковки.
7.1.4.	Комплекс программного обеспечения
компании Esko-Graphics
Компания Esko-Graphics представляет комплекс программного
обеспечения для профессионального конструирования упаковки и
этикетки. Комплекс включает обширный набор разноплановых про-
грамм для организации интегрированной среды, комбинирующей все
аспекты структурного и графического дизайна, изготовления упако-
вочной продукции. При этом каждый из представляемых продуктов
дает вполне законченную и самостоятельную программную среду и
может быть использован как совершенно независимо, так и в связке
с другими пакетами Esko-Graphics. Применение совместно с про-
граммным обеспечением других фирм также не вызывает никаких
проблем. В зависимости от целей и профессиональных задач пользо-
ватель сам подбирает необходимый комплект.
Предлагаемые программы включают возможности, недоступные
для общеизвестных систем, предназначенных для верстки и дизай-
на. Это свободная работа с красками Pantone, в том числе цветоделе-
272
ние по нестандартному базису, мощные высокоинтеллектуальные
функции треппинга, автоматическое клонирование и оптимальное
размещение макетов на печатном поле, нелинейная деформация ма-
кета для печатания на поверхности криволинейной формы (напри-
мер, бутылки или флаконы) и др. В комплекс включены специальные
инструменты для разработки механической конструкции упаковки,
предусмотрена возможность непосредственной работы со специаль-
ным оборудованием для изготовления высскальных штампов. Удоб-
ство работы и производительность труда повышаются благодаря на-
личию функций 3 D-моделирования, базы данных для хранения и си-
стематизации ранее подготовленных макетов, системы автоматичес-
кого проведения финансовых вычислений и расчета себестоимости.
Комплекс предназначен для пользователей, профессионально
работающих в такой сложной и высококопкурентной отрасли, как
разработка и дизайн упаковки.
Пакет DeskPack представляет собой набор дополнительных про-
граммных модулей к популярной программе Adobe Illustrator, расши-
ряющих возможности дизайнеров при создании упаковки. Набор со-
стоит из нескольких компонентов. BoostX предназначен для созда-
ния упаковки в среде Adobe Illustrator и включает инструменты для
работы с нантоновыми красками, создания библиотеки смесевых
красок; checkX обеспечивает соответствие параметров упаковки за-
данным технологическим требованиям, которые определяются име-
ющимся в наличии оборудованием, материалами, сметой и т.д.;
trapX является специализированным модулем интеллектуального
треппинга. Последняя программа — это не просто модуль, подклю-
чаемый к Adobe Illustrator, а специальная система, организованная
по принципу клиент-сервер, где клиентская часть содержит только
встраиваемый в Illustrator интерфейс, а серверная работает па от-
дельном мощном компьютере и производит все необходимые слож-
ные вычисления для работы ителлектуального треппинга. После
проведения вычислений и внесения изменений в макет сервер воз-
вращает данные в исходном формате Adobe Illustrator.
Пакет ArtiosCAD позволяет конструировать любые виды упаков-
ки из различных материалов, а также оснастку для изготовления вы-
секальных форм. ArtiosCAD состоит из нескольких программных
модулей, организованных в разветвленную структуру. Connections
является базовым компонентом любой конфигурации ArtiosCAD. С
помощью Connections пользователи системы открывают подготов-
ленные в ArtiosCAD раскрои упаковки, делают электронные монта-
273
жи, представляют трехмерные изображения упаковки. Открытый
файл может быть распечатан на принтере или отправлен непосред-
ственно на режущий пл< птер для изготовления оснастки штампа. Кро-
ме того, информацию из файла можно экспортировать в различных фор-
матах: DOES, CFF2, DXF, HP-GL или EPS. При изготовлении образцов
упаковки в Connections оператор выполняет тон кую настройку раскроя
с учетом определенных правил изготовления высекальных форм.
Builder позволяет в считанные секунды на базе библиотеки упа-
ковочных раскроев, стилей создать новый раскрой для упаковки из
картона или гофрокартона в программной среде ArtiosCAD. Библио-
тека может пополняться новыми стилями из StyleMaker. Connections
и Builder в большинстве случаев предоставляют все возможности, ко-
торые требуются для разработки упаковки, если, конечно, не проек-
тируется принципиально новая конструкция. Имеющиеся библиоте-
ки уже содержат все распространенные в мире типы раскроя. Стан-
дартные стили просты в использовании: разветвленная справочно-
информационная система позволяет задать основные параметры, а
все остальные рассчитываются программой автоматически. Каждый
стиль связан со множеством вариаций посредством разветвленной
системы меню. Один стиль ArtiosCAD можно приравнять целой биб-
лиотеке единичных раскроев.
Для создания новых уникальных раскроев в ArtiosCAD имеется мо-
дуль Designer. Высокая производительность Designer базируется на на-
боре 1 ибких и простых в использовании инструментов, оптимизирован-
ных дзя задания геометрии нового раскроя путем введения минималь-
ного числа параметров. В комбинации с Builder программа Designer по-
зволяет добавлять новые элементы или изменять геометрию раскроев
выбранного стиля. После создания раскроя Designer задает запечатыва-
емые участки и участки выборочной лакировки для обработки дизайна
и форм для лакирования с помощью модуля DieMaker.
StyleMaker создаст настраиваемые раскрои упаковки с использо-
ванием любого из инструментов ArtiosCAD. Различные параметры
формы и размеры задаются в виде переменных, количество которых
может быть неограниченным. Мощный программный инструмент
Rebuild Playback авсоматически разбирает порядок и последователь-
ность действий конструктора-дизайнера, позволяет понять логику
создания раскроя и упрощает внесение любых изменений. Создан-
ные в StyleMaker раскрои могут быть добавлены в библиотеку стилей
для дальнейшего использования в конструировании раскроев.
274
При формировании корпоративной библиотеки стилей упаковки
каждый стиль должен сопровождаться документированием того, ка-
кие параметры могут использоваться и какие нет для конкретного
стиля. Такое документирование обеспечивает специальный модуль
Advanced StyleMaker. В результате использование созданного стиля
становится доступным множеству других пользователей с разным
уровнем профессиональной подготовки. Графический редактор с
помощью простых или сложных формул задает алгоритмы вычисле-
ния параметров по умолчанию на основании базовых параметров.
Например, размеры клапана для нанесения клея могут высчитываться
автоматически на основании задания длины и ширины стороны ко-
робки. Конструктор-дизайнер принимает предлагаемые программой
размеры или задает свои. Таким образом, стили, созданные с помощью
Advanced StyleMaker, сопровождаются самосгенерированной докумен-
тацией, описанием, включающим набор рекомендации, из которого
конструктор-дизайнер может выбирать уже готовые варианты.
В систему ArtiosCAD входит и собственный модуль графического
дизайна, называемый ArtMaker, который позволяет изготавливать и
совмещать графическое оформление с готовым раскроем упаковки.
Раскрой упаковки, подготовленный в ArtiosCAD, является отправной
точкой для графического дизайна с помощью ArtMaker Возможна и
обратная последовательность действий. Например, первоначально
создается графический дизайн, а затем модуль AutoTrace создает гео-
метрический раскрой.
Использование опции трехмерной «сборки» упаковки позволяет
проверить соответствие графического дизайна раскрою па каждой
стороне поверхности упаковки. Файл с трехмерной «сборкой» мож-
но отправить заказчику по электронной почте, и заказчик может са-
мостоятельно сфальцевать, собрать и разобрать упаковку с нанесен-
ным графическим дизайном. Часто один и тот же раскрой упаковки
используется с различным дизайном. Так, один раскрой упаковки для
мороженого применяется для разных сортов: ванильного, шоколад-
ного или клубничного.
Каждый заказчик упаковки и каждый пользователь CAD-системы,
в конечном итоге, хочет как можно быстрее увидеть трехмерное изоб-
ражение упаковки вместе с оформительской графикой. Это позволя-
ет очень быстро сделать модуль Artios3D.
Модуль Layout предназначен для клонирования готового раскроя
и создания монтажа для изготовления высекального инструмента. С
помощью мыши можно на одном печатном формате разместить нс-
275
сколько различных раскроев, максимально заполнив лист. В случае
необходимости Layout вычисляет координаты позиций единичных
раскроев на листе и формат самого листа. Layout автоматически
учитывает тип картона или бумаги, сторону, направление бумаж-
ных волокон, направление движения. Раскрой автоматически по-
зиционируется на листе с учетом технологических параметров мате-
риала. ArtiosCAD следит за тем, какая именно графика должна печа-
таться и на каком раскрое.
Intelligent Layout представляет собой программу оптимизирова-
ния раскроя упаковки и размещения на листе с точки зрения сниже-
ния производственных расходов. После задания моделей печатной и
высекальной машин, тиража для каждого варианта графического
дизайна программа предлагает несколько оптимизированных вари-
антов на выбор. Оператор может поставить в соответствие каждому из
вариантов перечень правил-ограничений в печати и/или обработке.
При использовании вместе с модулем Cost/Estimating программа
Intelligent Layout принимает во внимание все расходные статьи и вы-
считывает расходы для определения оптимального варианта. Оператор
сравнивает калькуляции расходов на печать и высечку каждого из пред-
ложенных программой вариантов и выбирает оптимальный. В случае
необходимости в любой момент можно внести изменения. В некоторых
случаях не существует оптимального решения, позволяющего выполнить
заказ, размещая раскрои на одном листе, тогда программа выполнит
оптимизацию, комбинируя на одном листе два разных заказа.
База данных ArtiosCAD регистрирует все версии графического
оформления, использованные для каждого раскроя. Печатался уже в
прошлом этот мотив? Какая именно версия графического дизайна ис-
пользовалась в последний раз для этого заказчика? Ответы на подоб-
ные вопросы быстро находятся с помощью базы данных ArtiosCAD.
Модуль DieMaker позволяет быстро создавать высекальные фор-
мы и формы для выборочной лакировки: определяются края и ба-
лансировка ножей, рассчитываются отверстия под монтаж ножей.
Функция Autorepeat следит за тем, чтобы высекальные формы для
одного и того же раскроя упаковки были одинаковыми. DieMaker ис-
пользует набор параметров для запоминания самой подходящей кон-
фигурации высекального инструмента.
Модуль Cost/Estimating с помощью интеллектуальных алгорит-
мов подсчитывает производственные расходы для различных вари-
антов размещения раскроев упаковки на листе. Для работы модуля
необходимо задать параметры расходных статей. Программа делает
276
калькуляцию расходов на подготовку и выполнение заказа в зависи-
мости от тиража для каждой статьи расходов. Редактор алгоритмов
позволяет задать производственные параметры, необходимые для рас-
четов, путем выбора из таблиц. Например, скорость работы офсетной
машины задастся в зависимости от красочности заказа и тиража. Окон-
чательная калькуляция расходов позволяет увидеть общую стоимость
или с разбивкой по статьям расходов. Информация, полученная с по-
мощью Cost/Estimating, может быть представлена в виде отчетов
ReportMaker подготавливает шаблоны отчетов по заказу. Такой
отчет может включать раскрои, любой вид собранной упаковки в трех
измерениях, цвет, графику оформления, размеры, все параметры
калькуляции, любую специфическую информацию из банка данных
о заказчике и/или заказе, логотипы и т. д.
Esko-Graphics Plato — мощный программный инет румент для ре-
ализации интеллектуальной функции step-and-repeat по размещению
на печатной форме подготовленных макетов этикетки или упаковки
Единственное промышленное программное обеспечение, использу-
ющее уникальную технологию CAD X интеллектуального CAD-импор-
та и автоматического изготовления полноформатных электронных
монтажей для упаковки.
Esko-Graphics Plato позволяет импортировать файлы в форматах
CFF, DDES, ArtiosCAD, CFF2, PostScript 3, PDF и др.
7Л .5. Комплекс программного обеспечения
компании Artwork Systems
Компания Artwork Systems предлагает линию продуктов для разра-
ботки упаковки: CAD (Score!), ArtPro (дизайн и разработка), продук-
ты En Focus (проверка) и Nexus (предпечатная подготовка и вывод).
В системе Nexus (ранее Pack-Flow) все функции предпечатной под-
готовки — поддержка OPI, проверка, растрирование, треппинг, цвето-
деление, спуск полос, цветопроба, калибровка — могут быть автомати-
зированы. Система работаете несколькими форматами (PostScript, EPS,
PDF, TIFF-ГГ, DCS-2 и др.) и реализует концепцию многократного вы-
вода работы ROOM (RIP once, output many times), используя одни и тс
же растрированные данные для цветопробы, пленок и форм.
NexusRIP — это высокопроизводительное решение, которое вме-
сте с такими модулями, как Hybrid Screening и Plate Cell Patterning,
представляет уникальный комплекс для построения нрепресса упа-
ковочного производства. Использование Hybrid Screening позволя-
277
ет решить важную проблему в воспроизведении цвета флексопечатью —
речь идет о высоком растаскивании и искажении цветопередачи.
Посредством применения специальных замещающих алгоритмов
Hybrid Screening обеспечивает плавный переход к светлым участкам
изображения и стабильное воспроизведение на них, вначале смеши-
вая регулярный растр со стохастическим, а затем ноли остью заме-
щая его последним.
FlexoCal — дополнительный модуль к NexusRIP, который по заяв-
лению производителя устанавливает новые с тандарты для флексопе-
чати. FlexoCal позволяет достичь высокого контраста, большего чис-
ла деталей в светлых областях, более насыщенных цветов и лучшего
качества печатной продукции.
Компания предлагает специализированный пакет ArtPro для под-
готовки упаковочной продукции. Векторные изображения могут быть
импортированы в ArtPro после конвертации их в PostScript. Затем
файл переводится во внутренний формат ArtPro, и можно редакти-
ровать его элементы.
При подготовке упаковочных работ для печати важно располо-
жить копии макета так, чтобы при вырубке в отходы шло минималь-
ное количество запечатываемого материала. Для оптимизации раз-
мещения и размножения макета по формат}' предназначены модули
PowerLayout, Power-Stepper и PowerOptimizer.
Power Trapper выполняет треппинг автоматически В то же время
можно использовать широкий набор настроек для различных областей
работы. PowerTrapper генерирует треппинг в виде векторных объектов,
что позволяет оценить работу на экране с любым увеличением, отредак-
тировать, распечатать или вывести отдельно в PDF или PS.
Каждый раз при необходимости выполнить серию этикеток опе-
ратору требуется готовить аналогичные работы с заменой данных.
Модуль ArtLink предназначен для автоматического наполнения ин-
формацией тех работ, которые базируются на одном шаблоне.
Модуль PowerLock защищает работы от копирования и обнару-
живает подделки. Цель PowerLock — спрятать в оформлении упаков
ки секретные элементы (например, логотип компании). PowerLock
использует защитные растры внутри регулярного растра упаковки.
Эти своеобразные «защитные экраны» могут прилагаться к любому
объекту. Они не видны потребителю, по легко обнаруживаются при
проверке аутентичности. Таким образом, PowerLock может подтвер-
дить достоверность этикетки или обнаружить подделку.
Линия Score! включает основной пакет разработки Score! CAD;
вспомогательное приложение, предназначенное для организации и
278
управления базой разработок Score! DB; приложение Score!
Enterprise для обеспечения доступа коммерческих отделов к информа-
ции о разработках в реальном времени; пакет для проектирования осна-
стки Score! Strip Clip, разработанный совместно с Vossen-Profitec GmbH.
Score! CAD выпускается с 1992 г. Программа зарекомендовала себя
в среде профессионалов как мощная система для разработки упако-
вочной продукции и установлена в более чем 600 компаниях. Основа-
на на запатентованной технологии Drafting Assistant.
Drafting Assistant автоматически определяет и выравнивает геомет-
рию проекта, значительно уменьшая время цикла разработки. Это
предпочтительнее наблюдать в действии: на сайте компании досту-
пен одноименный ролик в формате QuikTime, демонстрирующий
npoi рамму в работ с.
С программой поставляются настраиваемые листы спецификаций
и обширные библиотеки коробок и дисплеев, которые можно моди-
фицировать. На основе собственных разработок пользователи могут
создать библиотеки для дальнейшего применения.
Кроме того, компания поставляет дополнение к Adobe Illustrator,
которое позволяет открывать файлы Score! (*.vlm). Это устраняет
необходимость экспортировать файл из Score! в промежуточный
формат, а затем импортировать в Adobe Illustrator. Расширение дос-
тупно для платформ Macintosh и PC.
7.1.6.	Пакет DVSCAD компании DVS System Software
DVSCAD относится к пакетам параметрического дизайна и выпол-
няет несколько функций: проектирование разверток для упаковки,
31)-анимацию, расчет сметы и ведение базы данных но заказам.
Основной модуль — это отдельная программа DVSCAD, после за-
ггуска которой открывается окно, состоящее из списка библиотек и об-
ласти предварительного просмотра, пунктов меню и нескольких кно-
пок.
Прежде чем начать работать, желательно сделать предваритель
ные настройки, так как они играют ключевую роль для взаимодей-
ствия DVSCAD с друт ими программами. Для пояснения, насколько это
важно, дос таточно сказать, что собственного пункта меню «Save/Save
as» или аналогичного у программы пет. Сохранить сделанную работу
можно только с помощью внешней программы.
279
Кроме основной программы DVSCAD существуют и другие моду-
ли от DVS System Software, облегчающие работу проектировщика. Рас-
смотрим некоторые из них.
Модуль DVSMAP предназначен для адаптации стандартов под дру-
гие требования. Например, таким образом можно адаптировать ев-
ропейский каталог шаблонов под требования российских ГОСТов и
ТУ. Или создать новый набор стандартов для упаковки, причем для
этого не понадобится знание языков программирования — все мани-
пуляции по созданию стандартов очень наглядны и понятны.
Модуль DVSOPT предназначен для раскладки формы высечки на
печатный лист. Это облегчает проектирование вырубных штампов и
позволяет оптимальным образом расположить несколько изделий,
так как программа учитывает особенности печатного и штанцеваль-
ного оборудования, а также свойства материала. Результаты оптими-
зации могут быть представлены в графическом и текстовом виде.
Модуль DVSSTZ проектирует вырубные штампы на основе фай-
ла, в котором уже выполнена раскладка на лист. Он расставляет мо-
сты на режущих линейках, устанавливает разделительные и компен-
сационные ножи, если они необходимы, проектирует контрматрицу.
Этот модуль необходим тем, кто непосредственно занимается изготов-
лением штанцформ или подготавливает данные для их изготовления
в электронном виде.
Модуль DVSZVW в отличие от предыдущих предназначен для вы-
полнения административных функций. Он ведет базу данных по со-
зданным штампам и позволяет легко найти любой чертеж, даже вы-
полненный несколько лет назад. Может быть объединен с модулем
DVSBDE, который хранит данные о штампах из нескольких источни-
ков. С другими компонентами эти модули обмениваются информа-
цией через модуль DVSCIM, который является своего рода надстрой-
кой над всеми другими модулями.
Кроме того, существуют компоненты, которые подключаются к
другим программам. Это, например, DVSKON, DVSWKZ, DVS3D. Все
они являются расширениями для AutoCAD и не могут работать само-
стоятельно.
Модуль DVSKON является вспомогательным средством для кон-
струирования упаковки. Все типы линий, которые он предоставляет
для построения, соответствуют определенному типу ножей и лине-
ек, используемых при штанцевании коробок, что значительно облег-
чает создание штампов.
Модуль DVSWKZ во многом аналогичен модулю DVSSTZ, но рабо-
тает не самостоятельно, а в составе AutoCAD. Он также предназна-
280
чен для проектирования вырубных штампов: расставляет мосты на
режущих линейках, устанавливает разделительные и компенсацион-
ные ножи, проектирует контрматрицу.
Модуль DVS3D предназначен для визуализации чертежа упаковки
или дисплея в трехмерную модель. С его помощью можно виргуаль-
но сложить любую конструкцию и записать все этапы операции в
VRML-формат. Это довольно специфический способ хранения трех-
мерных моделей, но, возможно, в будущем появятся стандартные
форматы ЗИ-файлов.
DVS System Software разработала несколько полезных утилит для
AutoCAD, помогающих при разработке упаковки. Они не имеют соб-
ственных названии, поэтому перечислим их возможности:
подсчет плошади изделия, а также количества отходов, которые
получаются при высечке из целого листа;
подсчет длины ножей, включая дополнительные и вс помогатель-
пые, а также калькуляция их стоимости;
фильтр конвертации в СЕ2-формат (стандарт для индустрии кар-
тонной упаковки).
7.2.	Использование специализированных САПР
в допечатной стадии производства упаковки
Важным этапом производства упаковки является донечатный про-
цесс. Качество готовой упаковки в значительной степени определя-
ется допечатной стадиен — дизайном. Можно утверждать, что конку-
рентоспособность производителя полиграфической продукции оп-
ределяется уровнем дизайна, который нс в последнюю очередь зави-
сит от программных средств.
Если вспомнить эволюцию систем допечатной подготовки, то
можно отмстить следующие закономерности Вначале применялись
закрытые системы от одного производителя, например от Вагсо, ох-
ватывающие весь технологический процесс. В рамках таких систем
находился весь спектр аппаратного и программного инструментария,
что обеспечивало минимизацию технологических «конфликтов» на
стыках между различными элементами комплекса.
Комплексы, как правило, были оптимизированы для решения спе-
циализированных задач. Недостатками такого подхода являлись:
высокая стоимость системы;
281
отсутствие гибкости в интеграции с конкретным технологичес-
ким производством (пользователи были вынуждены подстраи-
ваться под систему, а не наоборот);
монополизм производителя комплекса (высокая стоимость эле-
ментов для ремонта и модернизации, «идеологическая» зависи-
мость от производителя).
Следующим этапом эволюции стали настольные издательские си-
стемы (НИС) с открытой технологией. Пользователь мог сам подо
брать необходимое программное и аппаратное обеспечение исходя
из конкретных задач. Такой подход гибок и достаточно дешев, но для
объединения всех элементов в один рабочий комплекс необходимо
было разработать большое количество стандартов сопряжения (иног-
да противоречащих друг другу), что приводило к «конфликтам» и
снижению производительности системы в целом. Каждый отдельный
элемент разрабатывался для широкого применения, что снижало ка-
чество решения узкоспециализированных задач.
Венцом эволюционного дерева можно считать разработку комп-
лекса, состоящего из нескольких элементов от различных произво-
дителей, причем каждый элемент системы объединяет максимальное
количество функциональных модулей. Гибкость всего комплекса при
этом не страдает. Такой подход берет лучшее из двух предыдущих.
7.3.	Средства художественного конструирования
упаковки
Хотя такие привычные для художника средства, как ватман, рейс-
федер или кисть, еще не вышли полностью из употребления, все боль-
шая часть дизайна упаковки выполняется на компьютере. Монитор,
клавиатура, манипулятор-мышь и графический планшет неуклонно
вытесняют традиционные средства. Специальные программы помо-
гают художнику или верстальщику выполнять свою работу на профес-
сиональном уровне. В зависимости от конкретных требований могут
быть выбраны рисовальные, живописные или верстальные програм-
мы, охватываемые понятием графических средств дизайна.
Если в прошлом художник-график рисовал такие геометрические
элементы, как круги, эллипсы или многоугольники, на бумаге и затем
раскрашивал их кистью или аэрографом, то современные програм-
мы позволяют создавать их виртуально на экране компьютера, вводя
координаты с помощью манипулятора-мыши, светового пера или кла-
282
виатуры. Очертания полученных таким образом объектов MOiyr пос-
ле этого заполняться необходимым цветом, плавно изменяющимся
тоном, текстурой или сюжетным изображением. Даже сами очерта-
ния фигуры могут быть изменены практически как угодно. Диапазон пре-
доставляемых для этого возможностей простирается от выбора цвета и
толщины линии через назначение этих линий прерывистыми или сплош-
ными до создания «размытия» края или вообще без подчеркивания края
изображения, заполняющего выбранную геометрическую форм)'.
Современные графические программы предоставляют широкий
спектр автоматизированных операций, например, для геометричес-
ких искажений объектов, имитации теней, вращения, масштабиро-
вания, зеркального отображения, кадрирования, погружения одно-
го объекта в другой, закругления углов с необходимым радиусом и
многого другого. Не исключаются и эффекты получения объемных
изображений Для помещения реальных изображений в графический
макет они могуг быть импортированы с низким разрешением в эк-
ранное отображение и размещены в нем. Если же необходимы толь-
ко отдельные участки изображения, то для исключения остальной его
части используются соответствующие маски.
Изображения, получаемые на компьютере, различаются по своей
структуре. Существуют два основных формата компьютерной графи-
ки: векторный и растровый.
Растровое представление компьютерной графики. Растровая
графика — формат представления изображения в компьютере в виде
множества точек (пикселов). К таким изображениям относятся, на-
пример, сканированные иллюстрации и фотографии, причем цвет-
ные изображения состоят из точек различных цветов. Каждая цвет-
ная точка представлена в компьютере несколькими битами, следова-
тельно, полноцветные растровые изображения требуют значительных
объемов памяти. Для их обработки существуют графические растро-
вые редакторы. Отметим основные проблемы обработки: при увели-
чении изображения появляется ступенчатый эффект, зернистость; при
уменьшении число точек заметно уменьшается, поэтому могут исчез-
нуть мелкие детали и картинка потеряет четкость. Основные недостат-
ки растрового формата: искажение картинки при масштабировании,
расходование значительных объемов памяти компьютера.
Векторное представление компьютерной графики. Векторный
способ кодирования изображения (векторная графика) состоит в
следующем: рисунок «расчленяется» на простые геометрические
фигуры (квадрат, круг, эллипс и т. д.), прямые, кривые линии, и каж-
283
дый такой элемент хранится в памяти компьютера в виде математи-
ческой формулы. Изображение как бы состоит из контуров элемен-
тов; замкнутые контуры могут быть залиты цветом. Масштабирова-
ние изображения происходит при помощи простых математических
операций, параметры примитивов умножаются на коэффициент мас-
штабирования. Изображение может быть преобразовано в любой
размер — для логотипа на визитной карточке или для стенда на ули-
це, и качество его при этом не изменится. Именно векторные паке-
ты позволяют создать модель трехмерного объекта.
В последнее время наблюдается тенденция к проникновению век-
торных программ в растровые, и наоборот Это вызвано тем, что при
работе с векторным пакетом возникает потребность в готовом рас-
тровом изображении, а в процессе преобразования растровой кар-
тинки зачастую требуется дополнить рисунок простыми векторны-
ми графическими элементами.
Графические пакеты одного формата теперь нередко укомплекто-
ваны простейшими функциями графики другого формата. Выбор
программного обеспечения зависит от поставленных задач и опре-
деляет удобство и производительность работы, содержание и каче-
ство конечного результата. Существует множество дизайнерских про-
граммных средств, используемых в самых разных областях творчес-
кой деятельности. Рассмотрим наиболее популярные из них.
7.3.1.	Программы компьютерной графики для полиграфии
Полиграфия обеспечивает дизайнерам наиболее обширный фронт
работы. Текстовые страницы, рекламные документы, различные типы
иллюстраций, визитки, этикетки и т. д. — это все полиграфическая
продукция. Пакеты компьютерной полиграфии позволяют создавать
файлы, содержащие текст и иллюстрации, обеспечивают подготовку
вывода на печать и высокое качество печатной продукции.
Пакет CorelDraw корпорации Corel Corporation — классический
пакет программ векторного рисования, наиболее популярный среди
персональных пользователей, последние версии которого обеспечи-
вают обработку и растровых изображений. Это мощная художествен-
ная студия, которая позволяет делать чертежи, рисовать картины,
редактировать фотографии, давать графическое представление дан-
ных, создавать анимационные фильмы. CorelDraw — название всего
пакета, состоящего из нескольких программ; также называется и ос-
новная программа, предназначенная для рисования и обработки по-
284
лученного изображения. В последних версиях программы значитель-
но расширены возможности работы с текстом; она может использо-
ваться и для верстки небольших документов. Пакет CorelDraw перво-
начально разрабатывался для IBM PC, в настоящее время он стал дос-
тупеи и на платформе Macintosh.
Очень популярен среди полиграфистов векторный пакет Adobe
Illustrator. Он предназначен для создания иллюстраций и разработ-
ки общего дизайна страниц с текстом, ориентирован на вывод гото-
вых изображений с высоким разрешением. Пакет позволяет созда-
вать фигуры произвольной формы, редактировать, масштабировать,
вращать, преобразовывать изображения. Adobe Illustrator содержит
большой набор инстружментов для работы с текстом и многостранич-
ными документами. Работает как на Macintosh, так и на IBM PC.
Широкое распространение в полиграфии получил пакет растро-
вой графики Adobe PhotoShop. Программа обладает средствами цве-
токоррекции сканированных изображений, ретуширования фотогра-
фий, позволяет использовать спецэффекты и маски, необходимые для
редактирования и монтажа растровых изображений, выполняет опера-
ции качественного цветоделения. Фирма Adobe разрабатывала
PhotoShop для Macintosh, но сегодня существуют версии и для Windows.
Последние модификации программы содержат инструменты для созда-
ния и редактирования векторных контуров. PhotoShop нередко приме-
няется для «доводки» изображений, выполненных в других графичес-
ких программах и предназначенных для полиграфической печати.
Новички компьютерного дизайна легко осваивают программу ре-
дактирования и ретуширования Adobe PhotoDeluxe. Простой, дос-
тупный интерфейс и набор обучающих примеров способствуют быс-
трому приобретению навыков компьютерного дизайна и достижению
хороших результатов.
Программы Adobe Illustrator, CorelDraw, PhotoShop являются
объектно-ориентированными, т. с. каждый создаваемый в них графи-
ческий элемент, включая и заверстываемое реальное изображение, рас-
сматривается как отдельный объект, которому приданы известные свой-
ства. Эти свойства (например, цвет заполнения, толщина линии конту-
ра, положение и т. д.) и форма объекта в любой момент могут быть изме-
нены без каких-либо затруднений. В этом основное преимущество ком-
пьютерной q >афики. Внесение изменений обычно требует лишь несколь-
ких щелчков клавишей мыши, тогда как исправление обычных бумаж-
ных чертежей куда более затруднительно и занимает много времени.
285
В противоположность векторным растровые программы, имити-
руя возможности живописи, не предоставляют удобств объектно-ори-
ентированной работы. Однако в отдельных случаях эти программы
могут оказаться необходимыми, поскольку некоторые инструменты,
такие как аэрограф, в векторных программах отсутствуют. Первые
программы с возможностями раскрашивания были впоследствии
включены в программные пакеты редактирования изображений, по-
скольку и те и другие предназначались для обработки изображений,
представленных поэлементно.
7.3.2.	Программы рисования
Программы рисования используются в качестве дополнительных
компонентов к программам полиграфии, анимации, презентации.
Художникам, работающим на компьютере, наверняка будет интере-
сен растровый графический редактор Fractal Desigh Painter. В нем
имитируется работа художественных инструментов: кисти, каранда-
ша, пастели. Для большего удобства рекомендуется использовать план-
шет. Программа позволяет передавать множество цветовых эффек-
тов, использовать фильтры PhotoShop. Функции редактора Fractal
Desigh Expression аналогичны функциям Painter, но получаемые
изображения векторные. Для создания векторных иллюстраций ши-
роко применяют программу Macromedia FreeHand. Ее отличитель-
ная черта — возможность вносить изменения в изображение в режи-
ме предварительного просмотра. Применяются также разнообразные
средства, в результате чего достигаются эффекты прозрачности, трех-
мерности, многоцветных градиентных заливок.
7.3.3.	Программы верстки
Компьютерная верстка — объединение текста и графического
изображения — заключительный этап допечатного дизайна. Програм-
мы верстки используются при подготовке к изданию буклетов, ка-
талогов, газет, журналов, книг, т. е. печатной продукции, в кото-
рой преобладает текстовая информация. Наиболее популярная
программа верстки как для Macintosh, так и для PC — Adobe
PageMaker. Программа позволяет создавать шаблоны страниц на
основе существующих файлов, сохранять документы для WWW-сер-
веров в формате HTML. Еще одна очень известная во всем мире
профессиональная программа верстки — QuarkXPress. Помимо
верстки она осуществляет цветоделение, позволяет создавать век-
286
торные иллюстрации, писать текст по заданным кривым, использо-
вать разнообразные стили. Работает в Mac OS и под Windows.
Для всех упомянутых выше программных продуктов обшей харак-
терной чертой является то, что они принадлежат к настольно-изда-
тельским средствам, используют язык описания страниц PostScript,
зарекомендовавший себя в качестве общепринятого стандарта для
печатных изданий. В упаковочных допечатпых процессах, однако,
преобладают системы фирмы Barco Graphics. Они также имеют про-
граммные средства для редактирования штриховых иллюстраций и
полутоновых изображений. Однако названия последних — «LW-Brix»
(linework — штриховой) и «СТ-Brix» (contone - полутоновый) — бо-
лее конкретны, чем тс, что используются НИС. Вывод здесь возмо-
жен как на языке PostScript, так и в фирменном формате GRS/GRO,
который, развивая PostScript, предоставляет большие возможности.
Программы редактирования разработаны для ретуши поэлемент-
но представ зонных изображений. В таком формате предсгавляют-
ся обычно сканированные фотографии или изображения, отсня-
тые цифровыми фотоаппаратами. Цифровая информация о цвете
каждой точки поэлементно считанного изображения загружается
в компьютер, где может отображаться на мониторе и при необходи-
мости корректироваться.
Корректура включает кадрирование изображения, изменение раз-
решения, вращение, масштабирование, цветовые преобразования. В
растровом (поэлементном) изображении хранится и обрабатывает-
ся каждая отдельная точка, поэтому размеры числовых видеомасси-
вов достигают миллионов элементов, а следовательно, необходимы
большие ресурсы для хранения информации и соответствующие вы-
числительные мощности.
Для создания и редактирования сюжетов упаковочной печати
можно ограничиться программами рисования и редактирования
изображений. Предоставляя все возможности ранее использовавших-
ся сложных и дорогих CEPS-систем, они могут применяться па ком-
пьютерных рабочих местах типа Macintosh и PC.
7.4.	Программное обеспечение технологической
подготовки производства упаковки
Тенденции развития технологии упаковочного производства сво-
дятся к увеличению скоростей рабочих органов, автоматизации ос-
287
новных и вспомогательных операций, контролю и управлению всем
производственным процессом с использованием ЭВМ. Эти тенден-
ции в значительной степени определяют возможности создания кон-
курентоспособной продукции.
В мировом технологическом пространстве появилось повое на-
правление, выявляющее непосредственную связь фундаментального
научного знания с прямым выходом на решение технологических
проблем (инженерных, организационных и экономических). Приме-
нение таких информационных технологий является важнейшим ин-
дикатором технологического развития как в области отдельных сфер
человеческой деятельности, так и государств в целом. Это связано с
тем, что только информационные технологии, обеспечивающие со-
провождение изделия в течение всего его жизненного цикла — от
проектирования до утилизации, позволяют создавать изделия с но-
выми качествами, конкурентоспособные на мировом рынке. Такие
технологии принято называть CALS-технологиями (Continuous
Acquisition and Life Cycle Support). В CALS-технологиях можно выде-
лить четыре связанных между собой блока: ERP (Enterprise Resource
Planning), PDM (Project Data Management), ILS (Integrated Logistic
Support) и CAD/CAE/CAM (Computer Aided Design/Engineering/
Manufacturing). Их назначение связано с решением организацион-
но-технических проблем производства. Обычно такие задачи реша-
ются с применением многопользовательских баз знаний и данных в
рамках единой информационной среды. Эти блоки позволяют про-
водить многовариантные численные исследования с целью поиска
оптимальных схем управления производством, ресурсами и т. п.
Блок ILS позволяет моделировать материальные потоки и логис-
тику, т. е. находить оптимальные варианты синхронной работы всех
звеньев производства по подаче материалов, комплектующих и ком-
понентов. Тем самым обеспечивается гибкость и эффективность про-
цесса за счет координированного перемещения материалов и изде-
лий как внутри производства, так и вне предприятия.
Наукоемкой основой CALS-технологий является четвертый блок,
позволяющий решать три взаимосвязанные проблемы: проектирование
(CAD), инженерный анализ (САЕ), планирование и управление произ-
водством на основе данных об изделии (САМ и PDM) — CAD/САЕ/САМ.
Освоение CAD/CAE/САМ^гехнологий на предприятиях требует
высокой степени интеграции компьютерных технологий для всех
процессов технической подготовки производства. Это обеспечива-
ется, в свою очередь, созданием соответствующей виртуальной ин-
формационной инфраструктуры в масштабе предприятия на основе
современных программных систем.
288
Современные технологии сквозного проектирования (CAD/
САЕ/САМ технологии) требуют использования интеграционной
системы управления информационными потоками, а также докумен-
тооборотом.
Одной из особенностей полиграфического производства упаковки
является создание интегрированного технологического процесса пу-
тем объединения допечатных, печатных и послепечатиых процессов.
Процесс печати упаковки все теснее увязывается с послепечатны-
ми процессами упаковочного производства. Все большее значение
приобретают производство, его планирование, проектирование и
подготовка в режиме реального времени. Оформление, печать, об-
лагораж ивание и послепечатная обработка должны быть завершены
к моменту упаковки продукта. Для полиграфических предприятий,
специализирующихся на печатании упаковки, это означает более ча-
стую смену заказов и увеличение затрат на наладку в отдельных сис-
темах рабочего потока при уменьшающихся в целом тиражах. Чтобы
удовлетворить растущие требования упаковочного производства,
необходимо углубление системной интеграции и автоматизации всей
цепочки рабочего потока, при этом каждый участок производствен-
ного процесса должен тщательно документироваться.
Всемирной международной организацией, занимающейся вопроса-
ми интеграции допечатного, печатного и посленечатного процессов,
является организация CIP4 (Cooparation for Integration of Prepress,
Press, Postpress). В состав CIP4 входят различные поставщики, иссле-
довательские институты, организации, занятые в полиграфической
промышленности, например Adobe, Agfa, Creo, Esco-Graphics, Fujifilm,
Heidelberg, HIFLEX, Koenig & Bauer, Komori, MAN Roland, Mitsubishi,
Mueller Martini, Nex Press, Oce, Polar-Mohr, Ryoby, Screen, Toshiba, Xerox
и многие другие. Результатом деятельности различных членов органи-
зации CIP4 являются поддержка и интеграция различных видов обо-
рудования, программных продуктов и процессов.
Ведущие поставщики печатного оборудования и СТР-техпологий
уже реализовали это решение на основе формата JDF (Job Definition
Format). Формат JDF позволяет установить связь между этими про-
цессами для создания, организации и производства печатной продук-
ции. Он основан на языке XML и построен на существующих техно-
логиях CIP3 формата PPF (Производственного формата печати) и
Adobe формата PJTF (Формата технологических карт заказов). Фор-
mbtJDF рассматривается как ключевая технология полностью связан-
ного производственного процесса.
289
Промышленное программное обеспечение является несущей си-
стемой для обмена данными в формате JDF, так как контролирует произ-
водственный процесс в целом. Оно передает технические данные из пла-
нового в производственный отдел и таким образом делает их доступны-
ми для предварительной настройки оборудования через форматДПЕ Ос-
новой для данных, передаваемых в произвс >дство, является последователь-
ность выполнения заданий в категориях грубого, общего и точного пла-
нирования, определенных планированием производства и управлением
процессом. Точное описание производственного процесса строится на
основании анализа затрат. Если есть какие-нибудь последние изменения,
оценка стоимости работы пересчитывается в оценку стоимости произ-
водства. Оборудование, взаимодействующее с JDF-форматом, получает
данные напрямую из системы управления процессом производства. Об-
ратная связь осущест вляется через сбор пр< >изводственных данных.
7.4.1.	Программный комплекс компании HIFLEX
Одной из всемирно известных компаний-производителей про-
граммного обеспечения являете я компания HIFLEX — полноправный
член организации CIP4. Она рассматривает формат JDF как ключе-
вую технологию для полностью объединенного производственного
процесса. Безусловный лидер в данной технологии, компания пред-
лагает интегрированный программный комплекс HIFLEX PRINT,
специально разработанный для полиграфической промышленности.
Система HIFLEX имеет модульную структуру и может быть адапти-
рована в соответствии с требованиями заказчика.
Основная концепция. HIFLEX PRINT характеризуется высокой
гибкосл ью и эффективностью. Окна программы могут быть настрое-
ны и расширены с помощью дополнительных полей в соответствии
с запросами пользователя. Система основана на эмуляции рабочего
потока и обеспечивает доступ к логике своей работы.
Наряду с возможностью свободного расположения и именования вход-
п ых и выходных полей имеется ряд дополнительных полей базы данных,
которые можно интегрировать с помощью экранного генератора.
За каждым входным полем закреплены списки выбора и поля по-
иска, установлен входной контроль по формату. Так как все поля со-
вместимы со SQL, распечатки и аналитические расчеты могут быть
получены для дополнительных полей базы данных.
Пользователь начинает расчет непосредственно из книги заказов
или делает предложение напрямую из модуля оценки. Эмуляция до-
кументооборота выполняется с помощью динамичных пиктограмм,
которые произвольно связывают различные программные модули.
290
Система имеет индивидуальную настройку интерфейса пользовате-
ля и рабочего потока; интегрированный SQL-интерфейс, обеспечиваю-
щий доступ к другим системам (MS Word, Excel и др.); справочную систе-
му па основе HTML, интегрированное подключение к Интернету.
Все значимые логические параметры системы HIFLEX PRINT
могут быть изменены пользователем с помощью базовых таблиц и
языков программирования PSQL и Perl. Таким образом, пользователь
получает доступ к логике программы.
Система написана на языках программирования С и C++, согласо-
вана со всеми версиями Windows и Macintosh. Открытость структуры
дает возможность использовать данную систему через Интернет.
Особенно важное значение имеет согласованная направленность на
стандартизированный язык базы данных SQL.
Интеграция MS-Office и других программ. Система HIFLEX обес-
печивает интеграцию с любым стандартным ПО, например с тексто-
выми процессорами или e-mail программами.
Так, из Microsoft Word одним лишь нажатием мыши можно отпра-
вить документ. Вся необходимая информация — заказчики, контакт-
ные лица, описание товара, резерв товара или дата счета — перево-
дится в Word и автоматически форматируется в соответствии с по-
требностями клиента. Более того, перечень работ или статистичес-
кие данные могут быть отображены в таблице Excel.
Если пользователь хочет написать e-mail клиенту, динамичные пикто-
граммы запускают необходимую программу— Outlook, Netscape Messenger
или Pegasus Mail. Открывается соответствующее окно почты, e-mail ад-
рес клиента переносил ся из системы 11IFLEX в окно получателя.
Есть много полезных программ, но их бесчисленные данные су-
ществуют разрозненно. Концепция интеграции HIFLEX заключает-
ся в том, что каждая интегрированная программа получает информа-
цию из центрального источника, поэтому исключается разбиение и
дублирование данных.
Составление сметы. Экспертная система знаний HIFLEX
ESTIMATE обеспечивает четкое графическое отображение продук-
та, подлежащего оценке; логический контроль со стороны пользова-
теля с многосторонними проверками; доступ к прейскуранту и инфор-
мации о поставщиках бумаги, печатных и послепечатных процессах;
индивидуальную конфигурацию выходных данных и просмотр зат-
рат; автоматическую пересылку сметных данных в MS Word и т. и.
ESTIMATE поддерживает автоматическое составление сметы в
следующих областях: офсетная, флексографская, цифровая печать и
291
шелкография, печатание бесконечных формуляров, выпуск этикеток,
изготовление упаковки. Для каждой области имеются действующие
установки системы. Возможно комбинирование различных печатных
и обрабатывающих технологий.
Набор текста, цветоделение, монтаж, копирование и другие про-
цессы также включены в модуль составления смет. Гибкость системы
входящих данных обеспечивает свободный прием большого количе-
ства информации с дальнейшим автоматическим созданием рабоче-
го потока. Структура продукта для составления сметы отображается
графически в виде дерева.
Доступ к обширной базе данных по бумагам позволяет проводить
сравнительный анализ цеп. Составление сметы выполняется, напри-
мер, в Word без повторного ввода данных. Информация о заказчике
(комиссионное вознаграждение, комиссионные торговому агенту, све-
дения о скидках и кредитоспособности клиента) автоматически пере-
дастся пользователю. Окончательная смета и обзор затрат могут быть
представлены в соответствии с требованиями пользователя.
Возможность обзора полной калькуляции в соответствии с пря-
мыми затратами и переменными издержками способствует верной
оценке рыночной ситуации.
Управление документами. HLFLEX GENERATOR создает гото-
вые документы на основании информации, полученной из сметы и
заказа. Помимо факсимильных и почтовых функциональных возмож-
ностей система поддерживает полное управление документами.
HIFLEX осуществляет автоматическое составление расценок, за-
казов на покупку, подтверждений заказов, накладных, счетов-фактур,
документов на отправку, маркировки и других сопутствующих доку-
ментов, имеющих отношение к заказчику или поставщику. Для состав-
ления расценок достаточно ввести номер сметы. Кроме того, можно
указать тип и марку бумаги, отобразить полную стоимость, стоимость
изготовления дополнительного тиража и расценки.
Текстовый генератор использует язык запросов PSQL. Все доку-
менты и формы допускают настройку оформления и содержания. По
запросу пользователя для документов разрабатывается специальное
оформление. Например, при составлении расценок создаются спе-
цифические формы для каждого отдельного заказчика.
Созданные документы могут быть напечатаны, отправлены по
факсу или электронной почте напрямую. При необходимости картин-
ки, логотипы компаний, отсканированные подписи вносятся в гото-
вый документ автоматически. При отправлении по электронной по-
чте документы конвертируются в PDF-формат.
292
После отправки документов система автоматически по электронной
почте оповещает пользователей, имеющих отношение к данному заказу,
избавляя от необходимости ручного создания многочисленных копий.
Все документы сохраняются и в любой момент могут быть извлече-
ны из архива по ссылке на заказчика или номер заказа. Имеется доступ
к отсканированным документам (подписанные накладные), PDF-фай-
лам или электронным письмам, касающимся определенного заказа.
Клиентская база данных/ Управление CRM. HIFLEX
CUSTOMER обеспечивает простой доступ к данным по каждому от-
дельному клиенту. Обобщенный отчет и система обмена сообщения-
ми дают высокоэффективный инструмент для реализации работы
клиентской базы.
Учет и контроль данных осуществляются в общей клиентской базе,
доступ к которой открыт из любой программы. Неограниченное ко-
личество контактных лиц, адресов, телефонных номеров может быть
приписано к каждому клиенту. Возможна ссылка на личные качества
заказчика, привычки, обычаи и т. д.
Клиенту может задаваться любое количество адресов для состав-
ления счетов-фактур, отгрузочных и других документов, доступ к ко
торым открыт из модуля составления счетов или модуля отгрузки.
Под финансовыми данными подразумеваются не только условия оп-
латы и скидок, но и другие договорнь/е соглашения, особые условия,
информация по кредитованию. Данная информация автоматически
отображается в модулях составления смет или оформления заказов.
Агенты по продажам и их классификация также приписываются к
клиенту, что обеспечивает создание списков агентов в соответствии с
их продажами. В дополнение в базе содержатся примечания об особен-
ностях продаж, рекламы, о другой коммерческой специфике клиента.
Данные записи о контактах заказчика дают обобщенную инфор-
мацию о его экономической деятельности и позволяют производить
постоянное исследование рынка. Так как отчетная система связана с
e-mail системой, то служба поддержки клиента автоматически ежед-
невно получает полную информацию о нем.
Основой для CRM системы (CRM — Управление взаимоотношени-
ями с клиентом) служит адресный и межконтактный контроль. Это
важный инструмент для установления плодотворных отношений с
существующими и потенциальными заказчиками.
С помощью модуля управления рабочими потоками пользователь
может настроить и расширить интерфейс дополнительными поля-
ми для создания собственного СРМ-критерия.
293
Интернет-бизнес. Благодаря модулю eBusiness полиграфические
компании могут оказывать услуги удаленно, например, через Интер-
нет. Обеспечивается доступ к списку заказов или к наличному запасу
товаров, что способствует укреплению взаимоотношений, экономит
временные и денежные ресурсы.
Одного нажатия мыши в клиентской базе данных достаточно для
активизации опции eBusiness, предназначенной для определенно-
го клиента. Введя регистрационное имя и пароль, клиенты и постав-
щики получают доступ к данным системы HIFLEX. При этом нет
особых требований ни к аппаратному, ни к программному обеспе-
чению. Заказчик может:
получить сводку по своим текущим или выполненным заказам;
проверить технические характеристики, указанные в выполняе-
мом заказе;
увидеть распределение заказов;
узнать текущее состояние заказа;
внести последние изменения или дополнения;
проверить наличие па складе готовых работ или полуфабрика
тов для оформления заявок;
просмотреть предложения, оформленные заказы, счета-факту-
ры, накладные;
проверить контактные телефоны и адреса.
Пользователь сам определяет информационные границы, в пре-
делах которых разрешен доступ к данным через eBusiness.
Модуль eBusiness значительно сокращает временные и денежные
затраты, способствует укреплению стабильных взаимоотношений
между заказчиком и поставщиком. Увеличивается товарооборот, эко-
номится время: нет необходимости оформлять запросы по тслефо-
iry, появляется возможность сократить производственные ошибки
благодаря прохождению стандартных запросов, минуя телефонные
переговоры, повышается эффективность, гибкость и качество всего
рабочего процесса.
Портфель заказов — эффективная служба для подготовки и пла-
нирования заказов.
Все входящие заказы хранятся в Портфеле заказов. Если основа-
нием для заказа было составление сметы, то соответствующая сме-
та «прикрепляется» к заказу по своему номеру. Сметные данные —
описание заказа, тип продукта, информация о заказчике — автомати-
чески вносятся в заказ, в случае возникновения несоответствий воз-
можны изменения.
294
Программный экран Портфеля заказов может быть изменен или
дополнен полями. Таким образом, на экране будет отображена вся
необходимая информация по каждому заказу. Дополнительная инфор-
мация о заказе выводится па свободно программируемые экраны.
Если требуются данные по старым заказам, можно воспользовать-
ся экраном, который поддерживает все поисковые критерии. Систе-
ма характеризуется быстрой обработкой запроса, есть возможность
использовать символы обобщения. Например, при вводе «R?der»
выполняется поиск всех компаний с названием «Rider/Rydcr» неза-
висимо от того, какие буквы в слове — «1» или «у». Широкодиапазон-
ный поиск с набором многозначных ключевых слов позволяет нахо-
дить заказы, вводя минимум релевантной информации.
PDC/PCS и электронные карты заказов Электронные карты за-
казов — программа, ко торая формирует перечень технологических
параметров заказа, используя все данные системы Программа авто-
матически создаст и изменяет карты, обеспечивая оперативность и
точность выполнения заказа.
Язык запросов PSQL поддерживает доступ ко всем базам данных и
позволяет создавать различные версии в соответствии с требования-
ми заказчика и в зависимости от размера, структуры компании, осо-
бенностей печатных процессов.
Вводимая информация обязательно должна включать номер со-
ставленной сметы или заказа. В качестве дополнительных сведений
Moiyr быть указаны номера заказа на закупку, архивные номера; ин-
формация о наличии/отсутствии образцов, о заказе на закупку и пре-
вышении поставок в процентах. Количество и сроки поставки счи-
тываются из книги заказов и могут обновляться.
Выводимая информация технологических карт заказов содержит
все необходимые сведения и может быть дополнена в соответствии с
нуждами пользователя. Создаются карты в MS Excel, Word и других
аналогичных программах.
Электронные технологические карты заказов гарантируют, что все
последние изменения будут учтены в производстве. Комбинация сис-
тем PDC (Сбор производственных данных) и PCS (Система управле-
ния производством) отражает состояние производственного процес-
са в любое время и упрощает управление прохождением заказов.
Система PDC обеспечивает децентрализованный учет производ-
ственных затрат. Все работники вводят данные своих табелей и блан-
ков; до 12 человек могут создавать табели на одном терминале.
295
Передача необходимых данных может осуществляться через чте-
ние штриховых кодов. Для каждого работника определяются допус-
тимые центры учета затрат, к которым привязаны рабочие процес-
сы. Начало процесса автоматически вводится системой, отобража-
ются номера всех выполняемых работ. Значения объема произведен-
ной за час продукции также могут храниться в системе. Для проведе-
ния проверки можно соединить систему PDC с печатной машиной,
используя технологию CIP4JDF и данные печатной машины.
На том же терминале работник просматривает электронные кар-
ты заказа перед началом работы и проверяет текущие инструкции по
се выполнению.
С прмощыо системы PCS можно вызвать информацию о состоянии
производственного процесса на текущий день или за несколько пре-
дыдущих дней выбрать заказ, центр или группу центров учета затрат.
Склад и поставщики. Модуль склада и база данных поставщиков обес-
печивают надежную и оперативную систему размещения заказов благо-
даря точному контролю материалов, необходимых для работы предпри-
ятия. Непрерывная обработка поступающих сведений способствует сво-
евременному планированию заказов и снижению складских затрат.
Для учета имеющийся в наличии материал делится на определен-
ные пользователем группы (например, листовая бумага, картон, ру-
лонная бумага). Кроме того, может быть указан тип бумаги, взятый
из сметной документации поставщиков. Расчет количества материа-
лов выпо лняется в различных единицах (тонны, листы, рулоны).
Интегрированная система оформления заказов на покупку това-
ра для склада или под заказ способствует бесперебойной работе отде-
ла закупок. Одновременно возможно оформление независимых зака-
зов, заказов на основании сметных данных или по требованию про-
изводства. Поступившие материалы автоматически резервируются
для одной или нескольких работ либо заносятся в общую базу хране-
ния с возможностью последующего перераспределения.
Когда товар выписывается со склада, его стоимость автомати-
чески учитывается в соответствующей работе. Если отдельные
единицы товара резервируются под работу, остатки склада авто-
матически уменьшаются. Эго позволяет избежать проблемы зале-
жавшегося товара.
Система предлагает интегрированный подход к учету’ материалов
для рулонной офсетной печати и печатания бесконечных формуля-
ров, где регистрация поступления каждого роля и его отпуска со скла-
да выполняется по штриховым кодам.
296
Базирующийся на заказах учет обеспечивает постоянную инфор-
мированность пользователей о количестве заказанных, полученных,
отпущенных, резервированных и оставшихся материалов. Различные
поисковые алгоритмы и проверка достоверности информации помо-
гают пользователю системы в каждодневной работе и при проведе-
нии Инвентаризации.
Планирование. Программа планирования служит для оптимиза-
ции всего процесса производства с учетом предельных сроков выпол-
нения заказов. Встроенный график сменности позволяет планиро-
вать работы но сменам и дням. Опция краткосрочных изменений
необходима для внесения каких-либо поправок в случае простоев или
проведения дополнительных работ. Учет специфических характери-
стик работ, например степени сложности, способствует организации
более точного планирования. Возможна логическая комбинация ра-
бочих процессов с последующим графическим отображением.
Для каждого производственного этапа определяются самый ран-
ний начальный и самый поздний конечный сроки выполнения работ.
В указанном диапазоне времени программа планирования распреде-
ляет работы с минутной точностью, чем достигается полная оптими-
зация печатного процесса. Фиксированные сроки могут вноситься
дополнительно. Критические сроки выполнения заказа выделяются
цветом для наглядного напоминания.
Помимо автоматического распределения работ администратор
печатного процесса имеет возможность ручного вмешательства для
установления приоритетов выполнения работ.
Определение и анализ стоимости. Система составления стоимо-
стных ведомостей необходима для эффективного контроля расходов,
возникающих в процессе выполнения заказа. Учет этих данных обес-
печивает точ1гую оценку производительности и общих затрат.
Модуль определения стоимости используется для сбора данных о вре-
мени выполнения отдельных заказов и учета прямых затрат (счел а постав-
щиков, расход материала) и интегрируется с базой данных сотрудников.
Временные табели содержат информацию о числе сотрудников, ра-
бочем времени (по сменам), об отдельных этапах рабочего процесса,
включают производственный участок, номер заказа, продолжительность
и объем выполненных работ, общий расход материалов. Счета постав-
щиков и расход материалов расцениваются как прямые затраты.
Модуль анализа стоимости исследует несоответствие между пред-
варительной оценкой и конечной стоимостью, используя SQL для
запросов к базе данных. С помощью данного модуля выполняются
297
статистические вычисления, которые позволяют выявить превыше-
ние стоимости заказа над заданной допустимой величиной.
Несоответствие между предварительно оцененными затратами и
действительными показателями автоматически отображается в сис-
теме. Возможен расчет отклонения в стоимости отдельных печатных
листов. При анализе прибыли оценивается соответствие между про-
изводительностью и прибылью с продаж. Для оценки может быть
выбран один или несколько заказов.
Медиасервер представляет собой систему управления и хранения
всех данных проектов и заказов.
Проекты, создаваемые с использованием медиасервера, совмес-
тимы с журналом заказов системы HIFLEX и базой данных клиентов.
Такая интеграция позволяет хранить проекты для всех клиентов и
заказов. Во время поиска данных могут использоваться все критерии
поиска по заказу: стоимость, исполнитель, номер заказа, тираж и т. д.
Нет необходимости в дублировании хранящихся данных.
Каждое изменение в статусе проекта регистрируется программой
управления версиями. Автоматически создаваемый внутренний про-
токол позволяет найти любое промежуточное состояние проекта
простым нажатием на клавишу.
Интеграция стандартных программ — PhotoShop, krecHand,
Illustrator, Quark или Acrobat — происходит беспроблемно, так же как
и использование OPI-сервера. Важное значение имеет независимость
аппаратного обеспечения системы, например возможность поддерж-
ки одновременно Windows, Мас и Barco. Использование интернет про-
токола TCP/IP, являющегося межплатформенным стандартом, позво-
ляет интегрировать различные компьютеры и сетевые структуры.
Аппаратное обеспечение. Сервер системы HIFLEX работает на
стандартном аппаратном обеспечении независимо от поставщика и
может быть соединен с существующей сетью. Рабочие станции так-
же аппаратно независимы, есть возможность интеграции в систему
аппаратного обеспечения.
Конфигурация аппаратного обеспечения основана на централь-
ном сервере Intel. Это стандартное аппаратное обеспечение являет-
ся экономичным, широко распространено и может поставляться ве-
дущими мировыми производителями — IBM, Del1, Siemens или HP. В
большинстве случаев используется многопроцессорная комплекта-
ция, что обеспечивает высокую производительность.
Система IIIFLEX может быть установлена с использованием суще-
ствующих кабелей и протоколов. Интернет-протокол TCP/IP, кото-
298
рый стал общепринятым стандартным протоколом, доступен для всех
платформ и обеспечивает создание универсальных компьютерных
структур. Это означает абсолютную независимость аппаратного обес-
печения, где бы оно ни было установлено, к тому же различные плат-
формы могут работать параллельно в одной сети.
Возможно управление принтерами в сети. Система HIFLEX PRINT
поддерживает лазерные, струйные, термальные и матричные прин-
теры и все принятые стандарты печати. Есть возможность управлять
принтерами, подсоединенными непосредственно к рабочим станци-
ям, в этом случае они предоставлены определенным пользователям.
Для того чтобы обеспечить максимально быструю поддержку, все
системы HIFLEX оборудованы адаптером Lancom ISDN. Поддержка
программного обеспечения, его обновление и изменения могут осу-
ществляться дистанционно практически непрерывно.
Операционные системы. Заказчик может сделать выбор между
гремя операционными системами сервера: Linux, Windows и UNIX
Операционная система Linux получила широкое распространение
благодаря своей высокой надежности и эффективности. Она поддер-
живает почти все установленные модули HIFLEX, обеспечивая одно-
временное использование в одной сети клиентских станций на плат-
формах Windows и Macintosh.
Сервер Windows 2000/ХР для многих предприятий является аль-
тернативой платформе UNIX, его рекомендуется использовать с со-
вместимыми компонентами Windows.
Все операционные системы работают на аппаратном обеспечении
Intel. Это не только экономит средства, по и гарантирует максималь-
ную защиту инвестиций.
Что касается рабочих станций клиентов, связанных с сервером, сис-
тема HIFLEX PRINT абсолютно нс зависит от типа аппаратного обеспе-
чения и операционных систем этих станций. Возможен выбор различ-
ных операционных систем для каждой рабочей станции. В то же время
допустима их интеграция с компьютерами нового поколения благодаря
открытой структуре системы HIFLEX PRINT, обеспечивающей макси-
мальную безопасность и широкие возможности в будущем.
7.4.2.	Система Printnet компании MAN Roland
Для текущего проектирования, планирования и управления рабочим
потоком используется система Printnet известной компании MAN Roland.
На основе компьютерно-интегрированного производства (CIM)
все коммерческие и производственные процессы в рамках типогра-
299
фии и издательства объединяются в сквозной рабочий поток. С помо-
щью Printnet осуществляются централизованная обработка заказов,
сквозное планирование и управление производством, минуя простран-
ственные и организационные грани] {ы — от учета заказов до их выдачи.
Все производственные операции хорошо согласуются друг с другом.
Обмен данными, планирование и управление производятся на базе
нового промышленного стандарта JDF. JDF (Job Definition Format)
действует как «интеллектуальная стрелка», при помощи которой мо-
гут интегрироваться и продолжать эксплуатироваться частные сети
других изготовителей.
Современные системные и сетевые технологии позволяют пользо-
вателям с любого рабочего места получать доступ к производственным
данным. Этим достигается максимальная эффективность и прозрач-
ность производства при обозримости инвестиционных издержек.
С помощью центральных функций Printnet все производственные
операции могут эффективно учитываться, планироваться, управлять-
ся, контролироваться и анализироваться в одном пункте. Объедине-
ние в сеть всей производственной цепочки возможно на основе но-
вых открытых портов рабочего потока Printnet.
Порты позволяют интегрировать участки рабочего потока пред-
приятия независимо от того, используются ли изделия фирмы MAN
Roland или других изготовителей. ИнтерфейсыJDF/XML обеспечи-
вают безупречное подключение подразделений сбыта, допечатной
стадии, печати и послепечатной обработки. Количество и объем пор-
тов определяются исключительно требованиями к объединенной
сети. В любое время возможно расширение сети.
Функции Printnet. Планирование и управление производствен-
ным процессом осуществляются с помощью функций Jobstart, Jobplan
и Jobperform. Они являются центральным пунктом, объединяющим
задачи учета, планирования и коммутации, и отвечают за автомати-
зированное протекание производственных процессов на полиграфи-
ческом предприятии и в издательстве.
Jobstart — счетчик системы Printnet, в которой разрабатываются
оптимизированные карточки заказов (Job-Tickets) для всех видов про-
изводства. Карточки заказов генерируются полностью автоматичес-
ки на основе данных, поступающих из информационно-управляющей
системы (MISi или собранных непосредственно в Jobstart. Они со-
держат полное описание операций рабочего потока одного заказа.
Затем с помощью Jobplan рассчитывается оптимальный производ-
ственный 1гуть для каждого вида продукции, а данные обо всех ресур-
300
сах, включая время пуска и окончания работ, выводятся на плановое
табло. В виде такого планового табло полиграфическое или упаковоч-
ное предприятие приобретает удобный инструмент, с помощью кото-
рого отделы получают обзорные данные по имеющимся производствен-
ным заказам, которые могут масштабироваться в произвольном вре-
менном режиме в соответствии с предъявляемыми требованиями.
Jobform управляет на основе стандарта JDF производственными
участками. При помощи Jobperform обрабатываются принятые и до-
пущенные к исполнению производственные заказы. Управление сис-
темами на отдельных участках осуществляется в интерактивном ре
жиме (заданное/действительное время), на плановом табло. Все про-
изводственные участки могут динамично (например, при выходе из
строя аппаратуры) и оптимально адаптироваться к актуальной ситуа-
ции. Внутренняя функция контроля обеспечивает правильную поста-
новку всех стрелок и сигналов в любое время.
Jobtrack контролирует полный процесс производства на основе
сообщений XML/JMF. На каждом рабочем месте могут выявляться в
режиме реального времени критические состояния в ходе производ-
ственного процесса и немедленно приниматься необходимые меры
Jobreport позволяет провести статистический анализ всех про-
изводственных операций и процессов. Благодаря этому коммерчес-
кие и производственные процессы приобретают ту прозрачность, ко-
торая необходима для стратегических решений.
Станции Printnet. Officeport поддерживает связь с сектором эко-
номики производства предприятия. В систему Printnet автоматичес-
ки импортируются данные о заказах из коммерческих систем (отрас-
левое программное обеспечение, расчетные системы, MIS и т. д.),
т е. их повторный сбор уже не требуется. Традиционные форматы
данных конвертируются bJDF. После завершения производства фак-
тические данные автоматически возвращаются в коммерческую сис-
тему для дополнительной калькуляции.
Станция Newsport принимает заказы на редактирование и направ-
ляет их в соответствующую редакционную систему. Newsport имеет
вспомогательные функции, которые существенно облегчают редак-
ционную работу; Отредактированные части страницы направляют
ся на Preport и там автоматически монтируются в целые страницы.
Adport в рамках производства издательской продукции с исполь-
зованием Printnet объединяет в сеть все участки отдела рекламы.
Интерфейсы к Officeport (например, Preport) обеспечивают сквоз-
ной рекламный рабочий поток. При помощи Adport рекламные объяв-
301
лсния регистрируются, размещаются и изготавливаются за одну ра-
бочую операцию. Кроме того, в этой станции имеется модуль верст-
ки рекламных страниц. Изготовленные рекламные объявления и рек-
ламные страницы передаются на Preport и там автоматически мон-
тируются в целую страницу. При помощи Adport рекламный рабочий
поток приобретает динамику и гибкость и создает предпосылки для
повышения качества обслуживания заказчиков.
Dtpport — это связующее звено в обмене данными между планиро-
ванием производства, настольными издательскими системами и вер-
сткой страниц. Через интерфейс JDF производственные заказы для
настольных издательских систем поступают со станции регистрации
и сбора заказов Printnet (Jobstart) и затем передаются на подключен-
ные системы DTP (QuarkXPress, InDesign и т. д.). Многочисленные
вспомогательные функции обеспечивают надежную и эффективную
обработку заказов на DTP. Готовые заказы направляются на Preport и
позиционируются в соответствии с выбранной схемой спуска.
Preport интегрирует допечатные процессы в рабочий поток
Printnet. Имеются различные функции для издательской, рекламной
продукции и упаковки, которые приобретаются в модульном виде и
могут расширяться. Через интерфейсыJDF интегрируется производ-
ственное оборудование для всех рабочих операций — от цифрового
монтажа страниц до изготовления и хранения печатных форм. Но-
вый подход к управлению ресурсами позволяет гибко компоновать
аппаратуру в оптимизированные производственные участки. Произ-
водственные планы могут динамично адаптироваться к реальным ус-
ловиям производства. Для оптимизации допечатного производства
имеется Output Manager, основывающийся на стандартсЗИЕ
Pressport поддерживает связь с системами управления печатны-
ми машинами и сетью, в которую они объединяются. Фирма MAN
Roland предлагает для этих целей систему Press Manager System
РЕСОМ. РЕСОМ управляет всеми процессами, относящимися к пе-
чати, а также осуществляет высокоточную предварительную настрой-
ку агрегатов машин и красочных зон. Параметры настройки красоч-
ных зон рассчитываются на основе цифровых данных допечатной
стадии. Благодаря этим автоматизированным процессам значитель-
но повышается качество печати и снижается объем макулатуры.
Порты рабочего потока Printnet (Pnntnet-Workflowport) служат
интерфейсами и позволяют провести интеграцию всех аппаратов и
систем независимо от изготовителя и поколения.
302
Postport интегрирует в рабочий ноток Printnet процессы после-
печатной обработки. На основе стандарта JDF может подключаться
оборудование всех распространенных типов: листорезальные устрой-
ства, линии клеевого скрепления, подборочно-швейные и фальцеваль-
ные машины. За счет этого полные программы резки или операции
фальцовки могуч непосредственно передаваться той машине, кото-
рая должна выполнять ту или иную операцию. Сектор послепечат-
ной обработки, как последнее звено производственной цепочки, бла-
годаря объединению производства в компьютерную сеть имеет боль-
шой потенциал оптимизации, не в последнюю очередь потом); что
на этом участке могут компенсироваться потери времени.
Storeport включает в рабочий поток Printnet самые различные си-
стемы ло! истики и материального o6eciючения, например AUROSYS
фирмы MAN Roland. Какой материал, к какому моменту времени дол-
жен подаваться к какой машине — всегда достоверно известно благо-
даря станции Storeport.
В системе логистики поставок предполагается использовать
Transport. Печатная продукция в соответствии с предварительно ус-
тановленными маршрутами будет автоматически укладываться на
поддоны и отмечаться идентификационными знаками (Barcodes,
Transporder и т. д.). Это обеспечит не только надежную и эффектив-
ную поставку, но и возможность следить за процессом выдачи про-
дукции при помощи GPS.
7.4.3.	CPC-CPCTronic-DataControl компании Heidelberg
Компания Heidelberg разработала комплексную систему техноло-
гической подготовки и управления печатным процессом СРС-
CPCTronic DataControl. Основу этого интегрированного комплекса
представляет подсистема дистанционного управления подачей крас-
ки и приводкой СРС1. Первые образцы СРС1 были разработаны 20
лет назад. Сейчас фирмой выпущена модификация СРС1-04, которая
отличается от своих предшественников удобством работы и дополни-
тельными функциями управления. В этой подсистеме оптимизирова-
ны функциональные возможности дистанционного управления пода-
чей краски, изменены схемы управления зональными электродвигате-
лями красочных ящиков и исполнительными двигателями приводки.
CPTronic служит основой для модулей автоматизации печатной
машины, таких как Autoplate и Preset. При помощи CPTronic печат-
ник может выполнять предварительную настройку машины и в про-
303
цессе производства управлять ею, в том числе такими вспомогатель-
ными аппаратами, как противоотмарывающис устройства или устрой-
ства централизованной подачи увлажняющего раствора. Последнее
поколение CPTronic обеспечивает интеграцию важных для печатни-
ка управляющих функций (проведение автоматической смены зака-
за, минимизация затрат времени на переналадку и т. д.). Достоинством
CPTronic является возможность диагностики состояния узлов маши-
ны и электронных устройств.
Подсистема DataControl позволяет управлять всеми этапами по-
лиграфического производства. DataControl состоит из сервера на базе
процессора DECPnons, нескольких рабочих станций DEC Venturis XL,
специального машинного терминала на базе Venturis FX, устанавли-
ваемого на пульт CPTronic, и программного обеспечения DataControl.
В сеть DataControl входят устройство для контроля качества печати
СРС 21, считыватель печатных форм СРС 31, определяющий долю
печатных элементов па пластине для предварительной настройки
подачи краски с помощью СРС1 или СРС 33. DataControl использует
стандарт передачи данных CIP3 РРЕ
DataControl функционирует следующим образом. При приеме за-
каза вводятся данные и создается протокол задания с информацией
о сроке выполнения, используемом оборудовании и пр. Данные че-
рез сервер поступают в допсчатный отдел, печатный и иослепе-
чатный цеха. В допечатном отделе готовится макет, выводятся
пленки или сразу печатные формы, создается файл для рабочей
станции СРС 33. Если вместо СРС 32 используется СРС 31, то гото-
вые формы считываются и данные по сети поступают на СРС 1-04
печатной машины. DataControl предполагает наличие в типогра-
фии нескольких печатных машин серии Speedmaster, резальных
машин Polar ED и фальцевальных машин Stahl серии TopLine. Дан-
ные о заказе поступают на резальную и фальцевальную машины. На
резальной машине своевременно будет автоматически подготовлена
программа резки, а фальцевальная к своему сроку произведет соот-
ветствующие данному заказу настройки. Через DataControl можно по
модему связываться с сервисной службой.
Данная система является прообразом типографии будущего,
где все технологические процессы объединены в цепочку, полу-
чающую информацию о заказе в одном формате, и максимально
автоматизированы, введен цифровой контроль за прохождением
заказа в производстве.
304
7.4.4.	Система КБА ОПЕРА фирмы «КБА Планета»
Фирма «КБА Планет а» обеспечивает листовые печатные машины
модульной системой КБА ОПЕРА, которая способна осуществлять
глобальный обмен цифровой информацией в печатном производстве.
На нижнем уровне иерархии расположены пульт управления
ЭРГОТРОНИК; система сканирования форм для зональной регу-
лировки подачи краски СКАНТРОНИ К; установка дистанционно-
го управления красочным профилем КОЛОТРОНИК; интегрирован-
ная система постоянного контроля листов в машине КВАЛИТРОНИК;
денситометрическая система измерения и регулировки красок
СПЕКТРОНИК; денситометрическая система измерения и ре-
гулировки плотности ДЕНСИТРОНИК.
Средний уровень иерархии реализует открытая система
ЛОГОТРОНИК. Она накапливает информацию о ходе производ-
ственного процесса, протоколирует полученные данные, позво-
ляет принимать управленческие решения по вопросам менеджмен-
та, технического обслуживания, контроля качества продукции и др.
11а верхнем уровне иерархии расположены системы обработки дан-
ных (по бухгалтерии, складу, проведению калькуляций) и бизнес-ин-
формации (по выполнению заказов, снабжению материалами, работе
экспедиции). Данная система может быть замкнута на другие полигра-
фические производства, в частности использующие ролевые машины.
Децентрализованная структура управления листовыми печатны-
ми машинами большого формата реализуется с помощью сети Arcnet,
которая обеспечивает возможность соединения различных модулей
программного управления (SPS). В единую систему интегрируются
различные периферийные аппараты, такие как сушильное устрой-
ство, противоотмарывающий аппарат, устройства терморегуляции
красочных аппаратов и др.
Важным модулем КБА ОПЕРА является развитая подсистема дис-
танционной диагностики, которая наряду с анализом допущенных
ошибок и неполадок позволяет специалистам по сервису осуществ-
лять дистанционное управление со своего рабочего места.
7.4.5.	Система АР LANA компании APLANA
Компания APLANA предлагает разработку специализированных
решений для автоматизации планирования и контроля упаковочно-
го производства. С помощью пакетов прикладных программ решают-
ся следующие задачи.
305
В области автоматизации технологических процессов планирования,
планирование производства с учетом прогноза продаж, текуще-
го портфеля заказов и загрузки производственных мощностей, а
также информации о готовности до печатных материалов и объе-
ме незавершенного производства;
планирование закупок сырья и материалов на основе прогноза
продаж с учетом сроков исполнения заказов и доставки их на склад.
В области автоматизации учета и планирования допечатных ма-
териалов:
планирование сроков подготовки дизайнерских решений;
регистрация полученных клише, соответствующих заказам;
оценка корректности (некорректности) подготовки дизайнер-
ских решений;
определение количества краски, необходимой для печатания кон-
кретного заказа;
регистрация фактов соответствия (несоответствия) характери-
стик клише требованиям производства;
В области автоматизации подготовки производственных планов
и отчетов:
формирование производственного плана;
составление отчетов в различных разрезах статистики;
учет брака и отходов производства.
В области автоматизации контроля производственного процесса:
ввод и обработка данных по текущей загрузке производственных
мощностей (по заказам), по сбоям в работе (отказ оборудования,
нарушение технологии, задержка сроков поставки сырья и мате-
риалов и т. п.), а также информации о проблемах, связанных с
качеством (сырья и материалов, конечной продукции);
просмотр и печать планов и отчетов;
учет производственных отходов;
учет материалов, находящихся в незавершенном производстве.
Кроме того, система осуществляет автоматизированный учет и
обработку статистической информации:
о текущей загрузке производственных мощностей;
о сбоях в работе (отказ оборудования, нарушение технологии,
задержка сроков поставки сырья и материалов и т. п.);
о проблемах, связанных с качеством сырья и материалов, конеч-
ной продукции;
об отходах производства.
306
Внедрение системы обеспечивает снижение себестоимости про-
изводства и сокращение сроков обработки заказов за счет оптимиза-
ции производственных расписаний и ресурсных затрат, а также ав-
томатизации рутинных операций. АР LANA является важной состав-
ляющей системы качества предприятия и позволяет повысить про-
цент выхода качественных изделий путем своевременного устране-
ния сбоев на производстве.
Контрольные вопросы
1.	Пакет Impact компании Arden Software.
2.	Программный продукт MarbaCAD.
3.	Программа ArtPro.
4	Комплекс программного обеспечения компании Esko-Graphics.
5.	Пакет ArtPro, Score!, Nexus компании Artwork Systems.
6.	Пакет DVSCAD компании DVS Systems Software.
7.	Использование специализированных САПР в допечатной стадии про-
изводства упаковки.
8.	Средства художественного конструирования упаковки.
9.	Векторное представление компьютерной графики.
10.	Программы компьютерной графики для полиграфии.
11.	Программы рисования.
12.	Программы верстки.
13.	Программное обеспечение технологической подготовки производ-
ства упаковки.
14.	Программный комплекс компании 1IIFLEX.
15.	Система Printnet компании MAN Roland.
16.	CPC-CPCTronic-DataControl компании Heidelberg.
17.	Система КБА ОПЕРА фирмы «КБА Планета».
18.	Система APLANA компании APLANA.
Список литературы
Бобров В.И. Теоретические основы структурного синтеза автома-
тизированных систем машин полиграфического производства: Мо
нография. — М.: МГУП, 2004. — 238 с.
Бурцев В.М. и др. Технология машиностроения: В 2 т. Т. 1. Осно-
вы технологии машиностроения: Учебник для вузов/ В.М. Бурцев,
Л.С. Васильев, А.М. Дальский и др.; Под ред. А.М. Дальского. — М.:
Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. — 564 с.
Бурцев В.М. и др. Технология машиностроения: В 2 т. Т. 2. Произ-
водство машин: Учебник для вузов/ В.М. Бурцев, А.С. Васильев.
О.М. Деев и др.; Под ред. Г.Н. Мельникова. — М.: Изд-во МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 1999. — 640 с.
Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. — М.: Наука,
1978.-400 с.
ВентцелъЕ.С. Исследование операций. — М.: Сов. радио, 1972. — 552 с.
Волков И.К., Загоруйко Е.А. Исследование операций: Учебник для
вузов / Под ред. В.С. Зарубина, А.П. Крищенко. — М : Изд-во МГТУ
им. Н.Э. Баумана, 2002. — 436 с.
Вороненко В.П. и др. Проектирование автоматизированных участ-
ков и цехов: Учебник для маш ин о строит, спец, вузов/ В.П. Воронен-
ко, В.А. Егоров, М.Г. Косов, Д.Р. Попов, Н.М. Султан-Заде, А.Г Схирт-
ладзе; Под. ред. Ю.М. Соломенцева. — М.: Высш, шк., 2000. — 272 с.
ГОСТ 23501.0 — 79. Системы автоматизированного проектирова-
ния. Основные положения.
Ермаков С.М., Михайлов Г. А. Статистическое моделирование. — М.:
Наука, 1982.-286 с.
Ефремов Н.Ф. Тара и ее производство: Учеб, пособие. — М.: МГУП,
2001.-312 с.
Ефремов Н.Ф. Конструирование и дизайн тары и упаковки: Учеб-
ник для вузов/ Н.Ф. Ефремов, ТВ. Лемешко, А.В. Чуркин; Моск. гос.
ун-т печати. — М.: МГУП, 2004. — 424 с.
Зельдович Б.З., Сафонова Н.И., Павлова М.А. Организация и плани-
рование полиграфического производства. Управление предприяти-
ем: Учебник. — М.: Книга, 1990. — 400 с.
Колесников A. Excel 7.0 для Window 95. — Киев: BHV, 1996. — 480 с.
Кремер Н.Ш. и др. Исследование операций в экономике: Учеб, по-
собие для вузов / Н.Ш. Кремер, Б.А Путко, И.М. Тришин, М.Н. Фрид-
ман; Под ред. проф. Н.Ш. Кремера. — М.: ЮНИТИ, 2000. — 407 с.
Кудрявцев Е.М. Mathcad 2000 Pro. — М.: ДМК Пресс, 2001. — 576 с.
308
Левин Ю.С., Матвеев П. А., МаудрихК.Д. Производственные процес-
сы в полиграфии. Проектирование и расчет: Учебник. — М.: Книга,
1985.-223 с.
Левин Ю.С. Технологические расчеты печатного производства:
Учеб, пособие. — М.: Изд-во МГАП «Мир книги», 1996. — 76 с.
Медведев В. А. и др. Технологические основы гибких производствен ных
систем: Учебник для машиностроит. спец, вузов/В А. Медведев, В П.
Вороненко, В.Н. Брюханов, В.1Митрофанов, Л.М. Червяков, А.Г Схир-
тладзе; Под ред. Ю.М. Соломенцева. — М.: Высш, шк., 2000. — 255 с.
Надежность и эффективность в технике: Справочник: В 10 т./Рсд.
совет: В.С. Авдуевский (пред.) и др. Т. 3. Эффективность техничес-
ких систем/Под общ. ред. В.Ф. Уткина, Ю.В. Крючкова. — М.: Маши-
ностроение, 1988. — 328 с.
Норенков И.II. Основы автоматизированного проектирования:
Учебник для вузов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. — 336 с.
Поляков А.Ю. Методы и алгоритмы компьютерной графики в при-
мерах па Visual C++. — СПб.: БХВ-Петербург, 2002. — 416 с.
Роджерс Д., Адамс Дж. Математические основы машинной графи-
ки: Пер. с англ. — М.: Мир, 2001. — 604 с.
Салманов О.Н. Математическая экономика с применением Mathcad
и Excel. — СПб.: БХВ-Петсрбург, 2003. — 464 с.
Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учебник для ву-
зов. — М.: Высш.шк., 1998. — 319 с.
Сольницев Р.П. и др. Автоматизация проектирования гибких произ-
водственных систем/Р.И. Сольницсв, А.Е. Кононюк, Ф.М. Кулаков -
Л.: Машиностроение, 1990.-415 с.
Туровец О.Г. и др. Организация производства: Учебник для вузов/
О.Г. Туровец, В.Н. Попов, В.Б. Родионов, Ю.П. Анисимов, В А. Васи-
льев, С.И. Воронин, Ю.Ю. Наймарк, В.Н. Родионова; Под ред. О.Г. Ту-
ровца. — М.: Экономика и финансы, 2002. — 452 с.
Филонов И.П. и др. Проектирование технологичен ких процессов в ма-
шиностроении: Учеб, пособие. — Минск.: УП «Техпопринт», 2003.—910 с.
Финкельштейн Э. AutoCAD 2000. Библиотека пользователя:
Пер. с англ. — М.: Изд. дом «Вильямс», 2002. — 1040 с.
ЧетвериковВ.Н. и др. Вычислительная техника для статистического
моделирования/ В.Н. Четвериков, Э.А. Баканович, А.В. Меньков. —
М.: Сов. радио, 1978. — 310 с.
Оглавление
ПРЕДИСЛОВИЕ................................................3
]. ПОНЯТИЕ И ОПРЕДЕЛЕ11ИЕ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ УПАКОВОЧНОГО
ПРОИЗВОДСТВА...............................................5
1.1.	Определение CAI IP................................. 5
1.2.	Понятие проектирования, объекты проектирования
и автоматизации.........................................б
1.3.	Виды САПР..........................................7
1.4.	Модель процесса проектирования......................9
2.	ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ УПАКОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА................... 11
2.1.	Архитектура САПР и описание ее элементов........... И
2	2. Виды обеспечения................................ 14
2	2-1. Техническое обеспечение.................... 14
2.2.2.	Математическое обеспечение................... 14
2.2.3.	Лингвистическое обеспечение................   19
2.2.4.	Программное обеспечение.......................21
2	2.5. Информационное обеспечение..................25
2.2.6.	Методическое обеспечение......................25
2.2.7.	Opi анизационнос обеспечение..................28
3.	ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ И СОДЕРЖАНИЕ ПРОЦЕССА
ПРОЕКТИРОВАНИЯ.............................................31
3.1.	Структура и содержание процесса проектирования упаковочного
производства............................................31
3.1.1.	Этапы, виды и содержание проектных работ упаковочного
производства..........................................31
3	1.2. Задачи и этапы проектирования производственных
систем................................................33
3.1.3.	Этапы и содержание проектирования технологических
процессов..........................................—- 37
3.1.4.	Состав проекта произволе геенной системы .....41
3.1.5.	Методы проектирования.........................46
3.2.	Этапы и содержание проектных работ при изготовлении
упаковки из кара она...................................47
3.2.1.	Разработка конструкции упаковки...............48
3.2.2.	Художественное конструирование упаковки и верстка
графического дизайна.................................51
3.2.3.	Изготовление опытного образца.................53
3.2.4.	Раскладка заготовок коробок.................. 54
3.2.5.	.Автоматизированное проектирование штанцсвальных
ф< >рм ............................................  55
310
4.	ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДС1 ВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
И СИСТЕМ....................................................59
4.1	Параметры производственного процесса и их расчет.....60
4.1.1.	Основные параметры производственного процесса...60
4.1.2.	Расчет объема работ по операциям упаковочного
производства..........................................65
4.1.3.	Расчет количества материалов.................  67
4.1	4 Рас чет действительного фонда времени работы
оборудования .........................................68
4.1.5.	Расчет действительного фонда времени работы
оборудования с использованием Excel	..........69
4.1.6.	Расчет потребности основного технологического
оборудования .........................................71
4.1.7.	Расчет количест ва технологического оборудования
средствами Excel....	 78
4.1.8.	Расчет площадей...............................  81
4.2	. Выбор структуры производственных систем........... . 83
4.2.1.	Компоновочные схемы цехов, планировка оборудования
и рабочих мест........................................84
4.2.2.	Особенности технологического проектирования
автоматизированных производственных систем............92
4.2.3.	Планировка печатного производства...............94
4.2.4.	Планировка послепечатного производства..........95
5.	ТЕХ11ИЧЕ< 1КОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР УПАКОВОЧНОГО
ПРОИЗВОДСТВА................................................99
5.1.	Структур.! технического обеспечения.................99
5.1.1.	Требования, предъявляемые к техническому обеспечению .. 99
5.1.2.	Типы сетей...................................... . 100
5.2.	Аппаратура рабочих мест в автоматизированных системах
проектирования и управления.............................104
5.2.1.	Вычислительные системы в САПР................. 104
5.2.2.	Периферийные устройства......................... 106
5.3.	Техническое обеспечение САПР упаковки из картона.. 107
5.3.1.	Плоттеры в производстве упаковки.............. 108
5.3.2.	Устройства для фрезерования лазов в штанцформе.. 112
5.3.3.	Лазеры для изготовления штанцевальных форм...... 114
5.3.4.	Мсханиче ские и автоматические устройства
для обработки линеек.................................117
5.3.5.	Станки для гравирования, фрезерования и сканирования
трехмерных объектов................................... 118
6	МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ ... 123
6.1.	Ос новы выбора и принятия технологических решений .123
6.1.1.	Основные виды технологических решений..........123
6.1.2.	Методы принятия проектных решений.	..........124
311
6.1.3.	Виды аналитических технологических решений......126
6.1.4.	Методы принятия аналитических решений...........129
6.2	Модели эффективности производственных систем
и технологических процессов............................. 131
6.2.1.	Выбор показателей и критериев эффективности
функционирования производственных систем......... 131
6.2.2.	Формализация задачи оценивания эффективности
производственных систем и выработки решений
при их проектировании................................ 135
6.2.3.	Типы задач и методы принятия решений по скалярному
показателю........................................... 138
6.2.4.	Задачи принятия решений по векторному показателю.142
6.3.	Методы оценки качества продукции и технологических
процессов............................................... 145
6.3.1.	Основные понятия и показатели качества..........145
6.3.2.	Методы определения показателей качества продукции
и технологических процессов.......................151
6.4.	Модели и методы статистического и имитационного
моделирования в задачах исследования качества и эффективности
производственных систем и технологических процессов
упаковочного производства................................162
6.4.1.	Методы статистического моделирования.........   162
6.4.2.	Моделирование случайных величин..............   164
6.4.3.	Исследование параметров качества и эффективности
производственных и технологических процессов методом
Монте-Карло.....................................  167
6.4.4.	Ими гационное моделирование производственных
систем................................................168
6.5	Исследование операций в проектировании производственных
систем ............................................      186
6.5.1.	Основные понятия..............................  186
6.5.2.	Примеры задач линейного программирования ...... 190
6.5.3.	Симплексный метод .. ........................   195
6.5.4.	Решение задачи линейного программирования
с использованием MathCAD..........................203
6.5.5.	Решение задачи линейного программирования
с использованием Excel.................................205
6.6.	Элементы теории массового обслуживания для проектирования
упаковочного производства.................................208
6.6.1.	Основные понятия. Классификация систем массового
об< луживания.....................................208
6.6.2.	Понятие марковского случайного процесса.......  210
6.6	3. Потоки событий.............................    212
6.6.4.	Уравнения Колмогорова. Предельные вероятности
состояний.........................................214
312
6.6.5.	Процесс гибели и размножения..................217
6 6.6. СМО с отказами................................218
6.6.7.	СМО с ожиданием (очередью)....................223
6.6.8,	Решение задачи СМО с использованием системы MathC AD 228
6.7.	Математическое обеспечение подсистем машинной графики
и геометрического моделирования........................233
6.7.1.	Изображение и преобразование точек..........  233
6.7.2.	Представление кривых..........................244
7.	ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ДИЗАЙНА
И ПРОЕКТИРОВАНИЯ УПАКОВКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ................................. 257
7.1.	Специализированное программное обеспечение САПР
упаковки................................................257
7.1.1.	Пакет Impar t компании Ai den Software........257
7.1.2.	Программный продукт MarbaCAD..................261
7.1.3.	Программа ArtPro..............................267
7.1.4.	Комплекс программного обеспечения компании
Esko Graphics.......................................272
7.1.5.	Комплекс программного обеспечения компании
Artwork Systems.....................................277
7.1.6.	Пакет DVSCAD компании DVS System Software.....279
7.2.	Использование специализированны к САПР в допечатной
стадии производства упаковки...........................281
7.3.	Средства художественного конструирования упаковки.282
7.3.1.	Программы компьютерной графики для полиграфии.284
7.3.2.	Программы рисования...........................286
7.3.3.	Программы верстки ............................286
7.4.	Программное обе< печение технологической подготовки
производства упаковки..................................287
7.4.1.	Программный комплекс компании HIFLEX..........290
7.4.2.	Система Printnet компании MAN Roland..........299
7.4.3.	CPC-CPCTronic DataControl компании Heidelberg.303
7.4.4.	Система КЬА ОПЕРА фирмы «КБА Планета».........305
7.4.5.	Система zXPLANA компании APLANA...............305
Список литературы.................................. ...	... 308
Учебное издание
Бобров Владимир Иванович
СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
УПАКОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА
Учебное пособие
Редактор Т. Н. Беллкина
Корректор Г. Н. Ьуханова
Компьютерная верстка Е. Н. Андроновой
Изд. лиц. ИД V 04610 от 26.04 01. Подписано в печать 27.12.05.
Формат 60 х 84 /16. Бумага офсетная. Гарнитура «NcwBaskcrvilleC».
Печать на ризографе. Усл. иеч. Л. 18,25. Уч.изд. л. 18.65. Тираж 200 экз. Заказ X? 21/21.
Мос конский государе твенный университет печати.
127550. Москва, ул. Прянишникова. 2а.
Отпечатано в Издатеты гве MI УП