Управление производством

Методика составления производственных планов в едином информационном пространстве АСУ предприятия

В настоящее время неуклонно растет доля мелкосерийного многономенклатурного производства в общем объеме промышленной продукции. Большинство предприятий независимо от ведомственной подчиненности и формы собственности работают по заказам. Традиционные системы планирования, которые на многих предприятиях работают еще с 70-х годов ХХ века, устарели и нуждаются в перепроектировании (реинжиниринге).
30 августа 2010

Основным при реинжиниринге действующих АСУ является удовлетворение требованиям ИПИ/CALS-технологий и стандартов качества серии ISO-9000/2001, в т.ч.:

  • позаказный метод планирования;
  • реализация процессного подхода в системе управления;
  • создание единого информационного пространства (ЕИП) АСУ предприятия.

Процессный подход должен обеспечить информационную поддержку изделия на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ) с реализацией электронного документооборота. Иллюстрация ЖЦ в ЕИП представлена на рис.1.

Данная статья посвящена изложению методики планирования мелкосерийного многономенклатурного производства в ЕИП предприятия.

Как видно на рис., поступающие заказы на изготовление новой продукции проходят несколько этапов обработки, основными из которых являются:

  • конструкторская подготовка производства (КПП);
  • технологическая подготовка производства (ТПП);
  • материально-техническое обеспечение (МТО);
  • планирование производства;
  • диспетчеризация и мониторинг хода производства.

В результате КПП формируется полный комплект конструкторской документации (КД), включая 3D-модели изделия, 2D-чертежи, спецификации (состав изделия) и т.п. Вся эта информация поступает в ЕИП – центральную базу данных (БД) интегрированной АСУ предприятия (ИАСУП) и становится доступной (с учетом прав доступа) сотрудникам других функциональных служб.

Так, например, выбрав из ЕИП спецификацию, сотрудники отдела МТО могут начать заказ покупных комплектующих изделий и материалов (ПКИМ). Технологи на основе КД могут приступить к разработке технологической документации (ТД).

Получив доступ в ЕИП к разработанной ТД (маршрутно-технологические карты – МТК, управляющие программы – УП для станков с ЧПУ и др.), нормировщики могут рассчитать трудоемкости операций изготовления изделий.

Имея доступ в ЕИП к рассчитанной трудоемкости технологических операций, плановики могут составить объемные и объемно-календарные планы производства изделий.

По результатам выполнения работ (также фиксируемым в ЕИП) диспетчерские службы учитывают фактические затраты и осуществляют мониторинг хода производства.

Постановка задачи

Целью данной работы является построение моделей информационного взаимодействия в ЕИП функциональных подсистем КПП, ТПП и текущего планирования в составе ИАСУП.

Для этого необходимо:

  1. Установить однозначное соответствие между составом изделия, полученного в результате КПП, и составом работ, разрабатываемым на этапах ТПП и планирования.
  2. Разработать алгоритмы текущего планирования, в том числе:
  •  алгоритмы планирования по номенклатуре и объемам (объемное планирование);
  •  алгоритмы составления расписания загрузки производственных ресурсов (объемно-календарное планирование).

Термины, определения и обозначения

В дальнейшем будут употребляться следующие термины, определения и обозначения.

ДСЕ – детали и сборочные единицы. Изделия, сборки, узлы, неделимые детали.

Дерево изделия – структура изделия, представленная в виде графа.

Дерево работ – рассчитанный до операций состав изделия с данными о трудоемкостях изготовления, технологическом отходе и количестве деталей, необходимых для изготовления заказа.

Уровень – ступень иерархии в дереве изделия.

Операция – действие, выполняемое над деталью.

Модель информационного взаимодействия конструкторской подготовки и планирования производства

Основным результатом КПП, необходимым для планирования, является спецификация (состав изделия).

Согласно ЕСКД (ГОСТ 2.101-68) структура изделия имеет вид, представленный на рис. 2.

Структуру любого изделия, разработанного в процессе КПП, можно представить в виде графа (рис. 3).

Назовем эту иерархическую структуру «деревом изделия».

Каждая ступень иерархии (рис. 3) в «дереве изделия» называется уровнем и имеет свой номер. Нумерация уровней производится от головного изделия (наименование и шифр изделия, которые указаны в заказе на изготовление). Самый верхний уровень имеет номер 1. ДСЕ, входящие в первый уровень, имеют значения уровня 2. ДСЕ, входящие во второй уровень, имеют значения уровня 3 и т.д. ДСЕ, находящиеся на одном уровне, имеют одинаковые значения номера уровня. Для каждого изделия формируется свой набор уровней.

Весь комплект КД, включая «дерево изделия», помещается в ЕИП ИАСУП для хранения и общего оперативного доступа.

После КПП начинается этап ТПП. Разрабатываются МТК, где описывается последовательность технологических операций и их трудоемкость. Эта информация также помещается в ЕИП и становится доступной для плановых служб.

Для осуществления планирования необходимо построить «дерево работ» (рис. 4).

«Дерево работ» получается преобразованием «дерева изделия» (Рис. 3). При этом номера уровней остаются неизменными. Но исключаются те ДСЕ, которые являются ПКИМ, поскольку на их изготовление не требуется временных ресурсов. Кроме того, каждое ДСЕ в «дереве изделия», подлежащее изготовлению, заменяется последовательностью технологических операций, взятых из МТК. Верхний индекс операции показывает номер обрабатываемого изделия, а нижний – порядковый номер самой операции.

Как видно, изготовление каждого узла (ДСЕ) «дерева изделия» (Рис. 3) представляется набором операций в «дереве работ» (Рис. 4). Помимо этого, каждая операция характеризуется принадлежностью к производственному ресурсу ri, количеством обрабатываемых деталей  и длительностью работы Tj – трудоемкостью, известной из содержания МТК. То есть имеется вся необходимая для планирования информация.

Таким образом, разработана методика установления однозначного соответствия между составом изделия («деревом изделия») и составом работ по его изготовлению («деревом работ»). Поскольку оба эти дерева представляют собой направленные графы, становится возможным применение формальных математических методов расчета и оптимизации планов (например, методы сетевого планирования, линейного программирования и др.).

Планирование на заводе начинается с формирования портфеля заказов на основе заявок, поступивших от внешних организаций. Утверждению портфеля заказов предшествует процедура объемного планирования. Эта процедура заключается в формировании объемного плана выполнения операций путем сравнения мощности ресурсов завода (по технологическому оборудованию и укрупненным профессиям) с плановой трудоемкостью изготовления заказа, определяемой на основе экспертных оценок. После определения объемного плана происходит пооперационный расчет сроков с использованием процедуры составления расписания загрузки производственных ресурсов (объемно-календарное планирование), которая представляет самостоятельный интерес и в данной работе не рассматривается.

Методика составления объемного производственного плана

Объемный план строится на определенный временной интервал и представляет собой множество операций с указанным количеством обрабатываемых деталей.

Для поступившего в производство предварительного плана работ O составляется объемный план выполнения операций с использованием имеющихся на предприятии ресурсов. Ресурсы объединены в группы : технологическое оборудование, укрупненные профессии и др. В свою очередь каждая группа ресурсов представляет собой множество единичных ресурсов . В предварительном плане работ определено отношение «операция – группы ресурсов», т.е. за операцией закрепляются соответствующие группы ресурсов. Обязательной закрепленной группой ресурсов является укрупненная профессия. Если операция выполняется на станке с ЧПУ, то к закрепленным за ней ресурсам добавляется группа технологического оборудования.

Прежде чем приступить к формированию объемного плана работ, необходимо выполнить процедуру анализа предварительного плана. Для оценки степени загрузки по группам ресурсов предназначен программный модуль, одна из экранных форм которого представлена на рис. 5.



Данная гистограмма показывает загрузку на 2008 год механообрабатывающего производства по укрупненной профессии «слесарный». Первый столбец показывает мощность группы ресурса Fслесарный – укрупненной профессии «слесарный», второй – плановый объем работ портфеля заказов, а третий – плановый объем работ, выбранного заказа – 9279. На гистограмме видно, что группа ресурсов укрупненной профессии «слесарный» загружена не полностью и механообрабатывающее производство может взять еще дополнительные работы. Но если мощность группы ресурса  меньше объема работ, который предстоит выполнить где – трудоемкость j-й операции, а No – количество операций связанных с группой ресурсов, то необходимо определить, что из предварительного плана может быть выполнено и в каком объеме. Поэтому задача объемного планирования заключается в составлении плана работ на заданном временном интервале планирования, где будут максимально загружены единичные ресурсы в соответствующих группах .

Предложенный авторами алгоритм объемного планирования приводит к нахождению удовлетворительного объемного плана  с учетом максимальной загрузки единичных ресурсов. Для составления плана используется итерационная процедура в каждой группе ресурсов. На первом шаге находится количество деталей каждой операции, которое будет обработано на соответствующей единице ресурса. Для этого решается задача линейного целочисленного программирования, где целевая функция определяет максимальную загрузку единичного ресурса, а ограничениями являются мощность единичного ресурса и количество обрабатываемых деталей на операциях. В результате получается объемный план работ. На втором шаге полученный вариант плана оценивается лицом, принимающим решение (ЛПР). Для наглядного анализа полученного плана можно воспользоваться экранной формой на рис. 5, где отображается полученная загрузка по группам ресурсов, либо использовать соответствующее меню для просмотра загрузки по единичным ресурсам в группе. Если ЛПР принимает решение о том, что данный вариант плана является удовлетворительным для выполнения, то итерационная процедура закончена. Иначе выполнение процедуры запускается с новыми исходными данными, которые определяет ЛПР в соответствии с нижеперечисленными правилами:

  • Правило 1. Если в полученный вариант плана не попали операции – «обязательные» для выполнения, то исключить из плана операции, обработку которых можно отложить.
  • Правило 2. Если полученный вариант плана может быть выполнен в объеме менее чем заданное значение в процентах (%), то значения фондов рабочего времени единичного ресурса увеличить.
  • Правило 3. Если полученный вариант плана может быть выполнен в объеме менее чем на заданное значение в процентах (%) и значения фондов рабочего времени единичных ресурсов из соответствующей группы ресурсов нельзя увеличить, то перенести часть деталей по операции на другую группу ресурсов.
  • Правило 4. Если полученный вариант плана не может быть выполнен, то сформировать предложения по полному пересмотру плана с его новым утверждением.

Описанная выше процедура составления объемного плана   повторяется до тех пор, пока не будет принято окончательное решение о возможности выполнения плана. Затем, полученные в каждых группах ресурсов удовлетворительные объемные планы агрегируются в один, который представляет собой план работ предприятия на планируемый период.

Заключение

В настоящей статье изложена методика установления соответствия между «деревом изделия» и «деревом работ». Полученное «дерево работ» позволяет представить последовательность изготовления ДСЕ, указанного в заказе и является необходимым для процесса планирования.

Предложенный алгоритм объемного планирования приводит к нахождению удовлетворительного плана с учетом максимальной загрузки единичных ресурсов. В рассмотренной итерационной процедуре составления плана решается оптимизационная задача распределения работ с последующей обработкой результатов ЛПР и корректировкой исходных данных.

Литература

  1. Елисеев В.Г., Козырева Н.А. Методика реализации текущего планирования в едином информационном пространстве АСУ предприятия. // Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM – 2008). Материалы 8-й международной конференции. Под. ред. Е.И. Артамонова. М.: Институт проблем управления РАН. – 2008.
  2. Козырева Н.А. Инструментальные средства поддержки формирования плана и оперативно-диспетчерского управления сборочного производства. // Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM – 2007). Материалы 7-й международной конференции. Под. ред. Е.И. Артамонова. М.: Институт проблем управления РАН. – 2007. 234 с., с. 99-100.
  3. Елисеев В.Г., Козырева Н.А. Процедура формирования и оценки производственного плана. // Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT + S&E`07. Приложение к журналу «Открытое образование» №3, 2007. Материалы XXXIV Международной конференции и дискуссионного научного клуба – 2007. 469 с., с. 440-442.
  4. Елисеев В.Г., Калачев К.В., Козырева Н.А., Лапицкий Д.И. Автоматизированная система планирования и оперативно-диспетчерского управления механообрабатывающего производства. // Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM – 2006). Материалы 6-й международной конференции. Под. ред. Е.И. Артамонова. М.: Институт проблем управления РАН. – 2006. 298 с., с. 153-155.

Материал предоставлен журналом «Новые промышленные технологии», www.cnilot.ru