Математичне моделювання мехатронних шатлів як об'єктів автоматизації для багаторівневих сиcтем внутрішньоскладської логістики
DOI:
https://doi.org/10.30837/ITSSI.2023.26.135Ключові слова:
автоматизація; передатна функція; кіберфізичні ситеми; Industry 4.0; мехатронний електропривод; Pallet Shuttle; математичне моделюванняАнотація
Предметом дослідження є математичне моделювання мехатронних шатлів багаторівневих систем внутрішньоскладської логістики. Мета статті – забезпечення енергоефективності та високої продуктивності багаторівневих систем складської логістики з допомогою розроблення математичних моделей мехатронних електромеханічних приводів у складі автоматизованих автономних шатлових систем (Pallet Shuttle). Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання: побудувати математичну модель процесів, що відбуваються в транспортувальному шатлі, як електромеханічної та мехатронної систем; розробити математичну модель транспортувального шатла як об'єкта автоматизації та отримання передатної функції автономної шатлової системи для автоматичного регулювання її швидкістю. Висновки. У роботі розроблено узагальнені підходи щодо побудови математичних моделей електроприводів як об'єктів автоматизації. У запропонованому підході передбачено, що лінеаризована математична модель електроприводу як об'єкта автоматизації подана у вигляді лінійного диференційного рівняння зі сталими коефіцієнтами, що пов'язують керування та контрольований параметр. Побудову такого диференційного рівняння пропонується здійснювати способом узагальнення властивостей, притаманних електромеханічним системам, та передбачено, що ці властивості з використанням електромеханічних аналогій подані рівняннями Лагранжа 2-го роду. Унаслідок досліджень було показано, що використання такого підходу приводить до визначеного рівняння математичної моделі мехатронного шатла як об'єкта автоматизації. Показано, що лінеаризована математична модель шатла як об'єкта автоматизації має визначатися диференційним рівнянням не нижче другого порядку. За результатами досліджень доведено можливість удосконалення систем автоматизації в проєктуванні способом більш деталізованого врахування властивостей шатлів як електромеханічних і мехатронних системам. Доведено, що використання такого підходу приводить до визначеного рівняння математичної моделі мехатронного шатла як об'єкта автоматизації, але отримати таке рівняння в явному вигляді практично не можливо. Для ілюстрації запропонованого підходу розглянуто моделювання типового мехатронного електроприводу машин, що використовуються в автоматизованих сховищах, та наведені результати моделювання процесів у електроприводі. Показано, що лінеаризована математична модель мехатронного шатла як об'єкта автоматизації має визначатися диференційним рівнянням не нижче другого порядку. За результатами досліджень показано можливість удосконалення систем автоматизації під час проєктування завдяки більш деталізованому врахуванню властивостей шатлів як мехатронних електромеханічних систем.
Посилання
Liashuk, O. L., Hevko, R. B., Dziura, V. O. (2019), "The development and modernization of transport and technological mechanisms of machines and possession" ["Stvorennia ta modernizatsiia transportno-tekhnolohichnykh mekhanizmiv mashyn i obladannia"] [Electronic resource]: monograph. TNTU. 167 р. available at: https://elartu.tntu.edu.ua/handle/lib/29468
Nevliudov, I., Yevsieiev, V., Maksymova, S., Filippenko, I. (2020), "Development of an Architectural-Logical Model to Automate the Management of the Process of Creating Complex Cyber-Physical Industrial Systems". Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(3(106)), Р. 44–52. DOI: 10.15587/1729-4061.2020.210761
Frolov, A.V. (2021), "The Experience of the Portal Machine Control System Modernizing for Automatic Arc Welding and Surfacing in a Shielded Gas". Current Problems and Ways of Industry Development: Equipment and Technologies, No. 7, Р. 622–631. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-69421-0_66
Wąsik, M., Lis, K., Lehrich, K. and Mucha, Ł. (2018), "Model-Based Dynamic Structural Modification of Machine Tools". Shock and Vibration, Volume 2018. Р.1-9. DOI: https://doi.org/10.1155/2018/3469171
Hryhorov, O. V. ta in. "Tekhnika materialnykh potokiv lohistychnykh system: navch. posib. "Kharkiv: NTU «KhPI», 2018. 496 р. available at: https://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/39521
Sanchez, Londono, D., Barbieri, G., Fumagalli, L. (2023), "Smart retrofitting in maintenance: a systematic literature review". Journal of Intelligent Manufacturing. Vol. 34(1). Р. 1–9. DOI: 10.1007/s10845-022-02002-2
Alsudani, M.Q., et al. (2023), "Smart logistics with IoT-based enterprise management system using global manufacturing". Journal of Combinatorial Optimization. Vol. 45(2). 1179 р. DOI: 10.1007/s10878-022-00977-5
Akandere, G., Khajeh, E., Paksoy, T. (2023), "The internet of things and cyber physical systems". Smart and Sustainable Operations and Supply Chain Management in Industry. 4, Р. 277–305. DOI:10.1201/9781003180302-14
Aleksiev, O., Aleksiev, V., Matsyi, O., & Matsyi, M. (2021), "End-to-end design of mechatronic industrial and automotive computer systems". Bulletin of V.N. Karazin Kharkiv National University, Series «Mathematical Modeling. Information Technology. Automated Control Systems», 49, Р. 6–15. DOI: https://doi.org/10.26565/2304-6201-2021-49-01
Nevliudov, I., Maksymova, S., Chala, O., Bronnikov, A., & Vzhesnievskyi, M. (2023), "Automated Logistics Processes Improvement in Logistics Facilities". Multidisciplinary Journal of Science and Technology, 3(3), Р. 157–170. available at: https://mjstjournal.com/index.php/mjst/article/view/202
Yevsieiev, V. (2021), "Methods and models of cyber-physical process control in organizational and technical production facilities" ["Metody ta modeli kiber-fizychnoho keruvannia protsesamy v orhanizatsiino-tekhnichnykh vyrobnychykh obiektakh"]: avtoref. dis. Kharkiv, NURE, 45 р. available at: https://openarchive.nure.ua/handle/document/16097
Mamalis, A.G., Nevliudov, I., Romashov, Yu. (2021), "An approach for numerical simulating and processing of measured electrical signals from board sensors installed on wheeled electro-mechanical platforms", Journal of Instrumentation. Vol. 16 (10). 10006 р. DOI: 10.1088/1748-0221/16/10/P10006 13. Alyokhina, S., Nevliudov, I., Romashov, Yu. (2021), "Safe Transportation of Nuclear Fuel Assemblies by Means of Wheeled Robotic Platforms", Nuclear and Radiation Safety, Vol. 3 (91), P. 43–50. DOI: https://doi.org/10.32918/nrs.2021.3(91).05
Ge, Shuaishuai, Shuang, Hou, and Mingyao, Yao. (2023), "Electromechanical Coupling Dynamic Characteristics of the Dual-Motor Electric Drive System of Hybrid Electric Vehicles", Energies 16 (7), 3190 р. DOI: https://doi.org/10.3390/en16073190
Pletinckx, Cyril "Autonomous shuttles for a logistical warehouse : automatic design of the warehouse. Ecole polytechnique de Louvain, Université catholique de Louvain", 2021. Prom: Schaus, Pierre. available at: http://hdl.handle.net/2078.1/thesis:30626
Zhen, L., Wu, J., Li, H., Tan, Z., & Yuan, Y. (2023), "Scheduling multiple types of equipment in an automated warehouse". Annals of Operations Research, 322(2), Р. 1119–1141. DOI: 10.1007/s10479-022-04935-6
Siciliano, G., Yu, Y., & Fottner, J. (2022), "Synergy between Shuttles and Stacker Cranes in Dynamic Hybrid Pallet Warehouses: Control Strategies and Performance Evaluation". Anwendungen und Konzepte der Wirtschaftsinformatik, Vol.15. Р. 1–7. DOI: https://doi.org/10.26034/lu.akwi.2022.3328
Nevliudov, I., Romashov, Y. (2022), "Control of wheeled platforms straight motions taking into account jerk restrictions under speeding-up from the state of rest". Visnyk of V. N. Karazin Kharkiv National University. Ser. Mathematics, Applied Mathematics and Mechanics, Vol. 96, Р. 4–22. https://doi.org/10.26565/2221-5646-2022-96-01
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Ігор Невлюдов, Максим Вжеснєвський, Юрій Ромашов, Олена Чала
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
