автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Повышение эффективности автоматизированных мелкосерийных и единичных производств за счет организации управления и контроля производственных процессов в соответствии со стандартом ISO 9000

Введение.

Глава 1. Основные задачи управления системой качества машиностроительных предприятий в представлении международного стандарта ISO 9000.

1.1. Россия в ВТО. Современный подход к управлению качеством продукции. Международный стандарт ISO 9000.

1.2. Структура ISO 9000. Место ISO 9000 в иерархии управления предприятием.

1.3. Программное обеспечение и система качества. Обзор основных программных комплексов, решающих задачи управления технологическим оборудованием и поддержания качества производственных процессов.

Глава 2. Место задачи корректировки отклонений от производственного расписания в общей задаче планирования мелкосерийных и единичных производств.

2.1. Задача производственного планирования и управления машиностроительным предприятием. Структура системы оперативно-диспетчерского контроля.

2.2. Задача составления и управления производственными расписаниями в условиях мелкосерийных и единичных производств.

2.3. Задача синтеза стратегии оперативного управления и линейная оптимальная фильтрация Калмана.

Глава 3. Построение математических моделей и разработка алгоритма коррекции производственного расписания в виде линейного регулятора.

3.1. Построение математической модели коррекции производственных расписаний при малых отклонениях.

3.2. Оптимальный фильтр Калмана. Задача рекуррентного оценивания с минимальной среднеквадратической ошибкой.

3.3. Построение математической модели коррекции производственного расписания в виде регулятора с обратной связью, зависящей от состояния системы.

Глава 4. Алгоритмическая и программная реализация разработанной методики коррекции производственных заказов.

4.1. Алгоритм идентификации коэффициентов матрицы динамики и матриц ковариации случайных процессов для задачи коррекции производственных заказов.

4.2. Структура подсистемы коррекции производственных расписаний с помощью линейного регулятора в замкнутом контуре.

4.3. Сценарий работы диспетчера при оперативном контроле состояния материальных потоков.

В связи с предстоящим вступлением России в ВТО особенно актуальной стала задача сертификации отечественных машиностроительных предприятий в соответствии с действующими международными стандартами. Обязательным условием выхода продукции предприятия на международный рынок является условие сертификации предприятия в соответствии со стандартом ISO-9000. Одним из важнейших требований стандарта ISO-9000 является обеспечение «наблюдаемости, идентифицируемости и управляемости» технологических процессов и материальных потоков, т.е. мероприятий по созданию условий «прозрачности» производства.

Эффективным способом удовлетворить требования международного стандарта ISO 9000 о «прозрачности» производственного процесса и его визуализации может служить диаграмма Ишикавы. При помощи этой диаграммы можно представить любую структурированную информацию, как это предписывает стандарт управления качеством процессов ISO-9000.

Следует отметить, что для ряда производственных процессов (как правило, автоматизированных и управляемых компьютером) сертификация по ИСО 9000 практически невозможна без наличия системы АСУТП современного уровня, обеспечивающей должный уровень контроля и управления производственными процессами. т f о

К настоящему времени в отечественной практике накоплен значительный опыт автоматизации мелкосерийного и серийного производства, удельный вес которого во всем национальном продукте по данным центра технологии машиностроения составляет -70%. На сегодняшний день направление развития автоматизации на машиностроительных предприятиях обусловлено концепцией Компьютеризированного интегрированного производства CIM (Computer Integrated Manufacturing).

Важной частью таких компьютеризированных интегрированных производств являются модули оперативного планирования и управления. Теоретическим и практическим вопросам по решению задачи эффективного управления производством посвящены работы многих отечественных ученых: Белянина П.Н., Блехермана М.Х., Васильева В.Н., Горшкова А.Ф., Емельянова В.В., Овсянникова М.В., Колесова И.М., Коршунова В.А., Лещинского Л.Ю., Митрофанова В.Г., Соломенцева Ю.М., Сосонкина В.Л., Султан-Заде Н.М., Фролова Е.Б., Чудакова А.Д. и др. Основным результатом работ этих ученых явилось создание методологических основ построения современных иерархических систем управления, соответствующих различным условиям и требованиям отечественных машиностроительных производств.

Известная российская интегрированная система технологической подготовки производства, оперативного календарного планирования и диспетчерского контроля «ФОБОС» позволяет решать задачи, связанные с планированием, контролем и управлением на межцеховом уровне, составлением производственного расписания, оптимизацией работы цеха, исходя из различных критериев оптимальности. «ФОБОС» соответствует современным методикам планирования, таким как JIT (ноль запасов) и MRP-II (минимум сверхнормативных запасов), что позволяет сделать производственный процесс максимально эффективным и устойчивым.

Одной из важнейших задач, стоящих перед разработчиками CIM, является способность поддержания работы производственной системы на внутрицеховом уровне в соответствии с требованиями системы качества. Необходимо обеспечить механизм «прозрачности» производственного процесса средствами CIM, а также оснастить рабочее место диспетчера цеха системой корректировки производственного расписания, позволяющей переформировать сменно-суточное задание. Кроме того, требования, предъявляемые к организации современного производства согласно стандартам ISO 9000, предполагают обязательное использование документируемых процедур принятия корректирующих решений на этапе диспетчерского контроля.

В этих условиях актуальной является научно-практическая задача по созданию на предприятии в составе программного комплекса «ФОБОС» методики автоматизированной системы анализа структур данных для прослеживаемости и управления отклонениями в графике исполнения производственных заказов в соответствии с требованиями стандарта системы качества ISO 9000.

Цель работы состоит в повышении эффективности машиностроительного производства за счет разработки программно-математических средств, методов систематизации и анализа структур данных для прослеживаемости и управления отклонениями в графике исполнения производственных заказов в соответствии с внутрицеховым производственным расписанием в условиях автоматизированного машиностроительного производства. Причем контроль должен происходить на основе мониторинга производимой продукции в соответствии с требованиями системы качества согласно стандарту ISO 9000 на уровне предприятия.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие научные задачи:

• влияние условий «прозрачности» реализуемых на предприятии технологических процессов на скорость прохождения производственных заказов и соответствующего снижения объема незавершенного производства;

• анализ типов и структур потоков данных в информационной системе идентификации, прослеживаемости и управления отклонениями производственных заказов от расчетного расписания;

• разработка модели функционирования информационной системы идентификации, прослеживаемости и управления отклонениями в графике исполнения производственных заказов от производственного расписания на основе обобщенных алгоритмов;

• моделирование структур данных с применением математического аппарата фильтра Калмана-Бьюси и информационной системы идентификации, прослеживаемости и управления отклонениями производственных заказов;

• разработка методики анализа отклонений производственных заказов и управления ими на основе разработанных моделей и программно-математических средств, с целью обеспечения заданной эффективности машиностроительного производства.

При решении задач, поставленных в работе, были использованы основные положения технологии машиностроения, методы системного анализа, методы теории систем, методы теории управления, а также теории и методы объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна исследований отражена в следующих результатах:

• выявлена зависимость скорости прохождения производственных заказов от степени «прозрачности» реализуемых в цехе технологических процессов. Разработан алгоритм оценки состояния соответствующих материальных потоков на основе представления производственной информации в виде диаграммы Ишикавы, позволяющий принимать более эффективные управленческие решения и соответствующий стандарту ISO 9000. Показана возможность снижения объема незавершенного производства в среднем на 25% по сравнению с традиционными методами управления;

• разработана методика анализа структуры данных и управления отклонениями в производственной программе за счет применения линейного фильтра Калмана-Бьюси и матричного уравнения Риккати;

• осуществлена программная реализация алгоритмов в виде системы управления отклонениями в графике исполнения заказов от производственного расписания для мелкосерийных производств.

В диссертационной работе получен научно-обоснованный подход к решению задачи разработки системы контроля и управления изменениями в графике исполнения производственных заказов при малых отклонениях от имеющегося расписания. Отличительной чертой данной системы контроля и управления является представление текущей производственной информации в виде диаграммы Ишикавы, что позволяет обеспечить механизм «прозрачности» реализуемых технологических процессов в рамках системы управления качеством выпускаемой продукции всего предприятия согласно стандарту ISO 9000.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в повышении эффективности управления и контроля производственного процесса в цехе за счет организации производства в соответствии с требованиями стандарта качества ISO 9000 и своевременной коррекции отклонений от производственного расписания. При эксплуатации разработанной системы контроля и управления производственными процессами в составе программного комплекса оперативно-диспетчерского контроля «ФОБОС», диспетчер цеха имеет возможность провести наиболее экономически оправданную корректировку производственного расписания, основываясь на показаниях диаграммы Ишикавы, т.е. «прозрачности» производственного процесса. За счет использования регламентируемого механизма «прозрачности» снижается трудоемкость процесса определения состояния производственного процесса. Кроме того, внедрение методов стандартизации ISO 9000 подтверждает качество производственной системы на международном уровне. Использование данной системы позволило повысить скорость прохождения заказов на 50% и снизить объем незавершенного производства на 25%.

Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, содержит 22 рисунка и 4 таблицы, список использованной литературы из 81 наименования. Общий объем работы - 132 страницы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

По результатам исследований, проделанных в данной диссертационной работе, можно сделать следующие основные выводы:

1. В диссертационной работе решена важная практическая задача повышения эффективности автоматизированного мелкосерийного и единичного производства за счет организации управления и контроля производственных процессов в соответствии со стандартом ISO 9000.

2. Получен научно-обоснованный подход к решению задачи разработки системы контроля и управления изменениями в графике исполнения производственных заказов при малых отклонениях от имеющегося расписания. Отличительной чертой данной системы контроля и управления является представление текущей производственной информации в виде диаграммы Ишикавы, что позволяет обеспечить механизм «прозрачности» реализуемых технологических процессов в рамках системы управления качеством выпускаемой продукции всего предприятия согласно стандарту ISO 9000.

3. Предложена математическая модель, описывающая динамику материальных потоков с учетом воздействия процессов случайного характера, с использованием аппарата теории систем - фильтра Калмана-Бьюси.

4. Создана оригинальная математическая модель для коррекции отклонений от заданного производственного расписания методами классической теории управления.

5. Разработан и программно реализован эффективный алгоритм коррекции расписания работы оборудования для цеха механообработки при малых отклонениях от производственного плана, основанный на матричном уравнении Риккати и линейном оптимальном фильтре Калмана.

6. Результаты диссертационной работы в составе системы оперативно-диспетчерского управления производством «ФОБОС» внедрены в опытно-промышленную эксплуатацию:

• на участке редуктора мотоблока ГМЗ «АГАТ» (г. Ярославль),

• в инструментальном производстве АМО ЗИЛ (г. Москва),

• в объединенных мастерских санкт-петербургского метро ОРЧ (г. С.Петербург), что позволило повысить скорость прохождения производственных заказов в среднем на 50% и снизить объем незавершенного производства на 25%. Снижение незавершенного производства, в свою очередь, позволило высвободить существенную долю связанного капитала, увеличив, соответственно, оборотные средства предприятий.

125

1. Атанс М., Фалб П. Оптимальное управление. -М.: Машиностроение, 1968.

2. Бекмурзаев В. А. Моделирование внештатных ситуаций при функционировании технологического оборудования в ГПС //Диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук. М.: Мосстанкин, 1992.

3. Блехерман М.Х. Гибкие производственные системы (Организационно-экономические аспекты). -М.: Экономика, 1988. 221 с.

4. Браммер К., Зиффлинг Г. Фильтр Калмана-Бьюси. //М.: Наука, 1982.

5. Бункин В.А., Курицкий Б.А., Сокуренко Ю.А. Решение задач оптимизации в управлении машиностроительным производством. Л.: Машиностроение, 1976.-232 с.

6. Владимирцев А.В., Шеанов Ю.Ф. Принцип постоянного улучшения МС ИСО серии 9000:2000. //Страница Валентина Богаченко, http://bvp.hl.ru.

7. Гибкие производственные комплексы. /Под ред. П.Н. Белянина и В.А. Лещенко. -М.: Машиностроение, 1984. -384 с.

8. Горнеев В.Ф. Емельянов В.В., Овсянников М.В. Оперативное управление в ГПС. М.: Машиностроение. 1990, -256 с.

9. Горшков А.Ф., Гуров А.К. Методика синтеза алгоритмов управления гибкими производственными модулями роботизированных комплексов. //Изв. АН СССР, Техн. кибернетика, 1990, №6, 225-232.

10. Думлер С. А. Управление производством и кибернетика. М.: Машиностроение, 1969, -235 с.

11. Задачи и цели присоединения. //Россия и всемирная торговая организация, www.wto.ru.

12. Зиффлинг Г. Стохастические основы фильтра Калмана-Бьюси. -М.: Наука, 1982.

13. Карон П. Лицом к лицу с ISO 9000. //ComputerWorld, №36, 1996.

14. Козак Н. Сертификация по ISO 9000:2000 года как способ оптимизации системы управления предприятием. //Управление компанией. №3, март 2001.

15. Колмановский В.Б. Оптимальное управление стохастическими системами с последействием. //Автоматика и телемеханика, №1, 1973.

16. Конвей Р., Максвелл В., Миллер Л. Теория расписаний. -М.: Наука, 1975. -37 с.

17. Корпоративные информационные системы как часть создания и внедрения системы качества предприятия в соответствии со стандартами ИСО 90000. //Планета КИС, www.mssianenterprisesolutions.com.

18. Коршунов В.А. Повышение эффективности фукционирования ГАП на основе анализа их динамических моделей. //Диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук. -М.:Мосстанкин, 1990. -324с.

19. Косов М.Г., Шемелин В.К. Об одной концепции проектирования автоматизированного производства //Конструкторско-технологическая информатика, автоматизированное создание машин и технологий. КТИ-89, -М.: Мосстанкин, 76-79.

20. Костяков С. Стратегия информационной поддержки систем качества. //Документы, http://www.iso9000.by.ru.

21. Кукса А.И., Лаптин Ю.П. Использование динамического программирования при двойственном подходе к решению задачи календарного планирования //Изв. АН СССР, Техн. кибернетика, 1981. №4, 79-85.

22. Мельников О.И. Устойчивость оптимального расписания задачи Беллмана-Джонса //Изв. АН БССР, сер. физ-мат., 1976, №6, 99-101.

23. Митрофанов В.Г., Петров В.М. Интегрированная автоматизированная система управления интегрированным компьютеризированным производством. //Станки и инструмент, 1992, №6, 2-4.

24. Митрофанов В.Г., Старостин А.С. Живучесть гибких производственных систем. //Конструкторско-технологическая информатика, автоматизированное создание машин и технологий. КТИ-89. Москва, 1989, 86-88.

25. Монден Я. «Тойета»: Методы эффективного управления. -М.: Экономика. 1989.-288 с.

26. Негойцэ К. Применение теории систем к проблемам управления. М.: Мир, 1981.-184 с.

27. Овсянко А. Толкование требований международного стандарта ISO 9000. //Документы, http://www.iso9000.by.ru.

28. Организация и планирование машиностроительного производства. Климов А.Н., Оленев И.Д., Соколицын С.А. -М.: Машиностроение, 1968, -144 с.

29. Организация и планирование опытного производства. //Тямшанский Н.Д. -Л.: Машиностроение, 1971, -168 с.

30. Осколкова С.Е., Осколков И.О. Применение некоторых эвристических методов к решению задач календарного планирования (обзор). //Автомат, и телемех., 1986, №2, 177-184.

31. Основы управления качеством. //Корпоративный менеджмент. http://manage.ru.

32. Основы ISO. //Электронный учебник, www.statsoft.ru.

33. Остапченко К.Б. Моделирование процессов диспетчирования материальных потоков в гибких сборочных системах. //Диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук. Киев: КПИ, 1990. -150 с.

34. Острем К.Ю. Введение в стохастическую теорию управления. -М.: Мир, 1973.

35. Первозванский А.А. Математические модели управления производством. -М.: Наука, 1975.-616 с.

36. Первозванский В.А. Шейнис И.Е. Управление поставками изделий, комплектующих сборку на конвейере. //Техническая кибернетика, 1989. №2, 106-110.

37. Петров В.А. Групповое производство и автоматизированное оперативное управление. JL: Машиностроение, 1975, -312 с.

38. Пителинский К.В. Разработка математического и программного обеспечения для моделирования стохастических систем в условиях автоматизированного производства» //Диссертация на соискание уч. степени канд. техн. наук. М.: МГТУ «Станкин», 1997.

39. Польский Э.М., Самсонова Т.Г., Николаев В.Н. Оперативное управление станкоинструментальными цехами на предприятиях автомобилестроения. Обзорная информация. Тольятти: 1990, -60 с.

40. Польский Э.М., Сопкин B.C., Бодяко Н.М. Управление продвижением заказов в станкоинструментальном производстве. //Механизация и автоматизация производства. 1989, №6.

41. Прасад У.К., Сарма Н.Д. Многокритериальные задачи оптимального управления: игровое кооперативное решение по Нэшу-Харсани. //Автоматика и телемеханика, 1975, №6, 95-105.

42. Пропой А.И. Элементы теории оптимальных дискретных процессов. //М.: Наука, 1973. -256 с.

43. Радиевский М.В. Оперативное управление промышленным производством. -Мн.: Беласусь, 1985. -127 с.

44. Риггс Дж. Производственные системы. Планирование, анализ, контроль. -М.: Прогресс, 1972. -340 с.

45. Ройтенберг Я.Н. Автоматическое управление. -М.: Наука, 1978.

46. Семенов А.И., Португал В.М. Задачи теории расписаний в календарном планировании мелкосерийного производства. -М.: Наука, 1972. -320 с.

47. Соломенцев Ю.М. Проблемы информатики в автоматизированном производстве. //Конструкторско-технологическая информатика,автоматизированное создание машин и технологий. КТИ-89. -М.: Мосстанкин, 1989, 8-14.

48. Соломенцев Ю.М., Диденко В.П., Митрофанов В.Г., Прохоров А.Ф. Основы построения систем автоматизированного проектирования гибких производств. -М.: Высш. шк., 1986, -175 с.

49. Соломенцев Ю.М., Исаченко В.А., Полыскалин В.Я. и др. Системное проектирование АСУ ГПС машиностроения. М.: Машиностроение, 1988, -488 с.

50. Соломенцев Ю.М., Фролов Е.Б. Коррекция производственной программы участка гибкой сборки //IV Международная конференция по гибким производственным системам. JL: 1987. Тезисы докладов, 21-23.

51. Соломенцев Ю.М., Фролов Е.Б. Математическая модель участка гибкой производственной системы. //Проблемы управления и теории информации, №2, 1988,53-71.

52. Соломенцев Ю.М., Фролов Е.Б., Коршунов В.А. Гибкая сборка: моделирование динамики ГПС и задача коррекции производственной программы. //Состояние и развитие гибких производственных систем. М.: МНИИУ, 1988, 53-68.

53. Соломенцев Ю.М., Сосонкин B.JI. Управление гибкими производственными системами. -М.: Машиностроение, 1985, -352 с.

54. Служба оперативного управления основным производством. //Розенблатт Г.И., Рахманин Г.Д., Перцевский А.С. —Л.: Лениздат, 1989, -134 с.

55. Сосонкин В.Л., Скорняков В.П. Информационная модель диспетчерского управления ГПС. //Станки и инструмент, 1987, №2, 9-11.

56. Сосонкин В.Л., Токарев А.Л. Принципы построения диспетчера транспортного модуля. //Конструкторско-технологическая информатика, автоматизированное создание машин и технологий. КТИ-89. М.: Мосстанкин, 1989, 109-114.

57. Стрейц В. Метод пространства состояний в теории дискретных линейных систем. -М.: Наука, 1985, -296 с.

58. Стриер Л.М. Производственные запасы и эффективность машиностроительного производства. -М.: Машиностроение, 1980. -72 с.

59. Султан-Заде Н.М., Тимковский В.Г. Метод оптимизации структуры однопоточной автоматической линии. //Система управления станками и автоматические линии. М.: ВЗМИ, 1983, 93-95.

60. Трофимов А. А. Оптимизация графика запуска изделий в многономенклатурном производстве. //Математическое моделирование народнохозяйственных процессов. Петрозаводск, 1990, 72-72.

61. Управление гибкими производственными системами: модели и алгоритмы, /под ред. Емельянова О.О., М.: Машиностроение, 1987.

62. Форрестер Дж. Основы кибернетики предприятия. М.: изд-во «Прогресс», 1971.

63. Фролов Е.Б. Применение методов оптимального управления в задачах выбора конструктивных параметров металлорежущих станков. //Международная конференция COMPCONTROL-83, ЧССР, Братислава. Тезисы докладов, 1983.

64. Фролов Е.Б. О структуре множества Парето для многокритериальных задач с невыпуклыми критериями. //4-й Всесоюзный семинар по исследованию операций и системному анализу. Батуми. Тезисы докладов, 1983.

65. Фролов Е.Б. Адаптивное управление режимами работы ГПС. //Интегрированное проектирование в условиях ГПС электронного машиностроения. М.: МИЭМ, 1988, 108-116.

66. Фролов Е.Б. Моделирование материальных потоков в интегрированных машиностроительных производствах. //Вопросы моделирования гибких производственных систем. М.: МИЭМ, 1989, 92-103.

67. Фролов Е.Б. Система оперативного планирования диспетчерского контроля и управления для цеха механообработки на базе ПЭВМ IBM PC. //Конференция Новые технологические процессы в механической обработке. 13-14 октября 1992, Одесса.

68. Фролов Е.Б. Хазанова Л.Э. Структурная устойчивость математических моделей и задача оперативного управления ГАП. //Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986, 131-139.

69. Фролов Е.Б., Хазанова Л.Э., Хвостова И.В. Математическая модель в задаче адаптивного управления участком ГПС. //Проблемы автоматизации проектирования и изготовления в машиностроении. -М.: Мосстанкин, 1985, 5-14.

70. Черноусько Ф.Л., Колмановский В.Б. Оптимальное управление при случайных возмущениях. -М.: Наука, 1978.

71. Чудаков А.Д. Система управления гибкими комплексами механообработки. М.: Машиностроение, 1990, -240 с.

72. Шаров В.Ф., Фролов Е.Б. Управляемые процессы. Принцип максимума. М.: МИЭМ, 1989.-104 с.

73. Шонбергер Р. Японские методы управления производством: девять простых уроков. -М.: Экономика, 1988. -252 с.

74. Эвристические методы календарного планирования. //Подчасова Т.П., Португал В.М., Татаров В.А., Шкурба В.В. -К.: Техника, 1980, 140 с.

75. Alberti N., Noto la Diego S., Passannati A. Cost analysis of FMS throughput. //Annals of the CIRP, 1988, 37, №1, 413-416.

76. Spur G., Krause F., Glottke W. Advanced methods for generative process planning. //Annals of the CIRP, 1985, 33, №1, 321-337.1. РС>roc:;1. Би