автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка специализированного интерфейса интегрированной системы технологической подготовки и оперативного планирования для китайских предприятий

московским государственный технологическим

университет «станкин»

на правах рукописи

РГВ од удкшлю

2 1 ДЕК !Я.-<!

Цзян Ли Ли

Разработка специализированного интерфейса интегрированной системы ¡хпологнческой подготовки и оперативного планирования для китайских

предприятии

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств (машиностроение).

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена в Московском государственном технологическ университете «Станкин»

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук,

профессор

Фролов Е.Б.

профессор

(Лю цзои)

доктор технических наук,

профессор

Саксонов Е.А.

кандидат технических нау доцент

Червяков Л.М.

Ведущее предприятие: Институт машиноведения

РАН. им. Благонравова

Защита состоится «_» декабря 1998 года в_часов

заседании Диссертационного Совета К 063.42.04 при Москова государственном технологическом университете «Станкин» по адрс 101472, ГПС, Москва, К-55, Вадковский пер., д. За.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке уюшерсш за один месяц до защиты.

Автореферат разослан «_»_1998г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета К063.42.04,

д.т.н., профессор А.Ф.Горшков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние годы, следуя в русле мирового научно-технического прогресса, особенно бурно развиваются информационные технологии. Область производства вступила в период глобальных преобразований.

Традиционный процесс производства и управления уступает место высокоавтоматизированному управлению производством. Организация систем оперативного планирования и управления производством стала одной из главных проблем в ходе исследований производственной области за последние пятнадцать-двадцать лет. В условиях рыночной экономики эффективная система управления производством образует важную основу для обеспечения конкурентоспособности выпускаемых изделий.

Как в других странах, так и в Китае, удельный вес мелкосерийного и единичного производства во всем валовом продукте, по данным Международного центра технологии машиностроения, составляет примерно 70-80%, даже на массовых и крупносерийных предприятиях существуют мелкосерийные и единичные производственные подразделения, например, инструментальные цеха. Таким образом методы, которые помогают предприятиям повышать производительность труда, обеспечивать качество продукции, сокращать производственный цикл изделия мелкосерийного и единичного производства, имеют важное экономическое значение.

Вопросам оперативного планирования и управления в интегрированных машиностроительных производствах посвящены работы многих учёных в различных странах, в том числе и российских - таких, как Белянин П.Н, ВасильевВ.Н., Горнев В.Г., Первозванский А.А., Соломенцев Ю.М., Сосонкин В.Л., Султан-Заде Н.М., Третьяков Э.А., Чудаков А.Д., Фролов Е.Б. и др. Китайские учёные, например, Wu Chen, Zhou Ji, Chen Bojian, Sun Jiaguang,' Cai Tianyou, и др., также внесли большой вклад в решение этих задач. Основным результатом работы этих учёных стало создание методологических основ построения современных иерархических систем управления, соответствующих различным условиям и требованиям

машиностроительных производств.

В МГТУ «Станкин» была разработана и внедрена на многих машиностроительных предприятиях интегрированная система оперативного управления мелкосерийным и единичным

производством «ФОБОС». Производственная практика в России показывает, что указанная система успешно помогает предприятием повышать производственную эффективность на цеховом уровне.

Несмотря на то, что задачи по автоматизации оперативного планирования и диспетчерского контроля, а также отслеживания технологических маршрутов изделий решаются в Китае уже много лет, качественных программных продуктов, которые успешно используются на практике, ещё мало. В то же время возможности системы «ФОБОС» и результаты её внедрения на российских предприятиях позволяют надеяться на её широкое внедрение на предприятиях Китая. В следствие исторических причин структура и форма производственной организации на китайских и российских предприятиях сходны, поэтому система «ФОБОС» может успешно и эффективно работать на предприятиях Китая.

Таким образом, на сегодняшний день возникла важная научно-техническая задача, имеющая большое практическое значение для китайских предприятий, по созданию специализированного интерфейса интегрированной системы технологической подготовки и оперативного планирования.

Цель работы. Повышение эффективности производства за счет оптимизации использования технологического оборудования, адаптация интегрированной системы «ФОБОС» к условиям работы китайских предприятий.

Научная новизна:

1 .Проведен анализ, разработана методика создания специализированного интерфейса интегрированной системы технологической подготовки и оперативного планирования для китайских предприятий.

2. Разработана методика организации баз данных по стацартным изделиям, заготовкам и материалям, соответствующая требованиям национальных стандартов китайских предприятий.

3. Разработан алгоритм и программный модуль автоматизированного выбора заготовок в соответствии с китайскими стандартами.

Методы исследований, использованные в работе для достижения поставленных целей, основываются на технологии

машиностроения, теории автоматического управления, имитационном моделировании, методах исследования операций.

Практическая ценность работы состоит в повышении эффективности управления цехом за счёт рациональной загрузки оборудования и оптимального оперативно-диспетчерского управления материальными потоками в условиях мелкосерийных и единичных производств на китайских предприятиях. Применение китайской версии системы «ФОБОС». позволяет увеличить фондоотдачу технологического оборудования в среднем на 40-60%, уменьшить объем незавершенного производства в 2-4 раза, а также обеспечить рациональное использование трудовых ресурсов.

Реализация и внедрение результатов. Разработанная китайская версия интегрированной системы оперативного планирования управления внедрена в промышленную эксплуатацию на 3-х крупных китайских предприятиях:

• На Гуандонском машиностроительном заводе;

• На заводе штампов г. Гуанджоу;

• На Гуандонской фабрике легкой промышленности;

Система также эксплуатируется в производственных подразделениях Научно-исследовательского института механики провинции Гуандон.

Созданный программный модуль автоматизированного выбора заготовок находится также в промышленной эксплуатации на крупных российских заводах АО "МОСКВИЧ" и AMO "ЗИЛ".

Публикации: Результаты работы были опубликованы в журналах:

1. САПР И ГРАФИКА №.5.1998;

2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ №.3.1998.

3. ФШЙ^#Шс(СТАНКИ И ПРОМЫШЛЕНАЯ ТЕХНИКА). №7.1998.

Структура и объём работы: диссертация состоит из введения, 4

глав, заключения, списка литературы (_наименований).

Работа изложена на_страницах машинописного текста, содержит

_рисунков,_таблиц и_приложений.

Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются основные задачи и положения, выносимые автором на защиту. Приводится структура и общее содержание работы по главам.

В первой главе диссертации рассматриваются вопросы функционирования и основные задачи управления в компьютеризированных интегрированных производственных системах. Приводится обзор основных характеристик 45 наиболее известных в мире программных реализаций систем оперативного управления. Анализируются существующие современные методы и средства оперативного планирования производства и перспективы развития компьютеризированного интегрированного производственна, а также анализируется текущее состояние дел в сфере разработки систем производственного управления, работающих в условиях компьютеризированных интегрированных производств.

Анализ этих систем показывает, что современные методы и средства оперативного планирования производства разделятся на два типа:

Первый тип является универсальным и успешно используется во многих отраслях промышленности на различных дискретных производствах. Такие системы, например MRP-II, могут интегрировать все основные процессы, реализуемые на предприятии такие, как снабжение, запасы, производство, продажа и распределение, планирование, контроль за выполнением плана, управление затратами, финансы, основные средства и др.

Суть системы второго типа (КАНБАН), состоит в том, что на любом этапе производства не выполняется никакая работы, пока не появится в этом потребность, и в результате изготавливается только столько изделий, сколько требуется, чтобы удовлетворить спрос - не больше и не меньше.

КАНБАН отслеживает минимальный уровень запасов, которые должны постоянно пополнятся, т.к необходимо восполнить тот запас, который был использован в текущий день. При этом предполагается, что товар, запас которого пополняется, все еще пользуется спросом у покупателей.

Практика на всех предприятиях показывает, что производственная эффективность на цеховом уровне является основным фактором экономической эффективность предприятия в

целом. Несмотря на то, что система MRP-II считается лучшей системой для реализации CIMS в Китае и в других странах, она не обладает функциями автоматического оперативного планирования и проведения диспетчерского управления, без чего не представляется возможным максимально повысить коэффициент загрузки оборудования в цехе и решить внутрицеховые динамические задачи в срок.

После того как экономика Китая перешла к рыночным отношениям, мелкосерийное и единичное производство составляет больший удельный вес во всем валовом продукте, чем в других странах. В следствии этого необходимо приобретение программных продуктов, которые автоматизируют подготовку и управление производством на цеховом уровне, что имеет большое экономическое значение в Китае.

Результаты проведенного выше анализа заключаются в следующем:

1.Как современное средство управления предприятиями система MRP-II безусловно обладает большой прикладной ценностью и хорошими перспективами повышения экономической эффективности на заводском уровне производства.

2.Для ускорения развития технологии компьютеризированных интегрированных производств и производственного управления, актуарной задачей является распространение программных продуктов, которые помогают повышать эффективность производства на цеховом уровне.

3.В последние годы проявляется большой интерес к программам оперативного планирования и управления производством в компьютеризированных интегрированных машиностроительных производствах в Китае. Система «ФОБОС» является оптимальным выбором из рассмотренных систем, занимающихся автоматизацией производства.

4.Для применения системы «ФОБОС» на китайских предприятиях нужно создать её китайскую версию и провести работы по её внедрению.

Во второй главе. Приведено описание математического метода и программных средств, использующихся при создании системы

оперативного планирования производства. Процесс создания такой системы включает в себя следующие этапы:

• определение программной среды

В ходе программной реализации поставленной задачи была выбрана среда визуального программирования Delphi, работающая под управлением Windows. Этот выбор был обусловлен следующими причинами:

1.В связи с массовым переходом пользователей персональных компьютеров к использованию операционных систем Windows 95-98 или Windows NT, операционная система MsDos морально устарела и все реже используется в производстве и бизнесе. Следовательно, для создания конкуретноспособных программных продуктов необходимо использовать программную среду, позволяющую создавать Windows-приложения.

2.На сегодняшний день Delphi - один id наиболее эффективных инструментов создания сложных промышленных и коммерческих программ.

3.Интерфейс с системами автоматизированного проектирования должен стать составной частью новой версии интегрированной системы оперативного управления, что позволяет обеспечить CAD/CAM интерфейс.

• описание математического метода в задачах разработки систем производственного оперативного планирования

Причиной построения математических моделей при создании систем оперативного планирования производства является необходимость решения следующих проблем: постановка задачи календарного планирования производства, формулировка и решение задач объемно-календарного планирования, выпуска продукции по заделам и по опережениям, группирования детале-сборочных единиц и оборудования, а также решения задачи баланса производственных мощностей.

Пусть i- количество различных партий деталей(г = i,...,N), ht - стоимость хранения единицы межоперационного задала по деталям i-ro типа,

ь, - штраф за единицу задолженности по деталям i-ro типа на конец планового периода,

у* = 1, если i-я партия деталей обработана в течение периода t на станке к (к=1,...,М), 0 в противном случае.

Тогда определим

К = К л+~г, - уровень межоперадионных запасов, связанных с деталями 1-го типа, обработанных на станке к в течение периода ^ здесь

р* - производительность станка к по отношению к детале-сборочных единицы ьго тгша,

г, - детали, поступившие на следующую стадию обработки. /* - вектор (размерности 1) межоперационных запасов, связанных с работой станке к в конце периода 1 т.е. /,'= к=1,...,М.

Стоимость хранения межоперационного задела по деталям ьго типа, прошедших обработку на к-м станке в конце периода I, выражается следующей формулой:

если я'2 О -¿¡Д* в пртивном сл.

где мл - агрепфованная цена станко-часа к-го станка. Значения параметров А,,6, зависят от вида критериев, по которым оценивается состояние производства.

Целью календарного планирования является решение задачи объемного (объемно-календарного) планирования, осуществление баланса производственных мощностей, а также построение производственного расписания работы подразделения (цеха или участка). К проблеме календарного шинирования относят также и задачу группирования деталей и оборудования. Задача планирования объемов производства заключается в определении оптимальных размеров партий запуска деталей в обработку с их привязкой к заданным интервалам планирования длительности 1;. Здесь определяются значения ¿„г,,/*, для которых функция С(/,_,) имеет минимальное значение для всех интервалов I в пределах горизонта объемно-календарного планирования.

Задача баланса (планирования) производственных мощностей состоит в распределении имеющегося фонда времени технологического оборудования под выполнение соответствующих операций так, чтобы обеспечить готовность детал е-с бор оч пых единиц к плановому сроку в соответствии с имеющимся объемным планом. Эта задача фактически равносильна задаче определения значений функций /;* в течение каждого интервала 1

Задача составления производственного расписания состоит в назначении моментов начала операций с указанием оборудования, на котором эти операции выполняются, так чтобы минимизировать некоторый количественный критерий, например, минимизировать общую длину расписания (т.е. общее время выполнения всех операций для всех деталей из оперативного плана).

Пусть тт = max{í/,} - срок изготовления всех деталей, тогда / = i,...,N задача составления эффективного календарного плана производства формулируется в терминах целочисленного программирования:

иг«»

минимизировать z = £ Z Z

til 1=1

при дополнительных условиях:

f>;< 1 t = 1,2, ...,Tm, k = I,...,M

J = 1

M Tm N

Z Z Z Уи^Тт, где у' = 0 или 1, i = 1,...,N, t = 1,...,Тш

i=i 1=1

функция, вычисленная по формуле

j-t t с(/,,)

¡=1 t=l

характеризует эффективность производственного плана на конец периода t. Функция j есть общая текущая цена производства, вычисленная с нарастающим итогом. Это функция, очевидно, включает в себя 2 группы критериев:

•оценивающие стоимость реализации календарного плана;

•характеризующие исполнение текущего календарного плана.

В третей главе изложены этапы создания модуля автоматизированного выбора заготовок и китайского интерфейса системы «ФОБОС».

В ходе работы над диссертацией выполнены задачи создания программного модуля автоматизированного выбора заготовки, составления китайского интерфейса для подсистемы оперативного календарного планирования и диспетчерского контроля, разработка модуля генерации стандартных документов для китайских предприятий.

1. Создан программный модуль автоматизированного выбора заготовки

Системаоперативного планирования управления «ФОБОС» имеет функцию, которая помогает составлять технологический маршрут изделия. Перед формированием технологических процессов нужно

определить виды заготовок и методы их получения. Это первый шаг в составлении технологического маршрута изделия. Выбор заготовки связан с технико-экономическими показателями готовой детали, в том числе с себестоимостью, коэффициентом использования материала, трудоемкостью и т.д. Поэтому правильный выбор заготовки имеет большую технико-экономическую значимость. Вообще говоря, задача выбора заготовки обычно выполняется по опыту и оценке технологов. Для того, чтобы правильно и оптимально выбирать заготовки изделий, нужно включить в систему программный модуль выбора заготовки. Если в систему КИП включить функцию автоматизированного выбора заготовки, то можно более эффективно и оптимально реализовать составление технологического маршрута изделия, и естественно это будет делать интегрированную систему автоматизированного производственного управления более совершенной.

В ходе решения задачи были выбраны следующие средства:

•При помощи инструментария СУПД PARADOX созданы специальные таблицы по видам заготовок;

•При помощи программы Delphi 2.0 построено меню, связанное с таблицами для ввода или редактирования параметров заготовки и для обработки вводной информации при определении параметров заготовки, например: размеров, материалов детали и способа получения заготовки, расчета припусков на технологическую обработку.

В ходе выполнения задачи выбора заготовки решены следующие проблемы:

•созданы базы данных способов изготовления заготовок и видов заготовительных материалов, интегрированные с программными модулями расчета припусков на обработку по российскому и китайскому стандарту (ГОСТ и GB) и расчета веса и себестоимости заготовки.

•составлен программный интерфейс в подсистеме производственной подготовки на основе системы «ФОБОС» для реализации автоматизированного выбора заготовок заданных деталей. Структура модуля выбора заготовок показана ниже:

Структура модуля выбора заготовок

Окно, в котором вводятся параметры заготовки и редактируются параметры заготовки для обрабатываемой детали, показано ниже:

, вараае*рн змс>*оаяя :

т "" Г57"!! г'1 1 " ^

. ." .---Гл^ | Матрица

а г,--фиал ¡СТ-2И ГОСТ МЯО-Т» СА1)

¿Дй-Т*:; I 5301-1108122 11 ■ С '

. ИонуШше летели .

. о- «и -•■■

интерфейс редактора параметров заготовки

•Организация подсистемы автоматизированного выбора заготовки включает создание базы данных с информацией о способах изготовления заготовок и видах заготовительных материалов, а также расчет припусков на обработку по российскому и китайскому стандарту (ГОСТ и ОВ).

2. Адаптации интегрированной системы оперативного планирования производства «ФОБОС» к условиям китайских предприятий

Задача адаптации интегрированной системы оперативного планирования производства «ФОБОС» к условиям китайских предприятий решалась на основе русской системы «ФОБОС». В ходе работы разработана определенная методика выполнения задачи, применимая к китайским производственным условиям. Результат

работы - интегрированная система «ФОБОС» с китайским интерфейсом, состоящая из двух основных подсистем: подсистемы, внутрицеховой технологической подготовки производства и подсистемы оперативного календарного планирования и диспетчерского контроля.

оподсистема внутрицеховой технологической подготовки производства

интерфейс подсистемы внутрицеховой технологической подготовки производства

Исходные данные для оперативного календарного планирования и составления производственных расписаний вносятся в подсистему внутрицеховой технологической подготовки производства.

Основные функции подсистемы:

1. Формирование материальных карт для комплекта деталей.

2.Написание маршрутных технологий обработки деталей с привязкой операций к имеющемуся в цехе оборудованию.

3.Нормирование операций термической обработки и нанесения покрытий.

4.Включение в ТП операций, технологически связанных с другими деталями комплекта, например, механообработка в сборе.

5.Формирование сводного списка технологических маршрутных карт с указанием суммарной трудоемкости по отдельным видам операций и расчетом суммарных затрат на весь комплект.

6.Ведение архива технологических процессов и данных о типовых технологических операциях.

7.Импорт чертежей и технологической информации из других систем САПР и ТПП.

В подсистеме внутрицеховой технологической подготовки, в частности, решены проблемы автоматизированного выбора заготовок, материала, технологической оснастки, включая режущий, вспомогательный, измерительный инструмент и пр. Разработана универсальная система документирования, позволяющая генерировать выходные документы любого содержания в разных языковых стандартах.

•Подсистема оперативного календарного планирования и диспетчерского контроля за состоянием производства в цехе.

Подсистема диспетчерского контроля отслеживает текущие состояние станочного парка цеха на основе имитационного моделирования материальных потоков в реальном масштабе времени.

с-елл&ла? -л- '

С

р ¿щшржщт

расчет производственного расписания для цеха механообработки

основные функции подсистемы:

1. Формирование и коррекция оперативных производственных планов цеха с учетом имеющихся межоперационных заделов и текущего состояния станочной системы.

2.Расчет производственного расписания загрузки оборудования по различным критериям (100 комбинаций из 14 критериев).

3.Представление результатов расчета расписания в виде таблиц текущего состояния партий запуска и диаграмм загрузки технологического оборудования.

^Формирование сменно-суточных заданий на рабочие места цеха (участка).

5.Формирование оперативных маршрутных карт по всем партиям запуска с контролем их прохождения по рабочим местам.

6.Составление и автоматическая коррекция планово-учетного графика изготовления комплектов деталей с контролем готовности кардой партии запуска.

7.Автоматизированный контроль за состоянием производственного процесса и имитационное моделирование материальных потоков в цехе (на участках). Расчет времени простоя оборудования и прореживания деталей.

8.Формирование рабочих нарядов на выполненные и текущие технологические операции, контроль процесса выдачи нарядов в соответствии с производственным расписанием.

9.Печатъ внутрицеховых документов: сменно-суточные задания на рабочие места, оперативные маршрутные карты, рабочие наряды, планово-учетные графики изготовления изделий и пр.

3. Модуль генерации стандартных документов использующихся на китайских предприятиях

Для выполнения этой задачи, сформулированной в данной диссертации, был создан китайский интерфейс для модуля генерации выходных документов и составления набора внутрицеховых и межцеховых документов стандартной формы с целью их выхода на печать.

Модуль генерации стандартных документов, с китайской интерфейсом, создана на основе модуля Fobos Report русской версии, и подключен к базам данных с китайской информацией. Работа выполнялась при помощи программных продуктов Delphi и Paradox.

В зависимости от разных внутрицеховых документов различных китайских предприятий, для обеспечения возможности применения системы «ФОБОС» на предприятиях требуются подсистемы выхода документов, которые обладают способностью универсального редактированного документа. Поэтому в этой подсистеме создан универсальный редактор для создания и печати выводных документов. В ходе редактирования документа пользователи могут сами определять форму документа, например, размеры каждого элемента (текста и графики) и его положение на листе бумаги.

Для реализации поставленной задачи создан китайский интерфейс для выбора параметров выходных документов.

Ниже показывает главный интерфейс (диалоговое окно), который содержит общий список документов и позволяет установить общие свойства для каждого отчета. При помощи этого диалогового окна также может быть отредактировано содержимое списков документов

«-пада / г

> <? ща-м»* : ■ г* х г»«* " г. хгллж . г чмнгв--■..- , Г «я* "-:Гч Г хъмп* ' ' Л

■ 5 м^ида ■■ . ; й Р:ш1 | / .

главный интерфейс модуля генерации документов

В четвертой главе приведено описание применения системы «ФОБОС» с китайским интерфейсом, а также процесса решения ряда существенных проблем, возникающих в ходе реализации этой системы на ряде предприятий.

Как было изложено выше, после перехода экономики Китая к рыночным отношениям предприятия были вынуждены быстро и адекватно реагировать на изменение спроса пользователей программных продуктов. В связи с этим в Китае начала быстро развиваться штамповочная промышленность, которая является типичным мелкосерийным и единичным производством. Из-за отсуствия качественных систем автоматизированного составления оперативного планирования и диспетчерского управления на цеховом уровне предприятия невозможно эффективно использовать трудовые ресурсы и оборудование, что препятствует повышению эффективности производства и задерживает срок выпуска партий деталей.

Поэтому разработанная система «ФОБОС» внедрена на крупном китайском заводе по изготовлению штампов.

Одной из важных задач является применение системы «ФОБОС» яа действующих китайских предприятиях. В частности, разработанные з диссертации программные модули были внедрены в составе китайской версии системы «ФОБОС» в опытно-промышленную эксплуатацию на следующих предприятиях:

1.Русская система «ФОБОС» (модуля автоматизированного выбора заготовок), внедрена на заводах AMO ЗИЛ и АО «МОСКВИЧИ».

2.Китайская версия системы «ФОБОС» внедрена на следующих заводах:

•на Гуандонском машиностроительном заводе;

•на заводе штампов г. Гуанджоу;

•на Гуандонской фабрике легкой промышленности;

Для перехода к применению системы «ФОБОС» в условиях китайских предприятий выполнен ряд работ. Во-первых, составлены базы данных, которые могут быть использованны для организации технологических маршрутов и составления производственного расписания. Во-вторых, сгруппированы и пронумерованы оборудование, оснатка, материалы и др.

Как выше сказано, одним из китайских предприятий, применяющих систему «ФОБОС», является завод штампов г. Гуанджоу. До начала применения системы «ФОБОС» в производственным процессе имелись некоторые проблемы. Например, больше времени уходило на создание производственных расписаний, процесс коррекции расписания был очень сложным, коэффициент загрузки технологического оборудования не превышал 30%, и даже иногда оттягивались сроки поставки продукции. Кроме того, качество обработки часто не обеспечивалось из-за низкого качества технологической документации.

Благодаря проведенному внедрению системы «ФОБОС» улучшился производственный процесс, повысился коэффициент загрузки технологического оборудования, ускорился

пэд

Спецификация запускаемых деталей завода штампов

X» Л1 *.Т ' "1 ' Л*5 • •• А*. I-1

С1 1 010 ^ 4150 ! - сшо-с - * о. 20 > 1; зо ; 4 64 1

С1 020j 4170 ......Г - N0.103391 _! 0:15 ! 1.00 [ 5 [ ! 0-25 } 6 2 244

С1 030 | 41ВО \ 3 842

— 1 ...... „_., -»..„_.! .Л „ .....

1 • г. М2;#>. ••Т ЩГЯк*-".

Л я

•Б

ш

¿и

технологические операции выпускаемых деталей завода штампов

производственный цикл изготовления продукции, что обеспечило повьипение качества обработки изделий. На рисунке показаны спецификация деталей и технологический редактор, формирумые при помощи системы «ФОБОС».

После окончания технологической подготовки производится расчет производственного расписания загрузки оборудования по различным критериям (100 комбинаций из 14 критериев). Ниже показан интерфейс для расчета производственного расписания загрузки оборудования.

Составляемое производственное расписание наглядно описывается диаграммой Ганта, где каждой операции ставится в соответствие отрезок прямой, длина которого пропорциональна ее длительности. Эта отрезки, именуемые линиями Ганта, располагаются напротив инвентарных номеров основного технологического оборудования в последовательности, соответствующей производственному расписанию.

В системе реализован принцип непрерывного имитационного

^ ге*1л * * * а-у,- ■

* х --к м -

' " 'I»"я*-&.'

!-. 3к; с- .»»-*« . . , ,. I г Лкщии«»

Г ¿»ХИН*..*«;*. '

**> • Р^Э^ПГЭ»»к»".»»м'

О'

V ' I 'У ПП7ЭП? г К*-»*

Г Лр И >547021

' ' ЯД ^ &

, П* Ч- 721ЯК7

, X лХ е 31107 98

..' ]';, .1' I,.;

моделирования движения материальных потоков. Встроенный таймер,

синхронизированный с таймером компьютера, осуществляет в реальном времени сдвет шкалы. В автоматическом режиме все линии

Ганта на диаграмме через каждые 5 минут сдвигаются вместе с временной шкалой. При этом оборудование переводится в состояние, соответствующее рассчитанному производственному расписанию (от

наладки к обработке, от обработки к ожиданию либо наладке на следующую операцию и т.п.), т.е. происходит процесс имитационного моделирования материальных потоков в реальном масштабе времени при условии, что отсутствуют сбои в работе оборудования. Диспетчерский (ручной) контроль позволяет не только контролировать прохождение деталей через рабочие места, но также управлять материальными потоками в цехе. В этом режиме при сдвиге временной шкалы состояния станков не изменяется автоматически, что, в свою

очередь, влияет на продвижение линий Ганга на диаграмме. Изменение текущего состояния оборудования осуществляется с помощью специального меню.

г Л ' ,*" '-Л--;:":

диаграммой Гант

Генерация нормативных технологических документов является важным этапом производственного процесса. О редактировании документов с помощью системы «ФОБОС» было сказано выще.

Основные выводы:

Выполненые исследования и практическая реализация позволили сформулировать следующие выводы и результаты:

1.Решена важная практическая задача по созданию специализированного интерфейса интегрированной системы технологической подготовки и оперативного планирования для китайских предприятий.

2.Созданы базы данных по видам заготовок, материалов и припусков на обработку по российскому и китайскому стандарту (ГОСТ и ОВ).

3.Создан программный модуль автоматизированного выбора заготовок, рассчитывающий их вес и себестоимость. Модуль выбора заготовок интегрирован в подсистему технологической подготовки производства системы «ФОБОС».

4.Составлены базы данных технологических операций для типовых деталей на китайских предприятиях.

По теме диссертации были опубликованы следующие работы:

1.Лили Цзян, Евгений Фролов, Константин Адамия, Сергей Высочин, Система оперативного планирования и дипетчерского контроля «ФОБОС» - важный элемент в схеме CAD/CAM/PPS // САПР и графика, -М.: Компьютер Пресс, №5,1998, с. 33-36.

2.Е.Б. Фролов, Лили Цзян (Чанг), С.В. Высочин, Интегрированная система оперативного планирования и диспетчерского контроля цехом механообработки // Автоматизация проектирования, №9,1998, с. 18-22.

3.шм, ш. т

ШШЯЩШШ. (Jiang Lili, Tan Rumou, Liu Zuoyi, Fully Flexible CAD Technology and its Application// Manufacturing Technology and Machine Tool ) №7.1998. с 15-18.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

Цзян Ли Ли

Разработка специализированного интерфейса интегрированного системы технологического подготовки и оперативного планирования для китайских предприятий.

Подписано в печать 18.11.98 Формат 60x84/16

Бумага ZOOM 80гр/м Гарнитура

Объем уч. -изд. л. -1.1 Тираж 120 экз.

Заказ 786

Издание отпечатано в издательстве «Станкин.». лицензия на полиграфическую деятельность: ПЛД № 53-227 от 10.08.1998г.

- ... -V," - / С чУ ,,./

/

[МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«СТАНКИН»

УДК 658.512.681.3.067 на правах рукописи

Цзян Ли Ли

РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ИНТЕРФЕЙСА ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ И ОПЕРАТИВНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ДЛЯ КИТАЙСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических процессов

и производств (промышленность).

Научный руководитель: д.т.н., профессор Фролов Е.Б. Научный консультант: профессор Лю Цзои

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................3

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО

ОПЕРАТИВНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ И ДИСПЕТЧЕРСКОГО КОНТРОЛЯ НА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ

ПРЕДПРИЯТИЯХ ...........................................................................13

1.1. Современные методы организации оперативного планирования и диспетчерского контроля

производства...........................................................................13

1.2. Иерархические уровни управления предприятием структура системы оперативно-диспетчерского

контроля..................................................................................21

1.3. Состояние разработки и использования современных

методов производственного управления в Китае..............................34

ГЛАВА 2. ПРОГРАММНОЕ СРЕДСТВО И МАТЕМАТИЧЕСКИЙ МЕТОД В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ В УСЛОВИЯХ МЕЛКОСЕРИЙНОГО И ЕДИНИЧНОГО

ПРОИЗВОДСТВА..............................................................................37

2.1. Программные средства поддержки процесса создания системы производственного управления....................................................37

2.2. Математический метод для решения задачи производственного планирования.............................................................................45

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВЫБОРА ЗАГОТОВОК И КИТАЙСКОГО ИНТЕРФЕЙСА, ГЕНЕРАЦИИ СТАНДАРТНЫХ ДОКУМЕНТОВ ИСПОЛЬЗУЮЩИХСЯ НА

КИТАЙСКИХ

ПРЕДПРИЯТИЯХ ..........................................................................48

3.1. Подсистема автоматизированного выбора заготовок при формировании процесса производственного

планирования.....................................................................................48

3.2. Разработка специализированного интерфесса к условиям работы

китайских предприятий..............................................................53

3.3. Подсистема генерации стандартных документов, использующихся на китайских

предприятиях..........................................................................66

ГЛАВА 4. ПРИМЕРЫ ПРАКТИЧЕСКОЙ

РЕАЛИЗАЦИИ .............................................................................79

4.1. Система оперативного планирования и управления для завода штампов г. Гуанжоу (Китай) .................................................79

4.1.1. Спецификация технологического оборудования инструментального цеха.............................................81

4.1.2. Состав технологических операций составление производственного расписания для инструментального цеха.............................................81

4.2. Составление производственного расписания для инструментального цеха завода штампов...................................83

4.3. Примеры автоматизированной технологической подготовки

в системе «ФОБОС» ...........................................................85

4.3.1. Технологическая подготовка для завода штампов

города Гуанжоу .......................................................85

4.3.2. Технологическая подготовка для завода

AMO "ЗИЛ" (Россия)...............................................87

4.3.3. Технологическая подготовка

для завода АО МОСКВИЧ (Россия)................................88

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..........................................................................................89

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ .............................................................................90

ПРИЛОЖЕНИЯ ......................................................................................... 102

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы, следуя в русле мирового научно-технического прогресса, особенно бурно развиваются информационные технологии. Эта область производства вступила в период глобальных преобразований.

Традиционный процесс производства и управления уступает место высокоавтоматизированному управлению производством. Организация систем оперативного планирования и управления производством стала одной из главных проблем в ходе исследований производственной области за последние пятнадцать-двадцать лет. В условиях рыночной экономики эффективная система управления производством образует важную основу для обеспечения конкурентоспособности выпускаемых изделий.

Общая методология изготовления машин предполагает следующие этапы использования программно-аппаратных средств и непосредственного труда человека:

♦ Автоматизированная подготовка чертежной конструкторской документации (САПР);

♦ техническая и технологическая подготовка производства (АСТПП);

♦ планирование производства (АСУП);

♦ контроль за качеством изготовляемой продукции;

» непосредственное изготовление (механообработка) изделия;

На сегодняшний день основным направлением развития автоматизации на машиностроительных предприятиях является процесс создания компьютеризированного интегрированного производства (КИП). Концепция КИП, включающая информационную технологию в качестве важнейшего компонента производственного процесса, призвана объединить процесс изготовления машин от

проектирования при помощи САПР-систем до

непосредственного изготовления.

Процесс создания машин предполагает последовательный переход от этапа конструирования к этапу изготовления. Для обеспечения этого перехода следует решить задачу производственного планирования, то есть создать систему оперативного планирования производства.

Для решения этой проблемы в области машиностроения во многих странах мира был разработан и внедрен ряд интегрированных систем, решающих на том или ином производственном уровне задачи оперативного

планирования и диспетчерского контроля. К таким системам можно отнести систему управления «KANBAN», разработанную японской фирмой TOYOTA MOTOR COMPANY, систему MRP-II (Manufacturing Resource Planning) американской фирмы GENERAL MOTOS, и т.д. В России в МГТУ «СТАНКИН» была разработана интегрированная система оперативного управления мелкосерийным единичным производством «ФОБОС». Использование подобных систем позволяет эффективно организовать производство, помогает предприятиям повышать

производительность труда, ускорить процесс

изготовления и снижать себестоимость продукции.

Китайское правительство уделяет большое внимание развитию и применению САПР на предприятиях. Теперь почти на 50% предприятии САПР для проектирования (CAD) используется повсеместно. САПР для обработки (САМ) применяется там, где предприятия оснащены станками с ЧПУ. САПР для технологической подготовки (САРР) используют только на некоторых предприятиях. Для решения задачи оперативного планирования и диспетчерского контроля на производственном уровне

также проводится большая научно-исследовательская работа и уже разработано несколько программных продуктов, некоторые из которых хорошо зарекомендовали себя на китайских предприятиях. Однако пока они не получили ожидаемых результатов, так как система ещё не полностью адаптирована к условиям работы китайских предприятий.

В последние годы и правительство, и предприятия вложили большой капитал в создание CIMS для повышения производственной эффективности. Первая группа крупных предприятий уже приступила к созданию CIMS. В ходе решения задачи построения CIMS на основе используемых программных продуктов (например как САПР для проектирования и обработки) система MRP-II получила большое распространение. Как известно, система MRP-II в основном используется для управления предприятиями на высших уровнях. Она не решает проблемы повышения производственной эффективности в цеховом уровне, однако, именно производственная эффективность в цеховом уровне является решающим фактором для повышения экономической эффективности предприятия.

Как в других странах, так и в Китае, удельный вес мелкосерийного и единичного производства во всем валовом продукте стран составляет примерно 70-80%, увеличение количества предприятий мелкосерийного и единичного производства имеет важное экономическое значение. Всё ровно, даже на массовых и крупносерийных предприятиях существуют мелкосерийный и единичный производственный образ, например, в инструментальном цехе.

Производственная практика в России показывает, что интегрированная система оперативного управления

мелкосерийным единичным производством «ФОБОС» удачно помогает повышать производственную -эффективность в цеховом уровне. В связи с этим внедрение системы «ФОБОС» на китайских предприятиях является актуальной задачей в течение короткого времени при условии её китаизации. Вследствие исторической причины строй и форма производственной организации на китайских и российских предприятиях сходны, поэтому система «ФОБОС» может успешно и эффективно работать на предприятиях Китая.

В связи с этим возникла важная практическая задача: создать интерфейс интегрированной системы технической подготовки и оперативного типа «ФОБОС» для китайских предприятий.

Таким образом, цель выполняемой работы состояла в создании внутрицеховой системы технологической подготовки, оперативного плакирования и диспетчерского контроля с китайским интерфейсом и стандартными базами данных, организованными согласно требованиям китайских машиностроительных производств. Созданная система должна быть полностью готова к промышленной эксплуатации на ряде китайских предприятий.

Учитывая специфику нынешней производственной системы Китая, для китаизированного русскоязычного

программного продукта «ФОБОС» необходимо, кроме перемены языка, сделать следующее:

•получить сведения из различных служб китайских предприятий;

•создать различные технические и технологические документы по китайским формам и стандартам, обеспечив их правильный ввод и вывод;

•интерфейс системы должен обеспечить возможность гибкой настройки и редактирования, чтобы предприятия могли соединить существующие информационные базы данных с системой «ФОБОС» и тем самым улучшить управление производством.

Таким образом, для достижения поставленной цели в работе была проделана следующая работа:

1.Проанализированы и формализованы производственные информационные связи на предприятиях Китая и России.

2.Разработана методика решения проблемы несовместимости между русскими текстовыми символами (кириллицей) и китайским иероглифическим письмом.

3.Создана группа баз данных, соответствующих китайскому промышленному стандарту; эти базы данных обеспечивают быстрое выполнение технической подготовки производства и диспетчерского контроля на всех этапах в цехе.

4.Создана подсистема, которая по стандартам, принятым на китайских машиностроительных предприятиях, документирует результаты работы системы оперативно-диспетчерского управления.

За последние несколько лет произошли существенные изменения в программно-технической среде. Увеличение быстродействия персональных компьютеров и удешевление средства хранения информации способствовало

повсеместному внедрению новых операционных систем, что повлекло за собой быстрое развитие сетевых и объектно-ориентированных технологий. Поэтому научные

исследования проводились с учетом современных требований к вычислительной части, интерфейсу и сетевым возможностям программных продуктов.

Практическая ценность выполненных исследований и разработок состоит в том, что на основании разработки интерфейса для китайских предприятий созданы и внедрены в промышленную эксплуатацию на 3-х крупных китайских предприятиях (Гуандонском машиностроительном заводе, Заводе штампов г. Гуанджоу, Гуандонской фабрике легкой промышленности) , и также на Механическом Научно-исследовательском институте

провинции Гуандон следующие программные средства:

» подсистема автоматизированной технологической подготовки, оперативного календарного планирования и диспетчерского контроля производства;

• модуль имитационного моделирования материальных потоков сочетается с диспетчерским контролем;

• подсистема контроля рабочих нарядов, в которой пользователь самостоятельно настраивает программу при модификации станочной системы и добавлении новых операций;

• модуль импорта чертежей;

• модуль автоматизированного выбора заготовки.

Скорость технологической подготовки производства в

результате увеличилась в 2,5-3 раза. При этом существенно снизилась вероятность ввода ошибочных исходных данных.

В конечном итоге, за счет рациональной загрузки оборудования и оптимального оперативно-диспетчерского управления материальными потоками удалось увеличить фондоотдачу технологического оборудования и уменьшить объем незавершенного производства, а также обеспечить рациональное использование трудовых ресурсов.

Результаты работы были опубликованы в журнале САПР и Графика (№5.1998), а также докладывались на научном семинаре кафедры «Информационные технологии и вычислительные системы» МГТУ «Станкин».

В первой главе диссертации рассматриваются вопросы функционирования и основные задачи управления в компьютеризированных интегрированных производственных системах. Приводится обзор и основные характеристики 4 5 наиболее известных в мире программных реализаций систем оперативного управления. Проводится анализ существующих современных методов и средств оперативного планирования производства и направлений развития компьютеризированных интегрированных

производственных технологий. Затем проводится анализ состояния разработки системы производственного управления, работающей в условиях компьютеризированных интегрированных производств. Далее, анализируются существующие текущие проблемы и требования к системе производственного управления при ее функционировании в условиях китайского производства. Результаты анализа состоят в следующем:

1. Как средство современного производственного управления техника МИРИ обладает большой прикладной ценностью и хорошими перспективами развития.

2.Для ускорения развития технологии компьютеризированных интегрированных производств и производственного управления, кроме самого создания такой системы, необходимо внедрение передовых технических разработок из других стран.

Во второй глазе дано описание математического метода и программных средств, использующихся при создании системы оперативного планирования производства.

Процесс создания такой системы включает в себя следующие этапы:

•определение программной среды

в ходе программной реализации поставленной задачи была выбрана среда визуального программирования Delphi, работающая под управлением Windows. Этот выбор был обусловлен следующими причинами.

1.В связи с массовым переходом пользователей персональных компьютеров к использованию операционных систем Windows 95-98 или Windows NT морально устарела и все реже используется в производстве и бизнесе. Следовательно, для создания современных программных продуктов необходимо использовать программную среду, позволяющую создавать Windows - приложения.

2. На сегодняшний день Delphi - один из наиболее эффективных инструментов создания сложных промышленных и коммерческих программ.

3.Интерфейс с системами автоматизированного проектирования должен стать составной частью новой версии Интегрированной системы оперативного управления, создаваемой при помощи Delphi.

•описание математических моделей

Поводом для построения математических моделей при создании систем оперативных планирования производства является необходимость решения следующих проблем: постановка задачи календарного планирования

производства, формулировка и решение задач объемно-календарного планирования, выпуска продукции по заделам и по опережениям, группирования детале-сборочных единиц и оборудования, а также решения задачи баланса производственных мощностей.

В третей главе описана процедура разработки подсистем автоматизированного выбора заготовок, китайского интерфейса и генерации стандартных документов, использующихся на китайских предприятиях. Здесь в ходе работы над диссертацией решены следующие задачи:

1.Создание подсистем автоматизированного выбора заготовки

Организация подсистемы автоматизированного выбора заготовки включает создание баз данных с информацией о способах изготовления заготовок и видах

заготовительных материалов, расчет припусков на обработку по стандарту ГОСТ (Россия) или ОВ (Китай), создание таблицы (по китайскому промышленному стандарту) нормирования заготовительных операций, составление программного интерфейса в подсистеме подготовки производства системы «ФОБОС».

2.Составление подсистемы китайского интерфейса

Задача создания китайского интерфейса решалась на

основе преобразования соответствующей русской версии. Результат