автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Разработка метода имитационного моделирования потоковых процессов сборочно-сварочного производства в судостроении

На правах рукописи

А

■ /

ГАЛОЧКИН Дмитрий Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОТОКОВЫХ ПРОЦЕССОВ СБОРОЧНО-СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА В СУДОСТРОЕНИИ

Специальность 05.08.04 - Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 О ОКТ 2013

005534352

г. Санкт-Петербург — 2013

005534352

Работа выполнена в ФБОУ ВПО «Волжская государственная академия водного транспорта»

Научный руководитель:

Бурмистров Евгений Геннадьевич - доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

Чистов Валентин Борисович - доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова», заведующий кафедрой «Сопротивления материалов и строительной механики».

Кузнецов Андрей Александрович - кандидат технических наук, главный специалист отела ОАО «Центр технологии судостроения и судоремонта»

Ведущая организация:

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный морской технический университет»

Защита состоится «_01_» _ноября_2013 г. в _14.00_ час. в ауд. 235_ на заседании диссертационного Совета Д 223.009.04 в ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова» по адресу: 198035, г. Санкт-Петербург, ул. Двинская, 5/7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова».

Автореферат разослан « 30 » сентября 2013 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д223.009.04, доктор технических наук, профессор

Ерофеев

Валентин

Леонидович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время методы технической подготовки производства, основанные на применении интерактивных имитационных моделей (ИМ), приобретают всё большее распространение при организации производства не только на зарубежных, но и на российских верфях. Это требует необходимости разработки и внедрения в сферу организации и подготовки производства новых информационных технологий и методов ИМ различного класса и назначения. За последнее время разработано множество систем ИМ, которые за счёт своей проблемной ориентации предоставляют пользователю набор удобных средств, упрощающих процесс построения модели. Среди них можно выделить AnyLogic, GPSS, SIMULA, AVEVA, SIMULINK. В перечисленных и аналогичных им программных комплексах (ПК) потребности исследования сложных систем и разработки методов их моделирования, приводят к рассмотрению в рамках единого процесса моделирования процедур построения модели, организации и проведения имитационного эксперимента и формирования процедур принятия решений. Претендуя на универсальность, существующие ПК, тем не менее, обеспечивают генерацию моделей ПС верфи лишь по формальным признакам, без учёта индивидуальных особенностей ПС конкретной верфи, сложившихся взаимосвязей между основными производственными показателями. Такие ПС логично представлять как производственные логистические системы, а создание их ИМ осуществлять на базе законов производственной логистики.

Решению этих проблем посвящены работы многих отечественных и зарубежных учёных, в том числе: Б.Я Советова, В.П. Строгалёва, М.А. Долматова, Е.К. Ведерникова, A.A. Васильева, М.М. Румянцева, Ю.Г. Кулика, Е.Г. Бурмистрова, Н.П. Бу-сленко, Дж. Клейнея, А.Г. Варжапетяна, В.В. Логвинца, С. Карлина и др. Несмотря на значительный объём выполненных исследований ряд задач, в частности, в области ИМ ССП потоковых производственных процессов и формализации взаимосвязей между их основными показателями, до настоящего времени не получил удовлетворительного решения. В связи с этим, актуальным является разработка и внедрения в сферу организации и подготовки производства научно обоснованных методик моделирования ССП позволяющих снизить трудоёмкость технической подготовки ССП и повысить эффективность производства.

Областью исследований являются техническая подготовки судостроительного производства с использованием компьютерных технологий, совершенствование организации судостроительного производства на основе математических методов и компьютерных технологий.

Целью работы является разработка методик моделирования интерактивных имитационных моделей потоковых процессов сборочно-сварочного производства, позволяющих снизить трудоёмкость технической подготовки ССП и повысить эффективность производства.

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач: 1. Применительно к особенностям сборочно - сварочного производства выработать научно обоснованные подходы к повышения эффективности ССП и алгоритмизировать процедуры разработки ИМ проектирования и организации потоковых процессов предварительного изготовления сборочных единиц и их поставок на стапель.

2. Разработать математические модели ПС ССП формализующие взаимосвязи между ритмом, тактом, длительностью производственных циклов, маршрутами движения предметов труда, целесообразным перечнем основных технологических операций, составом применяемых средств технологического оснащения (СТО), коэффициентами загрузки и сменности оборудования и производственных рабочих и сроками выполнения работ.

3. Провести имитационно - экспериментальные исследования разработанных математических моделей ПС ССП.

4. Разработать методику комплексной ИМ, оптимизирующую взаимосвязи между основными производственными показателями верфи, движениями материальных потоков в производстве, с дальнейшей визуализацией основных технологических операций с целью их согласования и взаимоувязки для конкретной верфи.

Научная новизна работы:

1. Предложено представлять виды производства в судостроении, как логистические производственные системы, а движение предметов труда в них рассматривать как потоковые производственные процессы.

2. С учётом специфики отечественного судостроения разработано математическое описание взаимосвязей между основными производственными показателями логистической системы ССП верфи и их математической оптимизации.

3. Средствами ИМ выполнены имитационно-экспериментальные исследования ПС ССП. По результатам опытов получены соответствующие графические зависимости и уточнены эмпирические коэффициенты, входящие в основные уравнения математической модели.

4. Впервые разработана и научно обоснована методика моделирования потоковых процессов ССП верфи на базе законов производственной логистики, методов ИМ и с учётом характерных особенностей отечественного судостроения.

Практическая ценность работы заключается в создании и обосновании на примере ССП методики моделирования потоковых процессов основных производств верфи на базе законов производственной логистики и методов ИМ.

Практическое использование результатов исследований позволяет:

■ совершенствовать процедуры, связанные с организацией и технологической подготовкой производства в судостроении;

■ оптимизировать варианты и технологические маршруты движения предметов труда и ресурсов всех видов в производственном процессе, а также взаимосвязи между основными производственными показателями логистических производственных подсистем;

■ для каждой конкретной верфи с учётом индивидуальных специфических особенностей организации производственного процесса разрабатывать множество альтернативных вариантов организации производства и применения тех или иных форм организации труда с последующей их оптимизацией по выбранным критериям эффективности.

Внедрение результатов исследований производилось на базе ОАО «Завод Нижегородский теплоход» (г. Бор), ООО «СнабРемФлот» (г. Нижний Новгород). В практику работы указанных судостроительных заводов внедрены: 1) «Метод опти-

мизации взаимосвязей между основными производственными показателями верфи по выбранным критериям эффективности»; 2) «Рекомендации по оптимизации технологических маршрутов движения предметов труда» в основных производствах верфи. Теоретические результаты исследований внедрены в учебный процесс и используются в ФБОУ ВПО «ВГАВТ» при чтении цикла технологических дисциплин студентам, обучающимся по специальности 180101 -Кораблестроение.

Достоверность научных результатов обеспечена применением апробированных методов теоретических и экспериментальных исследований, совокупностью данных компьютерных и натурных экспериментов и сопоставимостью полученных аналитических и опытных результатов. Основные аналитические зависимости получены с применением методов математического анализа, теорий вероятности и планирования эксперимента, элементов теории адаптивного управления, математического моделирования динамических процессов. Обработка результатов исследований осуществлялась с применением методов математической статистики.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований опубликованы в периодических изданиях, в том числе рекомендованных ВАК РФ (НПЖ «Судостроение» 2013, № 2, №3), докладывались и обсуждались на Международных Форумах «Великие реки-2010-2013».

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

- математические модели взаимосвязей между ритмом, тактом, производственным циклом, маршрутами движения предметов труда, составом применяемых СТО, коэффициентами загрузки и сменности оборудования и производственного персонала и сроками выполнения работ;

- оптимизация взаимосвязей между основными производственными показателями верфи, технологическими маршрутами движения предметов труда в основных производствах верфи;

° методика разработки комплексной ИМ потоковых процессов ССП верфи, применение метода ЗБ моделирования и визуализации имитационных моделей основных производств верфи;

Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты исследований, полученных автором самостоятельно, а также совместно с доцентом Е.Г. Бурмистро-вым и инженером Н.В. Огневым. При этом автору принадлежат:

■ выбор методов теоретических и экспериментальных исследований;

■ разработка математических моделей;

• планирование, организация и проведение эксперимента, обработка, анализ и обобщение полученных данных, обоснование выявленных зависимостей и формулировка полученных зависимостей;

• непосредственное участие в подготовке и получении патента РФ на полезную модель №114285 1Ш.

Публикации. Список публикаций по материалам диссертации включает 10 работ, в том числе 2 статьи в журнале, реферируемом ВАК РФ и 1 патент на полезную модель.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 147 страницах машинописного текста и включает 45 рисунков, схем, графиков и 32 таблиц. Приложения содержат акты внедрения результатов работы, копию патента на полезную модель.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, указана их научная новизна и практическая значимость, изложены результаты внедрения на предприятиях отрасли и апробации в отраслевой печати, на форумах и конференциях различного уровня, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дана оценка современного состояния и перспектив применения ИМ при организационно-плановой и технологической подготовке производства на отечественных верфях. На основе современных подходов к организации судостроительного производства, существующих методов ИМ и законов производственной логистики определены общие подходы к решению задач повышения эффективности _ основных производств верфи и обеспечения на этой основе конкурентоспособности верфи в целом.

Проведённый автором анализ существующих методов ИМ и их применимости на отечественных верфях показал, что ИМ в настоящее время используются при организационно-плановой, материально-технической и технологической подготовке производства для оптимизации распределения производственных ресурсов, внутризаводских транспортных маршрутов, маршрутов движения предметов труда и проч. В качестве обеспечивающих ПК системы AnyLogic, GPSS, SIMULA, AVEVA, SIM-ULINK и др.

Анализ показал также, что ввиду высокой сложности производственного процесса постройки судна, мелкосерийного типа производства, наличия как непоточных, так и поточных процессов, а так же в связи с тем, что формирование «пакета заказов» верфи в известной степени носит случайный характер, именно сфера технологической подготовки производства сложнее всего поддаётся «алгоритмизации». Особенно «проблемным» представляется ССП, эффективность работы которого в значительной степени определяет начало формирования корпуса заказа на стапеле, сроки выполнения достроечных работ и сдачи судна заказчику. На основании анализа сформулированы цели и задачи исследований.

Во второй главе рассмотрены теоретические предпосылки для разработки ИМ потоковых процессов ССП. Проанализированы в частности методы разработки имитационных и гибридных моделей, методы получения зависимостей выходных параметров ИМ, методы математико-статистической обработки ИМ. Необходимое внимание уделено исследованию особенностей разработки ИМ микрологистической системы сборочно-сварочного производства возможности её визуализации и графического представления.

ССП может рассматриваться как одна из десяти (по числу видов производства) микрологистических систем взаимосвязанных друг с другом. Наиболее тесные связи микрологистическая система ССП имеет с микрологистическими системами корпу-созаготовительного и корпусостроительного производств.

Так как движение основных видов ресурсов в ССП представляет собой движение материальных потоков, то оптимальным методом управления ими является логистическое управление с принудительным обеспечением заданного ритма работы отдельных производственных участков.

Важной особенностью логистического управления является следующее. Если при традиционном управлении стремятся обеспечить минимум издержек в каждом из звеньев материального потока, то при логистическом — оптимальность всей совокупности процессов. Наглядно это можно представить в форме записей целевых функций:

■ при традиционном управлении

l(c) = mincc+minC11 + minCT; (1)

■ при логистическом управлении

L(c) = mm (сг + СГ + ¿Г), (2)

где С, Сс, Сп, Ст - суммарные затраты и затраты на снабжение, производство и транспортировку материалов, полуфабрикатов и готовых изделий; Сс°ш, Спош, Стш - оптимальные значения каждого из слагаемых.

В рамках исследования возможности создания статической ИМ ССП и условий логистического управления потоковыми процессами в ССП рассматривались условия поиска оптимальных решений при воздействии внешней среды на статическую модель ПС, описываемые системой:

IL = min( F',FJt,...F'*");

F' = f(y,y, ' (3)

х: = const ,

где L - оптимальная совокупность процессов; Р - альтернативные формы организации производства; у, — критерии эффективности; х, - входные параметры ПС.

Для этого исследованы входные и выходные параметры ПС ССП, а также основные управляющие воздействия, определены величины, описывающие внутренние взаимодействия в ПС изготовления секций: форма организации труда, распределение удельных трудоёмкостей по участкам, производственные циклы выполнения г-й операции и работы позиций, а также ритм выпуска секций.

Входные параметры ПС изготовления секций. Входными параметрами являются конструктивно-технологические особенности (Ссек) и масса (Мсек) секций, численность производственного персонала (тор), количество изготавливаемых секций (Л««), максимальный фонд производственного времени, выделенного на изготовлении серии секций (Ф), величина удельной трудоёмкости (Т,сек), ¡- ф/Мсск - планируемый такт выпуска секций, ч/ед., коэффициент производительности СТО (к„рсто)

Технологический процесс изготовления секции - значения цикла выполнешш /-ой операции:

■ цикла работы позиции:

Тт

ц (5)

■ ритма выпуска секций:

Р = тах(Цжя). (6)

Выходные параметры (параметры оптимизации):

1) продолжительность производственного цикла изготовления серии секций, определяемая по формуле:

ц' =р.(,у +(п-1)П), П\

леек у сек V /

где (П-1)-П — коэффициент, учитывающий потери рабочего времени в начале и в конце процесса изготовления комплекта секций; П — число позиций, при применении поточных форм организации производства.

2) коэффициент загрузки производственной системы:

N -Ц у _ сек псек

з ф 4 '

Из указанной формулы следует, что к3=1, при изготовлении серии секций «точно в срок». к3<1 в случае необходимости даёт возможность увеличить количество изготавливаемых секций за тот же фонд времени, освободить производственных рабочих высокой квалификации для привлечения к другим работам.

3) коэффициент загрузки позиций:

р-Л-Щ,

(9)

100 4 '

где у ц - сумма циклов производственных операций без учёта синхронизации. кх *

Данный коэффициент показывает выполнение законов производственной логистики и отражает гибкость системы по отношению к минимизации потерь рабочего времени при простое позиции из-за ожидания перехода на следующую позицию.

Для оптимизации выходных параметров ИМ потоковых процессов ССП предложен вариант оптимизации по В. Парето.

При этом логическая система, состоящая из множества допустимых вариантов подсистем, выражалась целевой функцией следующего вида:

ÍL(x) = [/,(*,).../„(*„)];

|¿(*)-»min; (Ю)

[л = (*,...*„) e X,

где т - количество подсистем логистической системы; (*,... х,„) - вариант экономического поведения логистической системы; Х- множество допустимых вариантов экономического поведения логистической системы в целом, состоящих из композиций допустимых вариантов подсистем и удовлетворяющих дополнительным общим ограничениям логистической системы.

Для оценки экономических характеристик альтернативных вариантов ИМ предложено использовать известные показатели: срок окупаемости капитальных вложений, коэффициент их эффективности, экономию капитальных вложений при переходе на производство не типового изделия, изменение уровня рентабельности, изменение фондоотдачи, высвобождение рабочих, прирост объёма производства, прирост прибыли и рост производительности труда.

В заключительной части главы рассмотрены вопросы, связанные с применением методов визуализации и компьютерной анимации при создании ЗБ-моделей ПС, а также принципы выбора удовлетворяющего условиям решаемой задачи языка моделирования. В этой связи отмечено, что главным требованием к языкам и технологиям моделирования ПС ССП является возможность объединения современных методов и средств, используемые на всех этапах ИМ, включая современные способы формализации моделируемых технологических процессов, средства программирования моделей, технологию проведения испытаний, визуальную поддержку имитационного эксперимента.

В третьей главе рассмотрены вопросы разработки ИМ потоковых процессов ССП. В частности сформулированы задачи и рассмотрены этапы построения ИМ потоковых процессов, разработана схема алгоритма построения управляемой ИМ потокового процесса и его математическое описание с учётом законов производственной логистики и возможности применения активных управляющих воздействий с целью оптимизации характеристик моделируемой ПС.

Для пояснения структуры ИМ ПС разработана схема, представленная на рис. 1, а для обоснования алгоритма управления ИМ — схема на рис. 2.

Изучение реальных ПС верфей показало, что их анализ должен проводиться по следующим основным показателям: тип производства, конструктивные и технологические особенности изготавливаемых сборочных единиц, номенклатура изделий, их массогабаритные характеристики, взаимное расположение производственных участков.

Кроме того, ПС должна анализироваться на предмет соответствия маршрутов движения материальных потоков законам производственной логистики, принятых технологических методов постройки судна, взаимного расположения производственных участков и их производственных возможностей. С учётом отмеченного, в главе описан выбор стационарных характеристик ИМ.

Рис. 1. Структура имитационной системы для разработки ИМ производственного процесса

При разработке математической модели учтены некоторые характерные особенности организации производства на отечественных верфях, в частности: относительно низкие уровни производительность труда и его механизации и высокий износ СТО.

В основе математической модели лежит по возможности точное определение трудоёмкости, описываемое следующей системой уравнений:

СС1 _ \ ' у .

' ^ " (П)

т, =ЛС.М«.С«)>

Основные формулы математической модели для варианта с перебором различных комбинаций применяемых и вновь внедряемых СТО приведены ниже.

Приведённая трудоёмкость механизированной части работ по формуле:

02)

где То, — базовая трудоёмкость; £м— коэффициент механизации СТО.

Нормированная трудоёмкости работ при выполнении их новыми СТО в альтернативном варианте технологии определяется формулой:

ТГ=Т^/кп. (13)

Показатели уровней механизации и экономии живого труда рассчитываются по приведенным ниже формулам:

■для каждого /'-го СТО

Умш =("/'"А/^,)100%;

Уэш = (Г°'~ГмАоО%. Ты

■для производства

V

(14)

У,л -

' Т1.Т*. II?*

100%,

-ШСР/о

(15)

Прирост производительности труда по каждому альтернативному варианту ИМ оценивается по формуле:

у у Альтич! _ у" у ИСХОД

А п — 1Л '_¿—1 ЭС»

(16)

Представленный на рис. 2 алгоритм управления ИМ позволяет по окончании моделирования вычислять общие оценки целевой функции сразу для всех значений поля управляемых параметров

х^хх'г.

ЦХ() =

(17)

где X - управляемый параметр;

г,

- интегральная оценка

г11

исследуемого процесса; Ат=т,-ту - длительность /-го цикла регенерации; £(г) — длительность процесса по альтернативному варианту технологии.

■ Точность каждой оценки зави-

Рис. 2. Схема алгоритма управления ИМ

сит от количества циклов регенерации, на которых ИМ будет принимать значения управляемых параметров.

С учётом изложенного, концептуальная схема ИМ ССП во взаимосвязи с корпу-созаготовительным и корпусостроительным производствами можно представить схемой, изображённой на рис. 3. Выходные, входящие параметры смежных производств будут являться для ИМ ССП соответственно входящими, выходными параметрами. Выбор оптимального варианта выбирается по значениям Ц„сск, к, и кзпоз

п

Рис. 3. Укрупнённый алгоритм построения оптимизационной ИМ судокорпусного производства с учётом законов производственной логистики

В заключительной части

главы предложены варианты ИМ потоковых процессов ССП верфи на участках узловой и секционной сборки. Сформулированы общие требования к разрабатываемым ИМ, да- рис 4 Варианты ИМ ССП верфи: а) ИМ механизированного участка уз-ны рекомендации довой сборки; б) ИМ механизированного рабочего места; в) ИМ поточ-относительно НОЙ линии изготовления плоскостных секций с частичной механизацией

способов их ви- наиболее трудоёмких операций

зуализации. Фрагменты анимационных роликов разработанных моделей представлены на рис. 4.

В четвёртой главе приведен алгоритм разработки и результаты имитационно -экспериментальных исследований разработанной математических моделей ПС ССП

на примере изготовления типовых представителей плоскостных секций на отечественных верфях. Все основные зависимости математической модели проверялись для вариантов организации производственного процесса изготовления секций: а) поточно-позиционным, б) бригадно-позиционным и в) бригадным методами, г) поточно-позиционным методом с частичной механизацией основных технологических процессов (см. рис. 5).

Рис. 5. Варианты организации производственного процесса при формах организации

труда: бригадно-позиционной (а); поточно-позиционной (б);

бригадной (в) XX— номер бригады и порядок выполнения

работ. I, II, III, IV- номер позиции.

Целями эксперимента являлись: 1) получение зависимостей выходных параметров ИМ от входных с целью определения гибкости ПС ССП и выбора оптимального варианта её организации; 2) оценка генерируемых ИМ альтернативных вариантов организации ПС по выбранным критериям эффективности.

Краевые условия ИМ представлены следующими выражениями:

íL = min( F 1 ,F '*\..F '*")

1^4, = mm( к„Ц„т,т„р) (Jg)

.P < x. = consi

Исследование характера поведения ПС выполнялось при варьировании основных параметров путём проигрывания различных производственных ситуаций. По ходу эксперимента ставились четыре опыта. Искомые зависимости, опре-

Таблица 1 — Искомые зависимости, постоянные и варьируемые параметры

% 3

Искомые зависимости. определяющие ГТС

r¡

i^pii к, = 1)

М..

Р,

' М„,

д*.,

- (при к3 - 1 i

Варьируемые пгрз^гегры

С—

По споззяные: еегпгчзгаы

Ц. - comí.

Jfc^"3 = comí. N<{> -сшщ

Мф = ufttais Щ = consi.

N,^ =€0JISL Ф = COKS?.

& - тал s^iV —catis:*

деляющие гибкость системы, а также постоянные и варьируемые по ходу опытов параметры сведены в табл. 1.

т0Р чел. зо

— *

1

* У* 4 '01

< У í" 2 1

« Л » - -я

ЩШ Í

200

70

1200

2200

2700 Мсею «г

1700

Рис. 6. Зависимости: тор/ Мсскпри методах организации производства 1 - поточно-позиционной; 2 — бригадно-позиционной; 3 - бригадной; 4 - поточно-позиционной с частичной механизацией основных операций

Цпсек, Ч

Результатом эксперимента явилось получение ряда графических зависимостей, полученных искусственными возмущениями ПС за счёт варьирования величин, входящих в систему уравнений (18) и позволяющих судить об оптимальности рассматриваемых вариантов организации ПС. Эти зависимости являются качественными характеристиками ПС.

Результаты опыта №1 (обеспечение постоянного цикла изготовления секций в независимости от её массы и конструктивно-технологических особенностей) определяют зависимость между то р и Л/сск и Ссе1, определяющими продолжительность их изготовления. Варьируемые параметры: т0„, Ссек, Л/се* при постоянных Ц, и кпрС1 . Полученная зависимость приведена на рис.6.

Результаты опыта №2 (численность основных производственных рабочих занятых на сборке и сварке секций относительно постоянной и не может бьггь меньше, больше, некоторой критической численности, обеспечивающей физическую возможность изготовления секций) позволили выявить зависимости Р„ кЗМ0^ Ф, к„ К, Мсек (при к,=1) от МССК и Ссек при варьировании Сс„, Мкк и Р, и неизменных т0 р, &пРсто, Л'сек и Ф. Некоторые из полученных зависимостей приведены на рис. 7.

Опыт №3 (обеспечение определённых производственных показателей при этом численность основных производственных рабочих занятых на сборке и сварке секций, не имеет значения) позволил определить зависимости основных производственных показателей от численности производственного персонала »гор. При этом та р принималась величиной переменной. Некоторые из полученных зависимостей приведены на рис. 8.

260 240 220 200 180 160 140 120 100 80

- .Я

- »

иг - - №

А с i/ Г4

/ < ■ и-- 9-

«

V -

200 700 1200 1700 2200 2700 Мж, кг

Рис. 7. Зависимости Цпсс/Цжк при: 1 - поточно-позиционной; 2 - бригадно-позиционной; 3 - бригадной; 4 - поточно-позиционной с частичной механизацией основных технологических операций, методах организации производства

Цпсец 250

Цпсец ч 200 180 160 140 120 100 , 80 60 40

=783 Твтсг- 1409 гГ... "----

м=.

Цпсвк ч

150

100 1409

'89. №

50 ---- ____

----- ___I

0

Результаты опыта №4 позволили выявить характер поведения ПС ССП при изготовлении секций определённого типа при минимальном количестве производственных рабочих, при максимальном коэффициенте загрузке позиции. При этом варьировались Л, ти„ и Л/сск. Одна из характерных зависимостей представлена на рис. 9.

Рис. 8. Зависимости /(„а./га„ р при поточно-позиционном (я);

бригадно-позиционном (б); бригадном (е) и поточно-позиционном с частичной механизацией (г) методах организации производства

Р, ч

у- - ♦ - ♦

•

4 ¥ 1: / Щ

... - - -

200 700 1200 1700 2200 2700

Рис. 9. Характерная зависимость Р/МСС11 при изготовлении секций заданного типа и установленном ритме работы производственных участков и формах организации производства: 1 — поточно-позиционной; 2 - бригадно-позиционной; 4 — поточно-позиционной с частичной механизацией основных технологических операций

Полученные графические зависимости показывают, что оптимальными формами организации изготовления плоских секций, вне зависимости от основных параметров (шор , Ссек, Мсск и др.) могут являться поточно-бригадная и поточно-позиционная с частичной механизацией. Их применение позволяет повысить эффективность ПС в 1,5 раза за счёт мобильности и специализации бригад исполнителей в первом случае и на 2,5 раза во втором — за счёт повышения технического и организационного уровня производства при относительно небольших капитальных затратах.

Проверка адекватности полученных имитационно - экспериментальных данных выполнялась путём сопоставления полученных значений с результатами хронометрирования процесса изготовления секций в реальных условиях. Погрешность составила не более 5%, что говорит об адекватности созданной ИМ ССП.

Пятая глава посвящена вопросам разработки методики ИМ потоковых процессов ССП на базе законов производственной логистики и методов ИМ и анализу социально-экономической эффективности применения ИМ на этапах организации и технологической подготовки производства на верфи.

Разработка ИМ ПС ССП включает в себя несколько этапов и схематично представлен на рис. 10.

Укрупнённая схема алгоритма проектирования ИМ ССП представлена на рис. 11. Она представляет собой совокупность последовательных расчётных блоков и блоков выборки.

В блоке 1

Техшгасхег задгяне

I

Созершеяегговише и разра&апса. новых форм оргазашган лроизаодсхва Механизация наяоолге трудоё&ккх тегаолсгнчесхлх опдицяй

Разрнссю стата'насой шзделаПС

ГЬ-^ятавзос-шэ - зкеперимгаталъяые йссзгдованяя коделз ПС

Вйт^алззаннязыищхазнасй модгж

Рис. 10. Основные этапы процесса проектирования ИМ ПС сборочно-сварочного производства верфи

определяются входные параметры ПС: конструктивно-технологические особенности и масса секций, численность производственного персонала, количество изготавливаемых секций, максимальный фонд производственного времени, выделенного на изготовлении серии секций, величина удельной трудоёмкости, такт выпуска секций. Эти данные определяются на основании анализа чертежа разбивки корпуса на секции. Здесь же определяются типовые секции (для каждой серии).

По чертежу устанавливается типовые представители изготавливаемых секций и их количество. На основании Генерального и технологического графиков определяется срок, к которому необходимо изготовить каждую серию типовых секций, фонд времени, такт изготовления для каждой серии, последовательность изготовления.

Далее определяется масса типовых представителей секции и производится нормирование и получение значений трудоёмкости для типовых представителей секции с учётом рекомендаций приведенных в главах 2-4. На основании анализа производства конкретной верфи определяются количество и тип имеющегося оборудования и оснастки, численность и квалификация персонала.

В блоке 2 рассчитываются трудоёмкости изготовления каждого вида серии типовых представителей секций. Нормирование технологического процесса производится с использованием формул (11). В блоке 3 разрабатываются альтернативные варианты организации ПС. Здесь осуществляется разработка вариантов схем движения материальных потоков с учетом законов производственной логистики. Выбираются методы организации производства (поточное, не поточное), количество позиций, бригад, уточняется количество производственных рабочих, применяемые СТО.

Результаты представляются в виде плана технологического процесса, оформленного маршрутно-

технологическими картами для каждого конкретного альтернативного варианта.

Разработка статической ИМ ССП осуществляется в блоке 4. На данном этапе производится формализация на основе известных математических законов и существующих методов взаимосвязей между ритмом, тактом, длительностью производственных циклов, маршрутами движения предметов труда, целесообразным перечнем основных технологических операций, составом применяемых СТО, коэффициентов загрузки и сменности оборудования и производственных рабочих и сроками выполнения работ. На основании маршрутно-технологических карт

осуществляется распределение значений трудоёмкости, с учётом рекомендаций, представленных в гл. 3, для каждой серии секций, по позициям и участкам, выполняется расчёт характеристик технологического процесса с учётом имеющегося оборудования и производственного персонала для всех альтернативных вариантов.

Имитационно — экспериментальные исследования модели ПС ССП производится в блоке 5, 6. Укрупненный алгоритм проведения имитационно — экспериментальных исследований представлен на рис. 12.

В блоке 6 посредством управляющих воздействий внешней среды (блок 5) моделируются производственные ситуации, возникновение которых возможно в процессе изготовлении серии секций.

Рис. 11. Схема алгоритма построения ИМ ПС сборочно-сварочного производства верфи

Технзческое-заданле. определение целен и задач эксперимента.

I

ЗХтэдшровзнпе эксперимента. подготовка. дисшх

Огшсаниг экслерш.гепта

Кгттаяйоина-экслернмгнтальные исследования ПС ССП

I

Анализ результгхоа эксперимента, эьтоор оп-оогального варианта

Проверка адеета-гааега ИМ

Рис. 12. Основные этапы процесса имитационно - экспериментальных исследований ПС ССП верфи

Например, постоянная, ограниченная или варьируемая численность основных производственных рабочих при изготовлении всех видов типовых секций, обеспечение стабильного заданного цикла изготовления секций и проч. В зависимости от производственных ситуаций осуществляется расчёт зависимостей, отражающих качество функционирование ПС. На данном этапе анализируются полученные в ходе экспериментов параметры ПС и осуществляется выбор оптимального варианта. Функции цели имеют вид системы уравнений (18). Решение этой системы осуществляется методом векторной оптимизации логистической ПС. Оптимальным является тот вариант, который оказался наиболее «гибким» к управляющим воздействующим и может обеспечить минимальные Цпсек и Аз при максимальном Аз поз-

Заключительным этапом имитационно - экспериментальных исследований является проверка адекватности эксперимента, путем выполнения сравнительного анализа полученных расчетных значений производственных циклов изготовления секции, с фактическими значениями, полученными путем хронометража головной секции. В случае необходимости вводятся поправочные коэффициенты.

В блоке 7 производится разработка и корректировка генерального и технологического графиков. На основании данных, полученных в ходе имитационно-экспериментальных исследований и полученных зависимостей, а именно Ц„ сек, Р и других от А/сек и та р осуществляется корректировка организационно-технологической документации. Промежуточные значения этих зависимостей для всех типовых секций определяются по эмпирическим формулам (являющимся полиномами 2, 3-й степеней). Корректировка технологического графика может осуществляться путём определения нового такта, снимаемого с графика зависимости Р/Мсек, для каждой серии типовых секций, который при поточных формах организации производства будет равен ритму, а срок изготовления будет являться величиной цикла изготовления серии секций полученный с графика (Цпсек/Мсек) При этом, окончательно выбранный вариант, должен обеспечить выполнение условия •

В блоке 8 реализуется заключительный этап моделирования ПС. На данном этапе визуализируются основные технологические операции выбранного варианта организации ПС, уточнение трассировки маршрутов движения материальных потоков с целью их согласования и взаимоувязки, а также выявления «узких мест» в производственной цепочке.

Визуализиро-1 ванная схема взаимосвязей корпусных производств верфи ; приведена на рис. 13.

На базе разработанной мето-1 дики создан программный ком-j плекс для ИМ ' потоковых про' цессов ССП с учётом законов производственной логистики (рис. 14). 1 Внедрение результатов выполненных исследова- 1! ний позволяет в 1,5 — 2 раза повысить эффективность ПС в : части оптимизации движения материальных потоков, упорядочения ритма и такта выпуска изделий, обеспечения сбалансированной работы отдельных производственных участков и позиций потока.

Рис. 13. Визуализированная схема взаимосвязей интегрированной ИМ судокорпусных производств верфи

Рис. 14. Визуализация основных этапов разработки ИМ с элементами анимации

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итогом выполненных исследований является разработка методики моделирования потоковых процессов сборочно-сварочного производства верфи на базе законов производственной логистики и методов имитационного моделирования. Разработанная методика позволяет снизить производственные издержки, сократить временные затраты на техническую подготовку производства, повысить её качество и обеспечить тем самым конкурентоспособность отечественных верфей на мировом рынке судостроительных услуг.

Основные результаты исследований сводятся к следующему:

1. На основе современных подходов к организации судостроительного производства, разработаны и алгоритмизированы научно обоснованные подходы к решению прикладных задач повышения эффективности ССП и повышения на этой основе конкурентоспособности отечественного судостроения.

2. Разработана математическая модель, описывающая взаимосвязи между ритмом, тактом, длительностью производственных циклов, маршрутами движения предметов труда, численности производственного персонала, целесообразным перечнем основных технологических операций, составом применяемых СТО, коэффициентами загрузки и сменности оборудования и производственных рабочих и сроками выполнения работ.

3. Разработан алгоритм выполнены имитационно-экспериментальных исследовании ПС ССП. Получены эмпирические формулы основных зависимостей. Проведена проверка адекватности полученных имитационно - экспериментальных данных путём сопоставления полученных значений с результатами хронометрирования процесса изготовления секций в реальных условиях. Погрешность составила не более 5%, что говорит об адекватности созданной ИМ ССП.

4. На основе разработанной апробированной посредством компьютерного эксперимента математической модели ПС ССП создана методика комплексной ИМ, оптимизирующая взаимосвязи между основными производственными показателями верфи, движениями материальных потоков в производстве, позволяющая повысить эффективность ССП в 1,5-2 раза.

На базе разработанной методики создан программный комплекс для ИМ потоковых процессов ССП, с визуализацией как отдельных производственных эпизодов, так и производственного процесса в целом. Внедрение результатов выполненных исследований позволили на (60...65)% снизить трудоёмкость технологической подготовки производства в части разработки технологических графиков изготовления секций и организации движения материальных потоков ПС ССП, а также сократить цикл изготовления серии секций на (20..30)%, без каких либо капитальных затрат.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в издания, рекомендованных ВАК РФ

1. Галочкин, Д.А., Огнев, Н.В., Бурмистров, Е.Г. Организация потоковых процессов и разработка средств механизации основных производств верфи с использованием методов имитационного моделирования и законов производственной логистики / Д.А. Галочкин, Н.В. Огнев, Е.Г. Бурмистров // Судостроение. - 2013. -№2. -С. 49-53.

2. Огнев Н.В., Галочкин, Д.А., Бурмистров Е.Г. Обоснование методологических принципов создания оптимизационной модели производственного процесса/ Н.В. Огнев, Д.А. Галочкин, Е.Г. Бурмистров // Судостроение. -2013. -№3. - С. 53-56.

Монография

3. Галочкин, Д.А., Бурмистров Е.Г. Применение метода имитационного моделирования при подготовке сборочно-сварочного производства судостроительной верфи: монография - Н.Новгород: Изд-во Мастер плюс, 2013. - 151 с.

Публикации в других изданиях

4. Галочкин Д.А., Огнев Н.В., Бурмистров Е.Г. Информационная поддержка основных производств верфи методами анимационного 3-D моделирования// Труды XI конгресса международного научно-промышленного форума «Великие реки» 2009 Т.2.-С. 311 -313.

5. Галочкин Д.А., Огнев Н.В., Бурмистров Е.Г. Механизированный сборочно-сварочный комплекс для узловой сборки объемных конструкций// XIV МНПК «Современные технологи в машиностроении» Сборник статей Пенза, 2010 г. - С. 175 -178.

6. Галочкин Д.А., Огнев Н.В., Бурмистров Е.Г. Разработка программ поддержки систем 3-D моделирования элементов производственных систем верфи//«Вестник ВГАВТ» выпуск 28, Н. Новгород, 2010. - С. 62 - 64.

7. Галочкин Д.А., Бурмистров Е.Г. Применение методов имитационного моделирования в проектировании сложных производственных систем верфи// Материалы II межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов С-Петербург, 2011. - С. 85 - 90.

8. Огнев, Н.В. Некоторые особенности оптимизационных схем материальныхото-ков на отечественных судостроительных верфях/ Н.В. Огнев, Д.А. Галочкин, Е.Г. Бурмистров // Вестн. ВГАВТ. Вып. 31. - Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ». - 2012. - С. 73-77.

9. Галочкин Д.А. Использование метода имитационного моделирования при проектировании гибких производственных систем сборочно-сварочного производства верфи// Труды 14-го международного научно-промышленного форума «Великие реки — 2012»материалы научно- методической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов, специалистов и студентов «Проблемы использования и инновационного развития внутренних водных путей в бассейнах великих рек». Том 1. -Н.Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ»,2012. — С. 266-271.

10. Галочкин Д.А. Разработка генерального и технологических графиков постройки судна с учетом законов производственной логистики// Вестник ВГАВТ. Выпуск 31. - Н.Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2012. - 26 - 34.

11. Пат. 114285 1Ш, Ш. Робототехническое устройство для сварки / Огнев Н.В., Бурмистров Е.Г., Галочкин Д.А. - №2011117731/02; заявлено 03.05.2011; опубл. 20.03.2012, Бюл. №8.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ГПС - Гибкая производственная система.

ИМ - Имитационная модель.

ИС- — Информационная система управления про-

УП изводством.

МПЛ — Механизированная поточная линия.

ПК - Программный комплекс.

ПС — Производственная система.

ССП - Сборочно-сварочное производство.

СТО — Средства технологического оснащения.

ТСД - Типовая схема движения предметов труда. ПТ

Подписано в печать с оригинал-макета автора 27.09.13 Сдано в производство 27.09.13 Формат 60x84 1/16 Усл.-печ. л. 1,2. Уч.-изд. л. 1,05. _Тираж 70 экз._Заказ № 114_

Отпечатано в типографии ФГБОУ ВПО ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова 198035, Санкт-Петербург, Межевой канал, 2

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство морского и речного транспорта Федеральное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Волжская государственная академия водного транспорта»

31'ЭП4 ЧАЧ* 7 / I ^и^Т I 1

На правах рукописр

ГАЛОЧКИН Дмитрий Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОТОКОВЫХ ПРОЦЕССОВ СБОРОЧНО-СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА В СУДОСТРОЕНИИ

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени кандидата технических наук

Специальность 05.08.04 Технология судостроения, судоремонта и организация судостроительного производства

Научный руководитель д.т.н., доц. Е.Г. Бурмистров

г. Нижний Новгород - 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................. 6

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.............................................. 11

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ ВЕРФИ............ 12

1.1. Существующие методы имитационного моделирования и программные комплексы для их реализации............................. 12

1.2. Имитационное моделирование в технологической подготовке производства в судостроении............................................ 17

1.3. Имитационное моделирование производственных систем верфи

на основе законов производственной логистики..................... 19

1.3.1. Макро- и микрологистические системы судостроительного производства.................................................. 19

1.3.2. Общие подходы к моделированию макро- и микрологистических систем............................................................ 21

1.3.3. Моделирование движения предметов труда................ 23

1.3.4. Обеспечение непрерывности хода производственного процесса............................................................. 25

1.3.5. Обеспечение ритмичности производственного цикла..... 26

1.3.6. Календарная синхронизация производственных циклов... 29

1.4. Особенности имитационного моделирования производственных

30

систем в судостроении.....................................................

1.5. Цели и задачи исследований............................................. 33

Глава 2. АНАЛИЗ ТЕОРИИ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ПОТОКОВЫМ ПРОЦЕССАМ СБО-РОЧНО-СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА........................ 36

2.1. Структура управляемых моделей производственных систем... 36

2.1.1. Анализ имитационных и гибридных моделей.............. 36

2.1.2. Особенности разработки имитационной модели микрологистической системы сборочно-сварочного производства.................................................................... 39

2.1.3. Графическое представление модели производства........ 42

2.2. Разработка статической имитационной модели сборочно-

сварочного производства................................................ 46

2.2.1. Задача получения зависимостей выходных параметров модели......................................................................................................46

2.2.2. Статическая имитационная модель сборочно-сварочного производства........................................................................................46

2.2.3. Анализ метода математико-статистической обработки имитационной модели........................................ 51

2.3. Оптимизация выходных параметров имитационной модели потоковых процессов......................................................... 58

2.3.1. Задача логистической оптимизации потоковых процессов сборочно-сварочного производства верфи.............. 58

2.3.2. Учёт экономических показателей при разработке имитационных моделей с частичной механизацией наиболее

60

трудоемких операции.............................................

2.4. Методы визуализации, системы и языки моделирования.......... 61

2.4.1. Использование методов компьютерной анимации и визуальных спецэффектов............................................ 61

2.4.2. Назначение и принципы выбора языка моделирования.... 64

2.5. Выводы по главе............................................................ 66

Глава 3. РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ПОТОКОВЫХ

ПРОЦЕССОВ СБОРОЧНО-СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА.. 68

3.1. Задача и этапы построения имитационной модели потоковых процессов сборочно-сварочного производства..................... ^

3.2. Разработка схемы алгоритма построения управляемой имитационной модели потоковых процессов................................ 72

3.3. Разработка математической модели потоковых процессов сборочно-сварочного производства верфи................................. у^

3.3.1. Объекты анализа реальной производственной системы сборочно-сварочного производства верфи.................... у^

3.3.2. Разработка структурно-технологической схемы изготовления секций........................................................ уу

3.3.3. Разработка математической модели потоковых процессов сборочно-сварочного производства.................... уд

3.4. Разработка вариантов имитационной модели с помощью компьютерной анимации и визуализации потоковых процессов сборочно-сварочного производства верфи........................... 84

3.4.1. Общие требования к разрабатываемым имитационным моделям.............................................................. 84

3.4.2. Визуализация структурно-технологической схемы изготовления секций.................................................... 85

3.4.3. Варианты имитационных моделей потоковых процессов. 86

3.5. Выводы по главе............................................................ 92

Глава 4. ИМИТАЦИОННО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОТОКОВЫХ ПРОЦЕССОВ СБОРОЧНО-СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА.................................... 93

4.1. Общая методика проведения эксперимента..................... 93

4.1.1. Постановка задачи эксперимента.............................. 93

4.1.2. Планирование эксперимента, подготовка исходных данных..................................................................................... 94

4.1.3. Описание эксперимента........................................... 100

4.2. Экспериментальные исследования характера поведения производственной системы сборочно-сварочного производства при возмущающих воздействиях различных производственных фак-

Т°Р°В.......................................................................... 102

4.2.1. Исследование гибкости ПС при заданной продолжительности производственного цикла.......................... 102

4.2.2. Исследование изменения характеристик ПС при постоянной численности производственных рабочих............ 104

4.2.3. Исследование изменения характеристик ПС при выполнении заданной годовой программы переменной численности основного производственного персонала...... ^6

4.2.4. Исследование характера поведения ПС при минимальном коэффициенте потери времени, при минимальной численности производственных рабочих.....................

4.3. Анализ результатов эксперимента....................................... 111

4.4. Проверка адекватности модели................................................................................122

4.5 Выводы по главе........................................................................................................................^26

Глава 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОТОКОВЫХ ПРОЦЕССОВ СБОРОЧНО-

128

СВАРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА ВЕРФИ...........................

5.1. Разработка метода имитационного моделирования потоковых 128 процессов сборочно-сварочного производства .....................

5.2. Алгоритм разработки имитационной модели................................................131

5.3. Исходные данные для разработки имитационной модели............135

5.4. Методика расчёта основных показателей модели........................................138

5.5. Разработка альтернативных схем материальных потоков ПС..........140

5.6. Визуализация имитационной модели ПС ССП..........................................144

5.7. Программный комплекс для разработки имитационной модели потоковых процессов ССП............................................................................................^^

5.8. Выводы по главе........................................................................................................................150

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................152

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК......................................................................154

ПРИЛОЖЕНИЯ..........................................................................................................................163

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В настоящее время методы технической подготовки производства, основанные на применении интерактивных имитационных моделей, приобретают всё большее распространение при организации производства не только на зарубежных, но и на российских верфях. Имитационные модели (ИМ) широко используются, в частности, при моделировании производственных процессов в целом на верфи, моделировании сложных технических систем и производств, верификации сквозных технологических процессов постройки морской техники, моделировании и оптимизации внутрицеховых технологий, анализе функционирования отдельных производственных участков и линий. Всё это требует необходимости разработки и внедрения в сферу организации и подготовки производства новых информационных технологий и методов ИМ различного класса и назначения. За последнее время разработано достаточно много систем имитационного ИМ, которые за счёт своей проблемной ориентации предоставляют пользователю набор удобных средств, упрощающих процесс построения модели. Среди них можно выделить AnyLogic, GPSS, SIMULA, AVEVA, SIMULINK. В перечисленных и аналогичных им программных комплексах (ПК) потребности исследования сложных систем и разработки методов их моделирования, как правило, приводят к рассмотрению в рамках единого процесса моделирования процедур построения модели, организации и проведения имитационного эксперимента и формирования процедур принятия решений. Претендуя на универсальность, существующие ПК, тем не менее, обеспечивают генерацию моделей производственных систем (ПС) верфи лишь по формальным (алгоритмизированным) признакам, без учёта индивидуальных особенностей ПС конкретной верфи, сложившихся взаимосвязей между основными производственными показателями. Это особенно актуально для потоковых процессов, имеющих место в ряде основных производств верфи, прежде всего, в сборочно-сварочном производстве (ССП). Такие ПС логично представлять как производственные логистические системы, а создание их ИМ осуществлять на базе законов производственной логистики.

Решению этих проблем посвящены работы многих отечественных и зарубежных учёных, в том числе: Б .Я Советова, В.П. Строгалёва, ММ. Румянцева, Ю.Г. Кулика, Е.Г. Бурмистрова, Н.П. Бусленко, Дж. Клейнея, А.Г. Варжапетя-на, В.В. Логвинца, С. Карлина и др. Однако, несмотря на значительный объём

выполненных исследований, ряд задач в области ИМ потоковых производственных процессов и формализации взаимосвязей между их основными показателями, до настоящего времени не получил удовлетворительного решения.

Областью исследований являются методы выполнения технической подготовки судостроительного производства с использованием компьютерных технологий, совершенствование организации судостроительного производства на основе математических методов и компьютерных технологий, адаптация существующих методов организации производства с учётом специфики верфи.

Целью работы является разработка методологических основ моделирования потоковых процессов сборочно-сварочного производства (ССП) верфи на базе законов производственной логистики и методов ИМ с целью сокращения сроков строительства судов, повышения качества, внедрения современных средств технологического оснащения (СТО).

Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. На основе анализа современных подходов к разработке ИМ потоковых процессов и законов производственной логистики выработать научно обоснованные подходы к решению прикладных задач повышения эффективности ССП и повышения на этой основе конкурентоспособности отечественных верфей.

2. Алгоритмизировать процедуры разработки ИМ проектирования и организации потоковых процессов предварительного изготовления сборочных единиц и их поставок на стапель.

3. Формализовать на основе известных математических подходов и существующих методов взаимосвязи между ритмом, тактом, длительностью производственных циклов, маршрутами движения предметов труда, целесообразным перечнем основных технологических операций, составом применяемых СТО, коэффициентами загрузки и сменности оборудования и производственных рабочих и сроками выполнения работ.

4. Выполнить комплекс необходимых экспериментальных исследований, в том числе для проверки адекватности разработанных математических моделей, определения и уточнения входящих в них эмпирических коэффициентов.

5. Разработать методологию моделирования потоковых процессов ССП верфи на базе законов производственной логистики и методов ИМ.

Научная новизна работы:

1. С целью повышения эффективности организации и технологической подготовки производства на отечественных верфях впервые предложено пред-

ставлять виды производства в судостроении, как логистические ПС, а движение предметов труда в них рассматривать как потоковые производственные процессы.

2. С учётом специфики отечественного судостроения разработано математическое описание взаимосвязей между основными производственными показателями логистической системы ССП верфи и их оптимизации.

3. Средствами компьютерного ИМ выполнены имитационно-экспериментальные исследования взаимосвязей между ритмом, тактом, длительностью производственных циклов, маршрутами движения предметов труда, целесообразным перечнем основных технологических операций, составом применяемых СТО, коэффициентами загрузки и сменности оборудования и производственных рабочих и сроками выполнения работ. По результатам опытов получены соответствующие графические зависимости и уточнены эмпирические коэффициенты, входящие в основные уравнения математической модели.

4. Впервые разработана и научно обоснована методология моделирования потоковых процессов ССП верфи на базе законов производственной логистики, методов ИМ и с учётом характерных особенностей отечественного судостроения.

Практическая ценность работы заключается в создании и обосновании на примере ССП методологии моделирования потоковых процессов основных производств верфи на базе законов производственной логистики и методов ИМ.

Практическое использование результатов исследований позволяет:

■ совершенствовать процедуры, связанные с организацией и технологической подготовкой производства в судостроении;

■ оптимизировать варианты и технологические маршруты движения предметов труда и ресурсов всех видов в производственном процессе, а также взаимосвязи между основными производственными показателями логистических производственных подсистем;

■ для каждой конкретной верфи с учётом индивидуальных специфических особенностей организации производственного процесса разрабатывать множество альтернативных вариантов организации производства и применения тех или иных форм организации труда с последующей их оптимизацией по выбранным критериям эффективности.

Внедрение результатов исследований производилось на базе ОАО «Завод Нижегородский теплоход» (г. Бор), ООО «СнабРемФлот» (г. Нижний Новгород)

В практику работы указанных судостроительных заводов внедрены: 1) «Метод оптимизации взаимосвязей между основными производственными показателями верфи по выбранным критериям эффективности»; 2) «Рекомендации по оптимизации технологических маршрутов движения предметов труда» в основных производствах верфи. Некоторые элементы разработанной автором «Методики имитационного моделирования потоковых процессов основных производств верфи на базе законов производственной логистики и методов имитационного моделирования» использовались на этапах разработки технологических графиков освоения новых заказов и календарной синхронизации работы основных производственных подразделений указанных верфей.

Ряд теоретических результатов исследований внедрён в учебный процесс и используется в ФБОУ ВПО «ВГАВТ» при чтении цикла технологических дисциплин студентам, обучающимся по специальности 180101 - Кораблестроение.

Достоверность научных результатов обеспечена применением апробированных методов теоретических и экспериментальных исследований, совокупностью данных компьютерных и натурных экспериментов и сопоставимостью полученных аналитических и опытных результатов. Основные аналитические зависимости получены с применением методов математического анализа, теории вероятности и теории планирования эксперимента, элементов теории адаптивного управления, математического моделирования динамических процессов. Обработка результатов исследований осуществлялась с применением методов математической статистики.

Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований опубликованы в периодических изданиях, в том числе рекомендованных ВАК РФ (НПЖ «Судостроение» 2013, № 2, №3), докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях «Великие реки 2011», «Великие реки 2012»,«Великие реки 2013» (Нижний Новгород, 2011 г, 2012 г. , 2013 г.), научно-практической конференции студентов и аспирантов « Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» (Санкт-Петербург,20 11 г.).

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

° обоснование областей целесообразного применения и границ применимости методов ИМ при организации потоковых процессов в логистической ПС ССП и технологической подготовке производства и повышения на этой основе конкурентоспособности отеч�