автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка методов и средств повышения эффективности автоматизированного управления производственным заказом в мелкосерийном машиностроительном производстве

'.'.„У

С ' >

О (С

п

V

У

Московский Государственный технологический университет «СТАНКИН»

На правах рукописи УДК 681.3.067

Коган Юрий Григорьевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ЗАКАЗОМ В МЕЛКОСЕРИЙНОМ МАШИНОСТРОИТЕЛВНОМ

ПРОИЗВОДСТВЕ

Специальность 05.13.07 - «Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Фролов Е.Б.

^ Л)

Москва 1998 ^

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ........................................... 5

ГЛАВА 1. ЗАДАЧА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОГО

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЫПОЛНЕНИЕМ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗАКАЗА НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ В МЕЛКОСЕРИЙНОМ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ .............................. 13

1.1. Актуальность задачи.........................13

1.2. Существующие пути решения задачи...............27

1.2.1. Использование известных зарубежных систем

управления предприятиями ..................... 29

1.2.2. Использование автоматизированных систем

управления документооборотом и потоками работ 32

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1..................................46

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ЭФФЕКТИВНОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЫПОЛНЕНИЕМ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗАКАЗА НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ...................................48

2.1. Разработка интегрированного комплексного представления

производственного заказа на основе взаимосвязанных

единообразных описаний материальных и информационных потоков .............................................48

2.2. Использование шаблонов бизнес-процессов, основанных

на отечественных стандартах организации производства .... 60

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2..................................61

ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭФФЕКТИВНОГО

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЫПОЛНЕНИЕМ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗАКАЗА НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ...................................65

3.1. Разработка комплексной имитационной модели процесса

выполнения производственного заказа на подготовительных стадиях .......................................65

3.1.1. Имитационное моделирование и расчет производственного расписания ................. 65

3.1.2. Обыкновенные сети Петри как инструмент имитационного моделирования..................67

3.1.3. Разновидности сетей Петри и их применимость для построения комплексной модели выполнения производственного заказа на подготовительных стадиях ..................... 72

3.1.4. Адаптация Раскрашенных сетей Петри к моделированию процесса выполнения производственного заказа ..................... 81

3.1.5. Способы представления различных видов информации о текущих процессах выполнения производственных заказов в модифицированной Раскрашенной сети Петри......................85

3.2. Организация автоматизированного управления выполнением производственного заказа на основе использования комплексной

имитационной модели процесса.......................8 8

3.2.1. Планирование выполнения производственного заказа на подготовительных стадиях ........... 89

3.2.2. Отслеживание текущей производственной ситуации на подготовительных стадиях выполнения

заказа.......................................90

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3..................................92

ГЛАВА 4. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

ВЫПОЛНЕНИЕМ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ЗАКАЗА НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ (АСУ ПС ПЗ) ......93

4.1. Общие принципы организации и функционирования АСУ ПС ПЗ...........................................93

4.2. Основные блоки системы . Их назначение и функционирование ................................ 96

4.2.1. Подсистема технологической подготовки производства комплекта документов заказа ..... 98

4.2.2. Интерпретатор Раскрашенных сетей Петри102

4.2.3. Подсистема управления выполнением производственных заказов на подготовительных стадиях.....................................105

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4.................................110

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................111

БИБЛИОГРАФИЯ......................................114

ПРИЛОЖЕНИЕ........................................123

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в мировой практике накоплен значительный опыт автоматизации мелкосерийного производства, удельный вес которого во всем валовом мировом продукте, по данным Международного центра технологии машиностроения, составляет 7 0 процентов. На сегодняшний день направление развития автоматизации на машиностроительных предприятиях определена концепцией Компьютеризированного интегрированного производства (КИП), включающего информационную технологию в качестве важнейшего компонента производственного процесса .

Вопросам оперативного планирования и управления в интегрированных машиностроительных производствах посвящены работы многих отечественных ученых: Белянки-на П.Н., Митрофанова В.Г., Соломенцева Ю.М., Сосонки-на В.Л., Султан-Заде Н.М., Третьякова Э.А., Фролова Е.Б., Чудакова А.Д. и др. Основным результатом работ этих ученых явилось создание методологических основ построения многоуровневых систем управления, соответствующих различным условиям и требованиям отечественных машиностроительных производств.

Вместе с тем в последние годы возникли новые тенденции в организации и управлении производством. Чтобы быть конкурентоспособными и вести успешную экономическую деятельность, организациям и поставщикам необходимо применять высокоэффективные и результативные системы управления своей деятельностью. Использование

таких систем управления должно вести к постоянному улучшению качества и повышению удовлетворенности потребителей и других заинтересованных лиц организации (работников, владельцев, субподрядчиков, общества). Поэтому были разработаны международные стандарты на элементы системы управления организациями в области качества - системы качества. Применимые к основным отраслям промышленности и экономики, они образуют так называемое семейство стандартов ISO 9000 (в России -ГОСТ ИСО 9000).

В соответствии с общей идеологией системы стандартов ISO 9000, деятельность организации представляет собой сеть процессов: производства продукции, документооборота, финансовых процессов, маркетинга, сбыта, закупок и других, которыми необходимо эффективно управлять (всеми вместе и каждым в отдельности) . В качестве минимального требования, стандарты предписывают поставщику идентифицировать и спланировать процессы производства, монтажа и технического обслуживания, непосредственно влияющие на качество продукции, и обеспечить выполнение их в управляемых условиях.

В настоящее время уже появились автоматизированные системы комплексного управления изготовлением изделий в цехе, позволяющие организовать и сам этот процесс, и управление им в соответствии с требованиями ISO 9000. Однако достижение наивысшей эффективности использования таких систем возможно только в том случае, если в соответствие с требованиями ISO 9000

будут приведены также организация и управление процессом выполнения производственного заказа на всех предшествующих и последующих его этапах.

Необходимость сертифицировать на соответствие требованиям ISO 9000 не только продукцию, но и производственный процесс для типичного российского машиностроительного предприятия означает, в частности, необходимость планирования, а значит - формализации и документирования, всех этапов этого процесса для обеспечения возможности качественного управления производством .

Мелкосерийное производство (особенно - на крупных предприятиях) характеризуется сложной структурой заказа и множеством подразделений, участвующих в его выполнении, деятельностью которых необходимо координировано управлять. В этих условиях обеспечить эффективное планирование и управление на всех этапах процесса выполнения производственного заказа с помощью традиционных оптимизационных алгоритмов невозможно.

Данная диссертационная работа посвящена разработке методов организации эффективного автоматизированного управления производственным заказом на подготовительных стадиях его выполнения на основе построения и анализа комплексной имитационной модели процесса.

Целью работы является повышение эффективности автоматизированного управления выполнением производственных заказов на подготовительных стадиях за счет разработки и внедрения автоматизированной системы управления, основанной на комплексном моделировании

связанных с заказом информационных и материальных потоков .

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие научные и практические задачи:

1.исследование и оценка состава необходимых изменений в традиционной организации управления процессом выполнения производственного заказа на подготовительных стадиях, обусловленных требованиями ГОСТ ИСО 9000 и внедрением соответствующих им комплексных систем оперативного управления изготовлением изделий в цехе;

2.разработка методов комплексного имитационного моделирования информационных и материальных потоков, связанных с производственными заказами на подготовительных стадиях их выполнения;

3.разработка методов повышения эффективности автоматизированного управления производственными заказами на подготовительных стадиях их выполнения, основанных на использовании комплексной имитационной модели этого процесса;

4.разработка и внедрение программных средств комплексного моделирования и управления выполнением производственных заказов на подготовительных стадиях.

В соответствии с этими задачами в первой главе дается общий обзор современного состояния рассматриваемой проблемы, проводится анализ существующих путей ее решения их практических реализаций. Во второй главе рассматриваются основные особенности выполнения

производственного заказа на подготовительных стадиях в мелкосерийном машиностроительном производстве. Определены основные условия повышения эффективности автоматизированного управления производственным заказом на подготовительных стадиях. Показана возможность единообразного подхода к описанию материальных и информационных потоков, связанных с производственным заказом, что позволяет построить комплексное представление производственного заказа. В третьей главе рассмотрены методы построения комплексной имитационной модели процесса выполнения производственного заказа и применения ее для повышения эффективности управления этим процессом на подготовительных стадиях. В качестве аппарата имитационного моделирования предложены модифицированные Раскрашенные сети Петри. Рассматриваются основные этапы моделирования выполнения заказа с помощью модифицированных раскрашенных сетей Петри. В четвертой главе рассматриваются вопросы построения и функционирования комплекса программных средств, обеспечивающих эффективное автоматизированное управление подготовительными стадиями производственного выполнения заказа в соответствии с методикой, предложенной в третьей главе. В заключении приводятся основные выводы и результаты работы.

В приложении приводятся справки, подтверждающие использование результатов работы в реальном производстве .

Научная новизна работы заключается в следующем:

1.в результате анализа специфики мелкосерийного и единичного производства и требований, предъявляемых ГОСТ ИСО 90 00 к организации управления производством, установлено, что производственный заказ имеет две равнозначные взаимосвязанные и взаимозависимые составляющие: собственно изделие и комплект документов заказа, изготовление которых должно быть должным образом спланировано и синхронизировано;

2.предложен и обоснован единообразный подход к описанию компонентов изделия и комплекта документов заказа и процессов их изготовления с помощью двух аналогичных по составу комплектов спецификаций;

3.разработана методика комплексного имитационного моделирования информационных и материальных потоков, связанных с производственным заказом, основанная на использовании аппарата модифицированных Раскрашенных сетей Петри;

4. на базе построенной комплексной имитационной модели процесса выполнения текущих производственных заказов разработаны методы повышения эффективности автоматизированного управления ими на подготовительных стадиях их выполнения;

5.разработаны общие принципы построения и функционирования комплекса программных средств, обеспечивающих эффективное автоматизированное управление подготовительными стадиями выполнения заказа.

Практическая ценность работы заключается в следующем. В качестве минимального требования стандарт ГОСТ ИСО 9000 предписывает поставщику идентифицировать и спланировать процессы производства, монтажа и технического обслуживания, непосредственно влияющие на качество продукции, и обеспечить выполнение их в управляемых условиях. Применение предложенных методов моделирования и управления к процессу выполнения производственного заказа позволяет выполнить указанное требование. Это в значительной мере способствует приведению производственного процесса на предприятии в соответствие с требованиями стандартов ISO 9000 и получению соответствующего сертификата. Расширяются возможности руководителей производства по планированию и отслеживанию хода выполнения заказа в режиме реального времени. За счет возможности проведения экспериментов на имитационной модели повышается гибкость планирования и управления распределением материальных, людских и прочих ресурсов, необходимых для выполнения заказа.

Работа выполнена на кафедре Информационных технологий и вычислительных систем Московского Государственного технологического университета.

Теоретические результаты работы и разработанный на их основе первый прототип автоматизированной системы управления выполнением заказа в мелкосерийном производстве были использованы:

• при разработке системы управления производством и подготовке его к сертификации на соответствие

стандартам ISO 9000 на «Московском монетном дворе»;

• при разработке системы управления производственным заказом на технологическую оснастку на AMO «ЗИЛ» и АО «Москвич».

Отдельные результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

1. Всероссийское совещание-семинар «Высокие технологии в региональной информатике» (Воронеж, 17 - 19 июня 1998 г. ) ;

2.Международная конференция «Информационные средства и технологии» (Москва, 20 - 22 октября 1998 г.).

ГЛАВА 1. ЗАДАЧА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭФФЕКТИВН ОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРА ВЛЕНИЯ ВЫПОЛНЕНИЕМ ПРОИЗВОДС ТВЕННОГО ЗАКАЗА НА ПОДГОТОВИ ТЕЛЬНЫХ СТАДИЯХ В МЕЛКОСЕРИЙ НОМ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗ ВОДСТВЕ

В первой главе дается общий обзор состояния рассматриваемой проблемы, анализируются существующие пути ее решения и их практическая реализация.

1.1 Актуальность задачи

В связи с интеграцией России в мировую экономику, ясно обозначилась необходимость приведения производственных процессов на российских машиностроительных предприятиях в соответствие с мировыми стандартами. В том числе - с требованиями стандартов ISO 9000 (ГОСТ Р ИСО 9000). В соответствии с постановлением Правительства РФ №113 от 02.02.98 г. "О мерах по дальнейшему развитию систем качества на предприятиях РФ" предприятия, не имеющие сертификат на систему качества, начиная с 1999 г. не будут иметь права на получение государственного заказа. В странах ЕС существуют аналогичные нормативные акты. Так, начиная с 1999 г. все поставщики продукции на рынок ЕС обязаны иметь сертифицированную систему качества. При этом с точки зрения нормативных документов ЕС под "поставщиком" понимается не только непосредственный изготовитель продукции, но и любая организация, которая в контрак-

тах с потребителями в странах ЕС выступает в качестве поставщика продукции.

В соответствии с общей идеологией системы стандартов ISO 9000, деятельность организации представляет собой сеть процессов: производства продукции, документооборота, финансовых процессов, маркетинга, сбыта, закупок и т.д. Каждым из указанных процессов и всеми ими в совокупности необходимо одинаково эффективно управлять.

Чтобы обеспечить управление процессами, необходимо «отслеживать» перемещение продукции по технологической цепочке. При этом нужно иметь возможность отличать одну единицу продукции от другой. Эти два важных требования - идентификации продукции и прослежи-ваемости - относятся ко всем видам процессов, выполняющихся на предприятии, и ко всем видам продукции, появившейся в результате этих процессов.

Для каждого из этих видов продукции необходимо идентифицировать:

• группу продукции, к которой единичный продукт принадлежит;

• статус (годный, негодный, в стадии изменения состояния);

• принадлежность (кто выпустил этот продукт, кто с ним в настоящее время работает);

• номер продукта или номер партии продуктов;

• другие параметры, необходимые для организации управления.

В качестве минимального требования, стандарты предписывают поставщику идентифицировать и спланировать процессы �