автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Моделирование многономенклатурной механообработки с учетом незавершенного производства

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.

Виды заделов в многономенклатурном производстве и причины их образования.

1Л. Основные виды современных многономенклатурных производств и тенденции их развития.

1.2. Производительность современных многономенклатурных производств и резервы её повышения.

1.3. Виды межоперационных заделов, образующихся в многономенклатурном производстве.

1.4. Использование незавершённого производства для обеспечения плана выпуска.

ГЛАВА 2.

Задача согласования плана выпуска с незавершенным производством

2.1. Обеспечение плана выпуска текущего интервала планирования вновь запускаемыми заготовками и незавершённым производством.

2.2. Математическая постановка задачи согласования незавершённого производства с планом выпуска.

2.3. Понятие напряженности обработки одной партии деталей и всей производственной программы.

2.4. Согласование незавершённого производства с планом выпуска, преследующее цель минимизации напряжённости производственной программы.

ГЛАВА 3.

Решение задачи согласования плана выпуска с незавершённым производством.

3.1. Согласование незавершённого производства с планом выпуска как задача целочисленного линейного программирования

§

3.2. Использование симплекс-метода в качестве первого этапа согласования незавершённого производства с планом выпуска.

3.3. Метод ветвей и границ в качестве окончательного этапа согласования незавершённого производства с планом выпуска.

3.4. Алгоритм решения задачи согласования незавершённого производства с планом выпуска.

ГЛАВА 4.

Составление планов загрузки оборудования с учётом использования незавершённого производства.

4.1. Имитационная модель составления планов загрузки оборудования.

4.2. Алгоритм планирования с учётом незавершенного производства.

4.3. Количественная оценка качества полученных планов.

4.4. Визуализация и интерпретация результатов планирования с учетом незавершенного производства.

Постановка задачи загрузки оборудования в многономенклатурном производстве

Современный этап развития машиностроения характеризуется широким применением в промышленности гибких производственных систем (I 11С), область использования которых распространилась на всех типы производства - от индивидуального до крупносерийного и массового. Эффективность и производительность основного оборудования ГПС непосредственно зависят от уровней использования и загрузки оборудования, в количественном отношении характеризующихся значениями соответствующих коэффициентов. Работа в условиях рынка со свободными связями между поставщиком и потребителем заставляет соответствующим образом оценивать приоритеты в экономической и технической политике. Кардинальным показателем эффективности работы предприятия в этих условиях является прибыль как интегральная оценка всей производственной деятельности.

Эффективность производства и полученная норма прибыли не только зависят от выпускаемой продукции, но и во многом определяются совершенством организации ее выпуска. Успешный сбыт продукции зависит не только от её цены и качества, но и от её соответствия запросам потребителя и от сроков выполнения заказа. Прибыль, кроме того, зависит от расхода материальных, энергетических и человеческих ресурсов, в том числе и и нтел л с к т у ал ь н ы \.

С одной стороны, наиболее высокими экономическими показателями обладает производство с массовым характером выпуска продукции. С другой стороны, потребитель готов приобрести и, следовательно, заплатить дороже, в первую очередь, продукцию, которая наиболее полно удовлетворяет его конкретным потребностям. Приоритетное удовлетворение запросов конкретных потребителей разных категорий требует разнообразия в продукции машиностроения, увеличения номенклатуры его изделий, снижения серийности. Производитель машин должен проявлять гибкость. Продукция машиностроения должна обладать большим количеством модификаций при минимальных сроках и затратах на перестройку производственного процесса, [5,10].

Кроме того, отток людей из сферы производства порождает дефицит в квалифицированной рабочей силе, что заставляет искать пути ее восполнения за счет более высокого уровня автоматизации, в том числе на финишных и сборочных операциях.

Переналаживаемоеть оборудования - один из важнейших показателей, характеризующих гибкость производства. Чем меньше требуется времени на переналадку оборудования при переходе на обработку детали другого наименования, чем меньше затраты на дополнительное оснащение, приспособления и инструмент, тем эффективнее высокопроизводительное оборудование, и тем меньше может быть размер партии деталей, которые экономически выгодно на нем обрабатывать, [2, 8, 14, 46].

Для обеспечения выполнения современных требований к гибкости производства необходимо затрагивать не только конструкцию самой машины, но и организацию всего рабочего процесса на участке, цехе или предприятии в целом. Необходимо решить множество вопросов, связанных с технической и материальной подготовкой производства при сохранении приемлемых экономических показателей.

Опыт развития машиностроительного производства, накопленный за последние годы в различных развитых странах, показывает, что достижение требуемой гибкости производственной системы может быть обеспечено только при реконструкции всей организации производства в целом. Это может быть достигнуто путем ее совершенствования, в первую очередь, на основе широкого и глубокого использования компьютерной техники на всех этапах производства, начиная от формирования портфеля заказов и кончая сбытом готовой продукции. Такая концепция приводит к построению так называемых интегрированных производств, где объединяются (интегрируются) сфера материального производства и сфера информационной технологии. Такая концепция предусматривает также частичную или полную автоматизацию интеллектуальной деятельности людей, занятых плановой, организационной, экономической, конструкторской и технологической подготовкой производства, а также занятых управленческой и финансово-сбытовой деятельностью, и позволяет контролировать полученные результаты, [24, 45, 51].

Создание станков и других видов технологического оборудования, позволяющих реализовать концепцию гибкого многономенклатурного производства, требует систематического повышения их потребительских качеств, в первую очередь таких, как:

- повышение производительности операций за счёт интенсификации режимов, сокращения вспомогательного времени и затрат времени на смену инструмента, перезакрепление заготовок, контроль размеров, сокращение времени переналадки оборудования, повышение надежности вследствие роста безотказности и сокращение времени на ремонт, сокращение времени на обслуживание и уменьшение количества простоев по организационным причинам;

- повышение качества обработки на станках, в том числе за счет повышения их начальной геометрической точности и снижения погрешности перемещений, компенсации или устранения причин температурных деформаций, а также повышения жесткости элементов рабочей зоны и повышения долговечности определяющих элементов;

- расширение технологических возможностей, включая оснащение станков прецизионной оснасткой и приспособлениями, комплектация специальным инструментом, оказание специальных услуг потребителю в решении технологических проблем, концентрация операций, а также расширение обработки одновременно несколькими инструментами, изготовление модификаций и комплектование дополнительными узлами, а также приспособлениями, например, для обработки легких сплавов или, наоборот, для обработки твёрдных материалов, использование автоматической перебазировки и др., [32, 70].

Задачи управления многономенклатурным производственным участком, отличаясь от традиционных вычислительных задач, также отличаются и от задач управления традиционным автоматизированным технологическим оборудованием, таким как автоматические поточные линии, агрегатные станки, сварочные аппараты, дозирующие устройства и другие технологические агрегаты циклического действия, [45,61].

В многономенклатурном производстве ситуация не является повторяющейся, и заранее однозначно все многообразие действий системы управления задано быть не может. Однако, могут быть описаны общие закономерности, определяющие выбор адекватных управленческих решений в любых возникающих производственных си туациях, каковы бы они ни были, и подобные закономерности задаются указанием взаимосвязей между элементами информационной и функциональной структур.

В связи с изложенным весьма актуальным является обеспечение эффективной загрузки оборудования производственными заданиями. Эффективность загрузки оборудования в многономенклатурном производстве, прежде всего, обеспечивается качественным планированием, которое должно оперативно выполняться в течение всего срока эксплуатации правильно спроектированного и сбалансированного производства.

Планирование загрузки оборудования в многономенклатурном производстве является сложной и многоаспектной задачей. Однако, среди многих аспектов планирования можно выделить те, которые в наибольшей степени влияют на качество составляемых планов, [30, 31, 34, 65].

Одним из таких аспектов является составление планов загрузки оборудования с учетом согласования имеющихся заделов незавершённого производства с планом выпуска.

План выпуска текущего планового периода является директивным документом, который определяет, какие наименования деталей и в каком количестве должны быть выпущены в те или иные установленные сроки. Этот план выпуска должен быть обеспечен своевременным запуском нужного количества заготовок, а также имеющимся заделом незавершенного производства, оставшегося от предыдущего периода.

Сколько именно заготовок следует запускать заново, а сколько следует использовать из незавершенного производства и с каких промежуточных операций технологического процесса, является задачей, которая требует своего решения. Формализация этой задачи, ее аналитическое решение, использование полученных результатов для алгоритмизации процедуры планирования многономенклатурного производства, оценка качества и визуализация полученных планов и является темой настоящей диссертации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведенная работа по обследованию современных многономенклатурных предполагаемых производств показала, что неизбежно образуются заделы незавершенного производства, и эти заделы могут быть использованы для частичного погашения планов запуска.

2. Введено и формализовано понятие напряженности производственной программы, которое характеризует качество использования незавершенного производства, наряду с запуском новых заготовок, для погашения планов выпуска.

3. Показано, что согласование незавершённого производства с планом выпуска сводится к минимизации напряжённости производственной программы.

4. Разработана методика и предложен компьютерный алгоритм минимизации напряженности производственной программы как решение задачи целочисленного линейного программирования.

5. Предложена имитационная модель составления планов загрузки оборудования на основе согласования незавершённого производства с планом выпуска, позволяющая осуществлять оперативное и эффективное планирование многономенклатурного производства.

6. Предложена формализованная методика определения качества полученных расписаний на основе количественной оценки содержащихся в них временных резервов, позволяющая осуществлять сравнение вариантов составленных планов.

7. Предложена формализованная методика визуализации результатов проведенного составления планов запуска, позволяющая зрительно оценить эти планы и проверить обеспечение ими директивных сроков выпуска. литера i ура

1. Автоматизация дискретного производства. / Под ред. Е.И. Семенова и Л.И. Волч-кевича. - М.: София Техника, 1987, 375 с.

2. Автоматизированные системы управления машиностроительными предприятиями. Учебник для вузов / под ред. С.У. Олейника. М.: Высшая школа, 1991, 222 с.

3. Бусленко Н.И., Калашников В.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. М. Советское радио. 1973.

4. Вагнер Г. Основы исследования операций. Том 3. 1973

5. Васильев В.Н. Принципы построения гибких производств // Станки и инструмент. 1984. № 4, с. 4 - 6.

6. Васильев В.Н. Переход к рыночной экономике и концептуальные сдвиги в станкостроении России. Сб. Научных трудов ЭНИМС «Развитие современного металлообрабатывающего оборудования в России и Китае», Москва, 1993.

7. Ганин Н.М., Катковник В.Я. Сетевые модели функционирования ГПС с ограниченными накопителями // Машиностроение. 1988 г. № 2, с. 34 42.

8. Гибкие производственные системы. Под ред. П.Н. Белянина и В.А. Лещенко. М.: Машиностроение, 1989.

9. Гибкие производственные системы изготовления РЭА / А.И. Артемьев и др. М.: Радио и Связь, 1990, 240 с.

10. Гибкие производственные системы Японии. / под ред. Л.Ю. Лищинского. М.: Машиностроение, 1989, 260 с.

11. Использование ЭВМ для автоматизации управления складскими работами. Ау-томатише Лагергервалтунг. Материалфлусс. (нем.), 1987 г.

12. Имитационное моделирование автоматизированных комплексов с использованием системы GPSS: Методические рекомендации. М.: ЭНИМС, 1982. 38 с.

13. Кокс Д., Смит У. Теория очередей. «Мир», Москва, 1966.

14. Карданская Н.Л., Чудаков А.Д. Системы управления производством: анализ и проектирование. М.: Русская деловая литература. 1999, 240 с.

15. Карданская Н.Л. Основы принятия управленческих решений. М.: Русская деловая литература. 1998, 287 с.

16. Комплексный анализ и моделирование гибкого производства. Сб. научных трудов./ Отв. ред. И.М. Макаров, С.В. Емельянов, М.: Наука, 1990, 179 с.

17. Котлер Ф. Основы маркетинга. М.: Прогресс, 1991, 734 с.

18. Коутс, Роберт, Влейминк И., Интерфейс «человек - компьютер». Пер. с англ. Под ред. В.Ф. Шаньгина. М.: Мир, 1990, 501 с.

19. Кудинов А.В. Расчет автоматизированных производств при проектировании: методические рекомендации. М.: ВНИИТЭМР, 1985, 75 с.

20. Кудрявцев Е.М. Исследование операций в задачах, алгоритмах и программах.

21. Лищинский Л.Ю. Структурный и параметрический синтез гибких производственных систем. М.: Машиностроение, 1990 г.

22. Лищинский Л.Ю. Технико-экономический анализ и методы выбора рациональных гибких производственных систем. М.: ВНИИТЭМП, 1985, вып. 4

23. Мартин Дж. Планирование развития автоматизированных систем. М.: Финансы и статистика, 1984, 196 с.

24. Мясников В.А., Игнатьев М.Б., Перовская Е.И. Модели планирования и управления производством. М.: Экономика, 1982, 231 с.

25. Мячев А.А., Иванов В.В. Интерфейсы вычислительных систем на базе мини и микроЭВМ. М.: Радио и связь. 1986 г.

26. Новости науки и техники. Комплексная автоматизация. Том 5. М.: ВИНИТИ, 1988 г.

27. Оре О. Теория графов. М.: Наука, 1986, 312 с.

28. Острем К. Введение в стохастическую теорию управления. М.: Мир, 1973, 324 с.

29. Петров В.А., Масленников А.Н., Осипов Л.А. Планирование гибких производственных систем. Л.: Машиностроение, 1985, 182 с.

30. Первозванский А.А. Математические модели в управлении производством. М.: тт iqtc гр „ паука, 1У I J, J IjL U

31. Портман В.Т., Скляревская Е.И. Имитационное моделирование в задачах проектирования и функционирования A3 П Научно-методические основы разработки и создания автоматизированных заводов: сб. научных трудов. М.: ЭНИМС, 1989, С.150- 168.

32. Портман В.Т., Скляревская Е.И., Яковлев А.Е. Специализированная система имитационного моделирования ГПС // Станки и инструмент. 1992, № 7, с 2-4.

33. Португал В.М., Семенов А.И. Модели планирования на предприятии. М.: Наука, 1978. 269 с.

34. Прицкер А. Введение в имитационное моделирование и язык СЛАМ И М.: Мир,

1987, 646 с.

35. Программные средства для персональных компьютеров. Аналитическая справка. М. Информприбор. 1990 г.

36. Раис, Лежек. Эксперименты с локальными сетями микроЭВМ. / пер. с англ. М.А. Болдырева. М.: Мир, 1990.

37. Рихтер К. Динамические задачи дискретной оптимизации. М.: Радио и связь., 1985 г. 132 с.

38. Саати Т. Элементы теории массового обслуживания и ее приложения. М.: «Советское радио», 1971, 520 с.

39. Свами М., Тхуласираман К. Графы, сети и алгоритмы. М.: Мир, 1984, 455 с.

40. Системное проектирование интегрированных АСУ ГПС машиностроения / Ю.М. Соломенцев и др. под общ. ред. Ю.М. Соломенцева и др. М.: Машиностроение,

1988, 487 с.

41. Системы производственные гибкие. Моделирование автоматизированных гране-портно-складских систем. Методические указания. РД 24.090.94 - 89. ОКСТУ 3176.

42. Скляревская Е.И., Токарев О.Б. Оценка пропускной способности гибкого автоматизированного производства. Сб. научных трудов ЭНИМС «Развитие современного металлообрабатывающего оборудования в России и Китае». Москва, 1993 г.

43. Советов Б.Я. АСУ: Введение в специальность. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1989, 128 с.

44. Соломенцев Ю.М., Сосонкин В.Л. Управление гибкими производственными системами. М.: Машиностроение, 1988 г.

45. Соломенцев Ю.М., Кутин А.А., Шептунов С.А. Оценка гибкости автоматизированной станочной системы. // Вестник машиностроения. 1984, № 1 с. 38-40.

46. Сольницев Р.И. и др. Автоматизация проектирования ГПС. Л.: Машиностроение, 1990 г.

47. Сосонкин В.Л. Микропроцессорные системы числового управления станками. М.: Машиностроение, 1985 г.

48. Справочник по вероятностным расчетам. М.: Воениздат, 1970 г.

49. Летова Т.М., Пантелеев А.В. Экстремум функций в примерах и задачах. М.: изд.

Л Л А ТД 1 ООО — ivi/^ja, 1ууо 1.

50. Типовые комплексно-автоматизированные участки типа АСВ из оборудования с ЧПУ с применением ЭВМ: методич. Рекомендации ЭНИМСа. - М.: ВНИИТЭМР, 5985, 40 с.

51. Трофимова И.П. Системы обработки и хранения информации. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1989, 191 с.

52. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам. Перевод с англ. М.: Мир, 1989 г.

53. Формат идентификации текста информационных сообщений, передаваемых по каналу связи между ЭВМ и ЧПУ. Методические рекомендации. М.: ВНИИТЭМР, 1985, с. 16.

54. Фрейшман Б.Ш. Основы системологии. М.: Радио и связь, 1982, 368 с.

55. Цвиркун А.Д. Основы синтеза структур сложных систем. М.: Наука, 1982, 200 с.

56. Черпаков Б.И. Принципы агрегирования. В кн. Энциклопедия. Машиностроение. Т. IV -7, М.: Машиностроение, 1999, 629 с.

57. Черпаков Б.И.Типовые компоновки автоматических линий и агрегатных станков. Кн. Энциклопедия. Машиностроение. Т.IV- 7, М.: Машиностроение, 1999, 661 с.

58. Чудаков А.Д., Аакшат Синха. Представление исходных технологических данных для алгоритма диспетчирования гибких многономенклатурных производств. СТИН, 1999, № 8.

59. Чудаков А.Д. Проектирование систем управления станками и станочными комплексами. В кн. Энциклопедия. Машиностроение. Том IV - 7, глава 1.8. М.: Машиностроение, 1999.

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

61. Чудаков А.Д., Муквей Иди Али Вамалва. Согласование незавершенного производства с планом выпуска как задача целочисленного линейного программирования.// Актуальные проблемы теории и практики инженерных исследований. М.: Машиностроение, 1999. - с.90.

62. Чудаков А.Д., Муквей Иди Али Вамалва. Применение симп лекс-метода для согласования незавершенного производства с планом выпуска. Н Проблемы теории и практики в инженерных исследованиях. М.: АСВ, 2000 г. - с. 30.

63. Чудаков А.Д., Фалевич Б.Я. Автоматизированное оперативно-календарное планирование в гибких комплексах механообработки. М.: Маш и нос троение. 1988 г., 224 с.

64. Чудаков А.Д., Виссо Леандр Матиас. Имитационное моделирование движения грузоединицы в многономенклатурном производстве. II Проблемы теории и практики инженерных исследований». - М.: Изд-во АСВ, 2000 г.

65. Чудаков А.Д. Системы управления гибкими комплексами механообработки. М.: Машиностроение, 1990, 237 с.

66. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем. Искусство и наука. М.: Мир, 1978, 418 с.

67. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. М.: Мир. 1982, 240 с.

68. Щетинин Д.Д., Лебедева В.И. Гибкая система фирмы «Kearney and Trecker», применяемая на тракторном заводе «John Deer» (США). - Технология автомобилестроения. М.: НИИНАвтопром, 1983, № 7. с, 25-26.

69. Эстерзон М.А. Прогноз развития технологии и технологического оборудования для компьютеризованно го интегрированного производства в маш и нос грое н ии. Сб. научных трудов ЭНИМС - «Развитие современного металлообрабатывающего оборудования в России и Китае». Москва, 1993.

70. Юхимов В.В. Оценка производственных возможностей Г'АУ // Организационно-экономические проблемы гибкой автоматизации производства. М.: МДНТП, 1988.

71. Ahгепс. J.H. Dieter/ Computer Methods for sampling from the Exponential and Normal

Distribution, comm. ACM, vol. 15, 1972, pp. 872-873.

72. Fishman, G.S. Principles of Discrete Event Simulation, John Wiley, 1978.

73. Forrester, J.W. Industrial Dynamics, John Wiley, 1961.

74. Gordon, G. The Application of GPSS V to Discrete System Simulation, Prentice-Hall. 1975.

75. Kiviat P.J. Digital Event Simulation: Modelling Concepts, the Rand Corporation. RM-5378-PR Santa Monica. Calif., 1967.

136

76. Lawrence K.D., Signal C.E. A Workflow Simulation of a Regional Sendee Office of a Property and Casualty Insurance Company with Q-GERT, Proceedings, Pittsburgh Modelling and Simulation Conference, vol. 5, pp. 1187-1192.

77. Nakamura Т., Fukui I. Navigation of a robot vehicle by slit pattern detection - C ontrol Problems and Devices in Manufacturing Technology. Proceedings of the IF AC Sirnpo-siuin, Budapest, 1980. - Oxford, 1981, pp. 233-239.

78. Pohlman R., Gilligan T. Control of variable mission manufacturing systems 25 IEEE Machine Tools Conference, 1981. - New York: IEEE, 1981, pp. 18-22.

79. Roy B. Decisions avec criteries multiplex / Problems and methodes // Metra Interna-. tional. 1972. V. 11. No. 1. P. 121-151.

80. Schriber T. Simulation using GPSS, John Wiley. 1974.

81. Shannon R.E, Systems Simulation. The Art and the Science. Prentice-Hall, 1975.

82. Valeada A., Mastretta M. Composition of different computerized design fools for flexible manufacturing. 3-rd Inst. Conf. on FMS. 1984. P. 51-60.

83. Zeliny Jaromir. Flexible manufacturing systems with Automatic transport of tools // Annals of the CIRP. 1981. No. 1. S/ 349-362.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ВЫВОДЫ

Многономенклатурное переналаживаемое производство позволяет обеспечить выпуск открытых технологических семейств изделий, то есть изделий, отличающихся высокой степенью конструктивного и технологического разнообразия. Правильно спроектированное производство такого рода обладает требуемой пропускной способностью и характеризуется возможностью сбалансированности производственного потенциала отдельных групп оборудования и требований к выполнению операций технологического маршрута, предъявляемым со стороны изделий включённых в программу выпуска. При этом неизбежно создаются заделы незавершенного производства.

Обеспечение такой сбалансированности осуществляется путем правильного планирования запуска партий деталей, осуществляемого в нужные моменты, с правильным выбором видов (шифров) запускаемых деталей и в соответствующем объёме запуска.

В результате такого адекватно спланированного запуска деталей, с одной стороны, должно быть в полной мере использовано (загружено) имеющееся технологическое оборудование, а с другой - обеспечен план выпуска по директивным срокам, объёмам выпуска и номенклатуре выпуска. При этом не допускается нарушений технологической дисциплины. Наоборот, при составлении планов требуется неукоснительное соблюдение требований технологического маршрута (ТМ), а варьироваться могут лишь разбиение выпускаемых деталей на партии запуска, моменты их запуска и выбор тех или иных единиц производственного оборудования для выполнения требуемых по ТМ технологических операций.

Поэтому создание и применение современной методики планирования загрузки оборудования многономенклатурного переналаживаемого производства является неотъемлемым условием эффективного использования такого рода производств.

Соответствующая методология должна быть представлена в виде формализованных процедур и достаточно просто подвергаться компьютерной реализации. В результате эксплуатационники современных многономенклатурных переналаживаемых производств должны получить в своё распоряжение возможность эффективно, то есть с большей отдачей, организовывать производственный процесс и управлять его ходом.

В данной диссертации проделана определённая работа в этом направлении, и получены соответствующие результаты.