автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Оперативное планирование и управление процессом обработки заготовок корпусной мебели

РГ6 од

1 5 ПОП 1993московский

государственный университет леса

На правах рукописи

романов виктор александрович

УДК 684.4.003.1

ОПЕРАТИВНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ОБРАБОТКИ ЗАГОТОВОК КОРПУСНОЙ МЕБЕЛИ

Специальность 05.21.05 — «Технология и оборудование деревообрабатывающих производств; древесиноведение»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —

1 993

Работа выполнена на кафедре технологии лесопиления и деревообработки в Московском государственном университете леса.

Научный руководитель — заслуженный деятель науки и

техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Пижурин А. А.

Научный консультант — кандидат технических паук,

доцент Муращенко Д. Д.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор Леонов Л. В. кандидат технических наук, доцент Пучков О. Д.

Ведущая организация — ВПКТИМ

_ ¡0 Я*сяЪрЯ ЛШг

Защита диссертации состоится . / . . в

. . . часов на заседании специализированного ученого совета Д.053.31.01 при Московском государственном университете леса, аудитория 313.

Просим Ваши отзывы на автореферат ОБЯЗАТЕЛЬНО В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ направлять по адресу: 141001, г. Мытищи-1, Московская обл., Московский государственный университет леса. Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного университета леса.

Автореферат разослан .« » . 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук, профессор СЕМЕНОВ Ю. П.

Подп. к печ. 01.11.93 г. Объем 1 п. л. Зак. 569 Тир. 100

Типография Московского государственного университета леса

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность_темы. Переход от административных к экономическим методам управления требует кардинального изменения в системе планирования и управления технологическими процессами и производственными комплексами.

Практика оперативного планирования требует разработки методов, позволяпцих осуществлять руководство производственными процессами с наименьшими затратами. Одним из средств достижения этой цели является построение, анализ и решение производственных задач с применением методов математического моделирования и персональных ЭВМ.

В настоящее время на мебельных предприятиях из-за отсутствия систем автоматизированного оперативного планирования и управления процессом обработки заготовок корпусной мебели, все операции по сбору и обработке информации для принятия управленческих решений осуществляются вручную. Это делает невозможным оптимальное оперативное планирование и управление технологическими процессами, что резко снижает эффективность производства и приводит к потерям материальных и трудовых ресурсов. Использование математических методов и ЭВМ позволяет устранить отмечены?.?, недостатки за счет выбора .оптимальных стратегий планирования и управления технологическими процессами, что обеспечивается использованием алгоритмов быстрого анализа информации о состоянии производства, хранящейся в памяти компьютера.

Учитывая, что настоящая работа посвящена решению задачи оптимального оперативного планирования и. управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок, она является актуальной и имеет большое практическое значение.

Ш®_Е§§оты. Целью настоящей работы является разработка методики оптимального оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок на участках.облицовывания пластей и механической обработки с применением методов математического моделирования и персональных ЭВМ.

Нв£чная_новизна. Впервые разработана методика оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок на участках облицовывания пластей и механической обработки на базе созданной автором диалоговое системы для персональных ЭВМ с использованием элементов экспертных систем. Построен комплекс взаимосвязанных математических моделей, позволявших решать задачу оптимального оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок. Предложен обобщенный критерии оптимизации, учитывающий суммарные затраты на обработку и хранение заготовок. Разработаны алгоритмы решения задачи.

.Пеактотеская^енность. Разработана автоматизированная система оперативного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок на стадиях калибрования, облицовывания пластей, обработки кромок и присадки отверстий, поз валящая быстро анализировать производственную ситуацию и принимать эффективные управленческие решения в процессе интерактивного, взаимодействия с персональной ЭВМ.

Использование указанной системы позволяет: сократить сроки .технологической подготовки производства при изменении номенклатуры выпускаемых изделий; увеличить эффективность использования оборудования; сократить потери сырья и материалов за счет эффективности учете и контроля движения материальных потоков; повысить эффективность использования рабочего времени; повысить эффективность использования оборотных средств за-счет оперативного принятия решений.

На защиту выносятся; методика оптимального оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок на участках облицовывания пластей и механической обработки ; комплекс взаимосвязанных оптимизационных математических моделей оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок , учитывапцих основные организационно-технологические факторы на каждой стадии обработки; алгоритмы решения задачи оптимального оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок ; комплекс

программного обеспечения в виде экспертной системы оптимального оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок.

Реа™эауия_£)еэ2льтатов_ваботы. Разработанное программное обеспечение системы оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок внедрено на Московской мебельной фабрике а 3.

Ап2обауия_озботм. Основные результаты исследований доложены и сдобрены на ежегодных научно-технических конференциях МЛТИ в 19S9...19S3 г.г., а также ка научно-технической конференции молодых ушных и специалистов ЦНИЕКОД я 1992 г.( г.Архангельск, Всероссийское научно-производственное обьединение лесопильной промышленности "Научдревпром", головная организация- ЦНШМОД).

_П2бликауии. Основные положения, изложенные в диссертации, опубликованы в 6 научных статьях.

Ств^туЕЁ_и_обьем_щссе£тауии. Диссертация изложена на 183 страницах машинописного текста, состоит из введения , пяти глав и заключения. Содержит 23 рисунка, 2 таблицы, список использованной литературы из 105 наименований и 5 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во_введении обоснована актуальность темы диссертации, дана краткая характеристика работы и приводятся основные поло^ жения, выносимые на защиту.

отражено состояние изучаемой задачи. Проанализирован опыт организации оперативного планирования и управления. технологическая процессами на предприятиях, выпуска-пцих корпусну® мебель. Установлено, что оперативно-календарное планирование на большинстве мебельных предприятий не имеет

- б -

стройной системы. Формирование оперативных планов осуществляется вручную без учета динамики обработки, потребления и хранения заготовок по сиенам планируемого периода.

Дан обзор существупцих методов решения задачи оперативно-календарного планирования и управления в различных отраслях промышленности. В решение этой проблемы внесли вклад А.А.Пижурин, Н.С.Розенйлит, А.А.Первозванский, H.H.Моисеев, И.В. Соболев, Г.В. Крылов, Д.Д. Муращенко, В.Ы. Альварес, Ю.Г. jlaanoB, A.A. Саломатин, Б.С. Петров, Л.И. Смоляр, Э.Я. Оксаныч и др. Однако учет специфики условий функционирования предприятий приводит к индивидуальной структуре принятия оперативных решений и формализации задач оперативного планирования, что ограничивает их применение в других отраслях промышленности.

Обоснован выбор стратегии оперативного планирования обработки щитовых мебельных заготовок, рассматривая данный технологический процесс как систему управления запасами.

. В соответствии с целью, поставленной в диссертационной работе, сформулированы следующие задачи исследований:

1. Провести анализ эффективности существупцих методов оперативного планирования и управление процессом обработки заготовок;

2. Выбрать стратегию оперативного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок ;

3. Построить комплекс взаимосвязанных оптимизационных математических моделей оперативно-калевдарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок;

4. разработать алгоритмы поиска оптимального решения задачи оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок с учетом основных организационно-технологических ограничений и минимизирующих выбранный критерий оптимизации;

5. Разработать диалоговую систему для решения задачи оптимизации с применением персональных ЭВМ;

6. Провести анализ эффективности решения задачи оптимизации оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок в условиях реально-

го производства.

Втодая_глава посвящена постановке задачи оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок для различных типов производств Определены основные составные элементы решения задачи: р'птй'-мальный размер межоперационных запасов, порядок и обьем партий запуска заготовок в обработку, формирование оптимального календарного плана-графика на планируемый период.

Определено пространство параметров и переменных оптимизационной математической модели оперативно-календарного планирования. Ваявши основные ограничения модели, в число которых псгля: ограничение на производственную плоцадь, отведеннуя под размещение межоперационных запасов заготовок; ограничение на отсутствие дефицита заготовок до и после обработки в лзбсм промежутке планируемого периода; ограничения на предельные уровни запасов заготовок до и после обработки; ограничение на время функционирования основного оборудования.

Отмечено, что ввиду чрезмерной сложности данной задачи, описать систему оперативно-календарного планирования и управления технологически* процессом обработки заготовок единой оптимизационной моделью в настоящее время не представляется возможным. В связи с этим предложено для составления календарных планов-графиков обработки заготовок корпусной мебели на каждом участке разработать ряд однотипных оптимизационных математических моделей, дискретного программирования с булевыми переменными с неявно заданной матрицей ограничений. С помощью данных моделей предлагается решать задачу оперативно-календарного планирования и управления процессом на отдельных стадиях производства, в соответствии с требованиями последующих стадий и с учетом суммарных затрат на обрабл'ку и хранение заготовок в межоперационных запасах.

Дано обоснование и выбран критерий оптимизации -минимум суммарных затрат на обработку и хранение заготовок в межоперационных запасах.

Разработана оптимизационная математическая модель оперативного планирования и управления процессами механической, обработки щитовых мебельных заготовок в общем виде.

ГЕ§тья_глвва посвящена построению комплекса взаимосвязанных оптимизационных математических моделей оперативно-календарного планирования и управления технологическими процессами обработки заготовок на стадиях калибрования по толщине, облицовывания пластей, обработки кромок и присадки отверстий в пластях и кромках заготовок.

!в соответствии с разработанным подходом к решению постав-лвннсЬ задачи построены оптимизационные математические модели для каждой стадии обработки.

В качестве примера рассмотрим оптимизационную математическую модель оперативного планирования и управления процессом обработки щитовых заготовок на участке присадки отверстий.

Целевая функция математической модели представляет собой минимум суммарных затрат на обработку и хранение заготовок в межоперационных запасах в течение всего планируемого периода

'* Н " »

^ ^ ^ К (^Xitr+^+Tirj ]°itr+

+0з (Jit+Zit ) j~-> mliu Ограничения:

1. Ha производственную площадь под размещение нежопе-рационных запасов заготовок

а) до обработки на линии

ш

) ~Z Jit 5 x1s1* t=1.....T; 1=1.........(2>

ET

б) после обработки на линии

ш

V 51

\ -_±_ < 1>=1.....Т; 1-1.....ш; (3)

¿Г Й1Р

2. Ка уровни запасов заготовок

а) до обработки на линии

Н

•Ъг = ^10 + " У х11т011т> 1=1..........

У^ < < У^, 1=1.....ш; 1=1,...,Т; (5)

б) после обработки на линии ' И

% = г10 - М14 + £ хЦ;г011;г' 1;-1.....Т; (6>

г=1

- 2П ~ гП' .....Т; (7)

3. На эффективное время работы оборудования в смену

^Г [ ¡Г (*1г*Пг + Т1Г/3] + Т1ГЛ ] °«г 5 то - тнп • <8>

1=1, т .. ,3?; г=1,...

4. На максимальное число переналадок линии в смену

ш

£ 0«г 5 Кшах ' ' <9> .

.где количество 1-х'заготовок, обрабатываемых в 1>п

смену на г-ой линии, шт; е [о,1]- переменная, определя-щая шбор партии заготовок для обработки; ^д- начальный запас 1-х заготовок до обработки к л линии, шт; число

1-х заготовок, остаицихся на подстолных местах до обработки на линии на конец г-й смены, шт; начальный запас 1-х

заготовок после обработки на линии,шт; число 1-х заго-

•говск, остающихся на подстопных местах после обработки на линии не конец г-й смены, шт; Ст- стоимость сдного часа работы линии, р; Сз- стоимость хранения одной заготовки, р; ш- число типоразмеров заготовок, обрабатываемых на линии, шт; К- число одновременно работающих линий, шт;£^г- время полного цикла обработки одной заготовки 1-го типоразмера на г-й линии, шт; Ь^р- число заготовок 1-го типоразмера с р-м покрытием в ¡стопе, шт; время переналадки г-ой линии для обработки 1-х заготовок в ¡}-и проходе,ч; Тщ.-^- время переналадки г-ой линии для обработки 1-х заготовок после 3-х, ч; Тд- продолжительность одной смены, ч; Тш- время непроизводственных потерь, ч; М^- сменная потребность в заготовках 1-го типоразмера, шт; Т- число смен в планируемом периоде;. 01- поступление заготовок 1-го типоразмера, шт; число проходов для обработки заготовок 1-го типоразмера; Р- число видов покрытий на заготовках, шт; площадь 1-й заготовки,м2: Б] площади , отведенные под размещение межоперационных запасов заготовок, ы2; Л1 коэффициенты заполнения, площадей, отведенных под размещение межоперационных запасов заготовок, (О .< р<1) ¡Ищ- максимальное число переналадок линии в смену, шт; страховой запас 1-х заготовок на конец 1;-й смены до обработки, шт; предельный запас 1-х заготовок на конец Ь-й смены до обработки, штг^- страховой запас 1-х заготовок на конец г-й смены после обработки, шт; предельный запас 1-х заготовок на конец г-й смены после обработки, шт.

Основная трудность при реализации указанных моделей заключается в определении значений булевых переменных, задающих порядок запуска в обработку партии заготовок.

Дня решения этой задачи разработана оптимизационная математическая модель, которая показана ниже.

Целевая функцияапредставляет собой суммарные затраты времени на переналадку оборудования в течение смены

ш ш

Т У гих13 ~_> ш1п • ' ззэ

Ограничения:

1. На порядок запуска деталей в обработку

ш

^ < 1. Д=1.....ш; (11)

2. На обработку деталей одного типоразмера

ш

^ х13 =1. 3=0; хи= О ; (12)

3. На повторную обработку деталей в течение смены

) х^ = 1, 1=1.....ш; (13)

4. На целочисленность переменных

х^ е |о ;1|, 1=13=0,...,ш , (14)

где - время переналадки оборудования при переходе с 1-го типоразмера заготовок на 3-Я типоразмер; х^ - переменная, определятся выполнение переналадки оборудования при переходе с 1-го типоразмера заготовок на 3-й типоразмер.

Четвертая^глава пасвящена описанию и разработке алгоритмов решения задачи.

Задача оперативного планирования и управления процессом обработки заготовок корпусной мебели имеет комбинаторную природу, следствием чего является практически неограниченное количество вариантов порядка запуска заготовок в обработку на кзвдой стадии, а также большое число ограничений по количеству балансовых соотношений, связыващих фактическое выполнению объемов обрабатываемых заготовок с их планируемыми потребностями по всем промежуткам планируемого периода и учитывапцих ограниченные ресурсы производства. В настоящее время не существует эффективных методов решения подобных задач.

Поэтому нами предложен итерационный метод решения данной задачи, опиращийся на стандартные метода дискретного программирования в сочетании с эвристическими процедурами

принятия решений.

Основными этапами решения задачи являются: анализ состояния производства на начало планируемого периода ; расче™ приоритетов порядка запуска заготовок в обработку; определение порядка запуска заготовок в обработку; определение оптимального обьема партии запуска; формирование календарного плана-графика обработки заготовок на планируемый период.

Для выполнения анализа состояния производства используются процедуры принятия решений, характерные для экспертных систем.

Основная трудность при решении задачи заключается в определении порядка запуска в обработку партии заготовок .

Для решения этой задачи предлагается подход, состоящий в том, что для каздого типоразмера заготовок перед обработкой определяется приоритет запуска Р^ с учетом информации, полученной при анализе состояния производства

где т - количество типоразмеров заготовок; фактор,

оказываний влияние на выбор приоритета; п- число факторов; коэффициент, указывающий на степень влияния ¿-го п

Для определения степени влияния основных организационно-технологических факторов технологического процесса на порядок запуска партии .заготовок в обработку получена регрессионная зависимость эффективного времени работы основного оборудования ТЭфф от следующих факторов: соотношения коупных и мелких заготовок в спецификации V; уровня страховых запасов заготовок 2~ ; уровня предельных запасов заготовок интенсивности потребления заготовок М, в виде

п

(15)

фактора

Тэфф = 242 + 2 и - 45 13 М + 15.5 2' -

- 0.02 и2 - зз.5 '(г")2+ о.1 и - о.п и ъ~ + (16) + 32 2+ г~ + 9 м г'

Для некоторых участков призводства (обработка кромок, присадка отверстий), одним из факторов, оквзывапцих существенное влияние на порядок запуска партий заготовок в обработку, является время переналадки оборудования. Выбор оптимального порядка запуска заготовок в этом случае осуществляется с помощью алгоритма, в основе которого лежит "венгерский" метод.

Определение оптимального обьема партии запуска заготовок в обработку осуществляется методом н полностью целочисленного" программирования.

Для формирования календарного плана-графи::а обработки заготовок на весь период планирования используется метод динамического прграммирования.

Пятая_глава посвящена решению задачи оперативно-календарного планирования обработки щитовых мебельных заготовок в производственных условиях .

Отмечается, что наибольший эффект от решения поставленной задачи может быть получен с применением " интеллектуального планировщика" технологического процесса, в основе которого лежат идеи принятия решений в экспертных системах. Описана структура и основные элементы экспертной системы, разработанной для решения данной задачи.

Большее внимание уделено разработке интерфейса пользова^ теля с экспертной системой, т.к. от него в значительной степ^ ни зависит эффективность работы пользователя- Разработанный интерфейс пользователя позволяет работать с системой без предварительной специальной подготовки.

Разработанное программное обеспечение для решения этой задачи используется на Московской мебельной фабрике » 3. С его помощью рассчитывают оптимальные планы-графики обработки заготовок на весь период планирования с учетом минимизации зат-

рат на обработку и хранение их в межоперационных запасах.

Внедрение указанной системы позволяет: сократить сроки технологической подготовки производства при изменении номенклатуры выпускаемых изделий; увеличить эффективность использования оборудования на 25...30 % ; сократить потери сырья и материалов на 10 55 за счет эффективности учета и контроля движения материальных потоков; повысить эффективность использования рабочего времени на 20...25 56 ; повысить эффективность использования оборотных средств на 15...20 % за счет оперативного принятия решений.

В результате анализа полученных результатов предложены направления дальнейшего совершенствования системы оперативного планирования и управления производственным процессом изготовления корпусной мебели. Основное внимание уделено создании "интеллектуальной" системы, способной охватить весь процесс производства ( от стадии раскроя плитных материалов до стадии сборки изделий). В этом случае можно будет работать с системой на единой информационной базе, что предотвратит дублирование и искажение информации.

'основные выводы и рекомендации На основе выполненных исследований сделаны следующие вывода:

1. Разработана методика оптимального оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок на участках облицовывания пластей и механической обработки с использованием элементов экспертных систем на базе персональных ЭВМ;

2. Обоснована необходимость применения системы математического и программного обеспечения для решения задачи_ опера-тиЕно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок с ориентацией постановки на конкретную технологию и оборудование. Обоснован оптимизационный подход к решению поставленной задачи с точки зрения обобщенного критерия оптимальности-'минимума суммарных затрат на обработку и хранение заготовок в межоперационных запасах; .

3. Построен комплекс взаимосвязанных оптимизационных ма-

тематических моделей задачи оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок, учитывающих основные организационно-технологические факторы технологического процесса;

4. Разработаны вычислительные алгоритмы и программное обеспечение решения задачи с применением методов целочисленного программирования, эвристических методов и экспертных систем;

5. Разработана диалоговая система, позволяющая принимать управленческие решения в процессе интерактивного взаимодействия с персональной ЭВМ;

6. Решена задача оперативно-календарного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок на участках облицовывания пластей и механической обработки, которая является составной частью общей проблемы оперативного планирования и управления мебельными и деревообрабатыващими предприятиями;

7. Проведен анализ решения задачи в производственных условиях Московской мебельной фабрики * 3. В результате решения задачи сформированы оптимальные календарные планы-графики обработки заготовок, а также графики загрузки оборудования и использования производственной площади под хранение межоперационных запасов заготовок. Полученные результаты дают наглядное представление"о динамике выработки и потребления заготовок на каждой стадии обработки по сменам планируемого периода;

8. Использование системы по оптимальному планированию выработки заготовок позволяет снизить организационные простои оборудования в среднем на 25...30 %•,

9. Применение системы оперативного планирования и управления процессом обработки щитовых мебельных заготовок показало ее высокую эффективность, особенно на предприятиях крупносерийного производства, отличающегося большой номенклатурой выпускаемых изделий и многочисленным видом установленного оборудования.

Основное содержание диссертации отражено в следуидих опубликованных работах:

1. Оптимизационная математическая модель задачи планиро-

вания облицовывания заготовок корпусной мебели на линии "ША" // Научн.тр./МЛТИ. - 1991.- Вып. 235. - С.5...9 ( в соавторстве с Муращенко Д. Д. ).

2. Алгоритм определения порядка запуска заготовок в обработку при-решении задачи оперативного планирования выработки заготовок корпусной мебели // Научн.тр./МЛТИ. - 1991. - Вып. 235. - С.10...12.

3. Система оперативного планирования выработки щитовых мебельных заготовок // Деревообрабатывапцая промышленность. -1992. - * 3. - с.9...11 ( в соавторстве с Муращенко Д.Д.).

4-. Оперативно-календарное планирование на деревообрабатывающих предприятиях // Совершенствование технологии и оборудования лесолильно-деревсобрабаткващих производств. Тез.докл. научн.конф. - Архангельск. - 1992. - с.94...95 ( в соавторстве с Муращенко Д.Д.).

5. Планирование и управление технологическими процессами обработки щитовых деталей корпусной мебели с использованием экспертной системы // Научн.тр./МЛТИ. - 1992. - Вып. 240. -

с. 5...7 ( в соавторстве с Муращенко Д.Д. ).

6. Стратегия планирования и управления технологическим процессом обработки щитовых деталей корпусной мебели// Научн. тр./МЛТИ. - 1992. - Вып. 240. - С.8...11. *