Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ Экономика страны проходит кардинально новый для нее этап развития - переход к рыночным отношениям. Предприятия вынуждены функционировать в ситуации, когда только быстрая и адекватная реакция на изменение спроса обеспечивает им стабильное финансовое положение.
В последние годы в мировой практике накоплен значительный
опыт автоматизации мелкосерийного и серийного производства,
удельный вес которого во всем валовом мировом продукте, по
данным Международного центра технологии машиностроения,
составляет 70%. На сегодняшний день направление развития
автоматизации на машиностроительных предприятиях определена
концепцией Компьютеризированного интегрированного
производства (КИП), включающего информационную технологию в «честве важнейшего компонента производственного процесса .
В таких гибких производствах самые динамичные изменения связаны с оперативным планированием и составлением іроизводственньїх расписаний. При комплексном подходе к сомпенсации отклонений от основного производственного графика :ак за счет перерасчета расписания с выбором альтернативных ехнологических маршрутов, так и путем диспетчерского 'правления материальными потоками с коррекцией текущего шеративного плана работ цеха, могут быть получены значительные іезервьі мощностей и эффективнее использованы трудовые есурсы. При этом будет непосредственно оптимизирован объем езавершенного производства и снижено время пролеживания олуфабрикатов.
Вопросам оперативного планирования и управления в нтегрированных машиносроительных производствах посвящены аботы многих отечественных ученых: Белянина П.Н., Блехермана І.Х., Васильева В.Н.,. Горнева В.Ф., Емельянова В.В., Овсянникова І.В., Колесова И.М., Лищинского Л.Ю., Макарова И.М., [итрофанова В.Г., Первозванского А.А., Петрова В.А., Соломенцева ).М., Сосонкина В.Л., Султан-Заде Н.М., Третьякова Э.А., Чудакова Д. и др. Основным результатом работ этих ученых явилось )здание методологических основ построения современных эрархических систем управления, соответствующих различным :ловиям и требованиям отечественных машиностроительных юизводств.
В нашей стране крупные производственные объединения (АМО ЗИЛ, АО ЗВИ, АвтоВАЗ, ПО "Красный Пролетарий", АЗЛК, УралАЗ и др.) приступили к созданию КИП, что на первый план выдвинуло проблему построения соответствующих интегрированных систем управления. Разработка и внедрение таких систем во многом сдерживается отсутствием достаточно адекватных математических моделей для оперативного управления в особенности в условиях мелкосерийных и единичных производств. Анализ показывает, что еще одним препятствием для развития и реализации идей интегрированной автоматизации задач оперативного планирования и управления является разобщенность работы отдельных инженерных подразделений на предприятии, что особенно сказывается на этапе диспетчирования в процессе механообработки и сборки изделий.
Таким образом, на современном этапе возникла важная
научная и практическая проблема создания систем оперативного
управления КИП, интегрирующих в себе технологическую
подготовку, календарное планирование и диспетчерский контроль, в
условиях мелкосерийных и единичных производств.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в разработке теоретических основ
оптимального производственного планирования, создании и
программной реализации эффективных алгоритмов, позволяющих
комплексно решить проблемы автоматизированной технологической
подготовки производства, составления календарных планов,
диспетчерского контроля и управления материальными потоками в
реальном масштабе времени, что обусловило бы за счет
эффективной организации производства минимизацию норм
материальных и трудовых затрат, снижение себестоимости изделий
в условиях действующих механообрабатывающих производств.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ, использованные в работе для
достижения поставленных целей, базировались на теоретических
результатах математической теории систем, численных методов,
методов теории расписаний и исследования операций,
ситуационного управления и логических методов синтеза
технологических структур производственных систем.
Моделирование на ЭВМ, а также анализ результатов применения
разработанных программ в условиях различных предприятий
позволил на основе многокритериальной оптимизации и теории
сингулярных отображений построить обобщенную модель парето-
оптимальных стратегий управления производством и выделить ее
основные структурно устойчивые компоненты.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В работе решена проблема оперативного планирования и управления производством в реальном масштабе времени применительно к цехам механообработки для мелкосерийных и единичных производств. Созданная интегрированная иерархическая система управления, включающая подсистему технологической подготовки производства, комплексно решает основные задачи календарного планирования и позволяет обеспечить требуемое качество изделий и снизить их себестоимость за счет оптимизации объема незавершенного производства и уменьшения затрат, связанных с простоями оборудования. Научная новизна исследований отражена в следующих выносимых на защиту результатах:
. Концепция трехуровневой иерархической структуры системы оперативного управления производственным подразделением (цехом, участком), основанная на имитационном моделировании материальных потоков и контроле состояния станочной системы.
Теоретические основы и методы синтеза математических и информационных моделей производственного процесса, учитывающего наличие технологических зависимостей между некоторыми деталями.
Методика и алгоритмы решения задачи оперативного управления размерами партий обрабатываемых деталей в условиях серийных и мелкосерийных производств.
Методика и алгоритмы построения расписаний для мелкосерийных и единичных производств на основе многокритериальной оптимизации.
Методы синтеза стратегий оперативно-диспетчерского управления, т.е. способов коррекции производственного расписания в реальном масштабе времени с учетом состояния станочной системы и с оптимизацией графика планово-предупредительного ремонта технологического оборудования.
Разработка и программная реализация подсистемы автоматизированной подготовки технологических маршрутов деталей, являющейся интерфейсом для подсистемы расчета производственного расписания.
Программная реализация интегрированной системы
оперативного (диспетчерского и автоматического) управления материальными потоками на основе разработанных оптимизационных вычислительных процедур и методов имитационного моделирования в реальном масштабе времени.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ состоит в эффективной организации производства как на этапе технологической подготовки , так и в процессе изготовления изделий. За счет рациональной загрузки оборудования и оптимального оперативно-диспетчерского управления материальными потоками в условиях мелкосерийных и единичных производств удалось увеличить фондоотдачу технологического оборудования в среднем на 40-60% и уменьшить объем незавершенного производства в 2-4 раза, а также обеспечить рациональное использование трудовых ресурсов. Скорость технологической подготовки производства за счет ее интеграции в систему оперативного управления увеличилась в 8-12 раз.
РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ Разработанная в диссертации интегрированная система оперативного управления внедрена в промышленную эксплуатацию на 15 машиностроительных предприятиях, главным образом в инструментальных производствах заводов:
г. Москва г. Москва г. Харьков г. Дзержинск
г. Москва г. Миасс
г. Москва
г. Москва
г.Коломна
г. Мытищи
Автомобильный завод АЗЛК (ПО "Москвич")
Автомобильный завод им. Лихачева (АМО ЗИЛ)
Завод "Поршень" (ПО "Тракторзапчасть")
ПО "Завод им. Свердлова" . Гос. предприятия "ПЛУТОН", "САЛЮТ",
"ВЗЛЕТ"
Уральский автомобильный завод (ПО УралАЗ)
г. Магнитогорск г. Малаховка г. Витебск
Московский электромеханический завод ЗВИ (АО ЗВИ)
Станкостроительный завод "КРАСНЫЙ ПРОЛЕТАРИЙ"
Завод тяжелого станкостроения (ПО Коломенский ЗТС)
Машиностроительный завод ММЗ (АО МетровагонМаш)
Ремонтномеханический завод "МАРС" (ПО Магнитогорский металлургический комбинат)
Малаховский механический завод (ГлавУглеМаш)
Машиностроительный завод "МЕГОМ"
На московских заводах ЗВИ и "КРАСНЫЙ ПРОЛЕТАРИЙ" разработка и внедрение результатов диссертации проводилась в рамках Государственной научно-технической Программы
"Технологии, машины и производства будущего" по направлению "Компьютеризированные интегрированные производства ". АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях, совещаниях, школах-семинарах: Всесоюзное совещание "Проблемы автоматического контроля" (Новосибирск, 1976), Школа-семинар "Проблемы автоматизации проектирования и управления качеством" (Москва, 1980), Межвузовская конференция "Теория систем и разработка АСУ" (Москва, 1977), "IV-й Всесоюзый семинар по исследованию операций и системному анализу" (Батуми, 1983), Международные конференции "Compcontrol-83", "Compcontrol-89", (ЧССР, Братислава 1983, 1989), 2-я Научно-техническая конференция "Автоматизация технологического проектирования и подготовки производства для станков с ЧПУ и ГАП" (Владивосток, 1986), Всесоюзная конференция КТИ-87 "Конструкторско-технологическая информатика, автоматизированное создание машин и технологий" (Москва, 1987), IV Международная конференция по гибким производственным системам (Ленинград, 1987), Международные конференции "14 IFIP Conference on System Modelling and Optimization" (ГДР, Лейпциг 1989), "7-th Int. IFIP/IFAC Conference on Software for Computer Integrated Manufacturing PROLAMAT-88" (ГДР, Дрезден, 1988), Конференция "Новые технологические процессы в механической обработке" (Одесса, 1992).
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 5 разделов, общих выводов, списка литературы и приложений. Приложения содержат часть документации по разработанному программному комплексу, примеры практического использования интегрированной системы управления на ряде предприятий и документы о внедрении результатов диссертационной работы в промышленную эксплуатацию.
Основной текст изложен на 295 страницах, содержит 46 рисунков, 16 таблиц и список литературы из 277 наименований.