Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния проблемы управления предприятием в условиях многономенклатурного производства обуви 8
1.1. Тенденции в интеграции производственных систем 8
1.2. Особенности современного производства специализированной обуви 12
1.3. Существующие системы автоматизации и интеграции процесса производства обуви 16
1.4. Стандартизация как условие успешного интегрирования предприятия 19
1.4.1. Классификация стандартов по интегрированию предприятия 20
1.4 .2. Стандартизация при разработке программного обеспечения 25
1.4.3. Стандартизация при решении задач инжиниринга 28
1.5. Выводы по первой главе (постановка задачи исследования) 38
Глава 2. Разработка объектно-функциональной системы управления предприятием для интеграции функционально-независимых систем 39
2.1. Определение производственной системы 39
2.2. Принципы построения объектно-функциональной системы управления предприятием 43
2.3. Построение модели формирования динамических сетевых структур управления в объектно-функциональной системе управления предприятием 52
2.4. Интеграция подсистем в объектно-функциональной системе управления предприятием 54
2.5. Выводы по второй главе 62
Глава 3. Автоматизация управления технологическими процессами с применением интеграции САПР и АСУТП АРК предприятия по производству специализированной обуви 63
3.1. Описание возможных вариантов организации производства обуви 63
3.2. Описание объекта проектирования 72
3.3. Описание САПР обуви 75
3.4 Описание АРК 79
3.5. Описание АСУП 82
3.6. Интеграция САПР, АРК и АСУП в объектно-функциональной системе управления производственным процессом 84
3.7.Выводы по третьей главе 91
Глава 4. Практическое применение автоматизации и управления технологическими процессами на примере многономенклатурного предприятия специализированной обуви 92
4.1. Введение 92
4.2. Структура предприятия без интегрирования (как было) 93
4.3. Структура предприятия с применением интегрированной системы управления (как стало) 96
4.4. Описание АСУП 100
4.5. Структурный анализ систем традиционного и многономенклатурного производств, с целью определения экономического эффекта от применения автоматизации технологических процессов 105
4.6. Выводы по четвертой главе 106
Общие выводы по работе 107
Список использованных источников 108
Приложение 1. Акты внедрения 118
Приложение 2. Свидетельство на программу «АСУП обувного производства» 120
Приложение 3. Расчет экономического эффекта полученного от применения автоматизации технологических процессов методом структурного анализа и проектирования систем (SADT) 121
- Классификация стандартов по интегрированию предприятия
- Интеграция подсистем в объектно-функциональной системе управления предприятием
- Интеграция САПР, АРК и АСУП в объектно-функциональной системе управления производственным процессом
- Описание АСУП
Введение к работе
Актуальность темы диссертационного исследования. В настоящее время растет интерес потребителей к специализированной обуви спортивного, хореографического и театрального направлений, учитывающей индивидуальные особенности человека Эту потребность необходимо удовлетворить, принимая во внимание условия рынок потребителей ограничен, мода требует постоянно изменять ассортимент, а экономическая устойчивость предприятия требует неустанно следить за конкурентными преимуществами Удовлетворить потребность, с учетом указанных условий, используя традиционные методы производства обуви, затруднительно. Для решения этой задачи необходимо автоматизировать управление технологическими процессами и интегрировать производство в целом Далее такое производство будет называться многономенклатурным производством
Экономически целесообразно реализовывать многономенклатурное производство специализированной обуви на малых предприятиях Однако малое предприятие не имеет финансовых возможностей для проведения затратных НИОКР Поэтому для организации и управления технологическими процессами на малых предприятиях наиболее рационально использовать известные технические решения автоматизации в интегрированном производственном комплексе При этом возникает проблема объединения функционально независимых систем, в том числе технологических машин, созданных в различное время различными производителями
Задачи автоматизации технологических процессов успешно реализованы для массового и серийного типов производств Однако для индивидуального производства применяется ручная работа в рамках кустарной мастерской Такой способ производства не позволяет выпускать продукцию нужного ассортимента с требуемой производительностью
В массовом производстве обуви автоматические линии обладают высокой производительностью и высокой жесткостью Для современного серийного производства характерно использование гибких автоматизированных раскройных комплексов (АРК), которые позволяют выпускать продукцию только в размерно-ростовочном ассортименте Применять АРК в единичном производстве неэффективно, так как время на подготовительно-заключительные работы по раскрою деталей потребуется больше, чем при ручном способе раскроя Для решения возшгтлей задачи предлагается автоматизировать технологические процессы, интегрировать типовой АРК серийного производства с типовым САПР обуви посредством АСУП и добиться того, чтобы производительность многономенклатурного производства равнялась серийной
Задачи интеграции производства рассматривались в работах отечественных и зарубежных ученых, Т М Алиева, Р А Алиева, З В Халдея, Ю Г Данилевского, О М Калина, С Л Ямпольского, Л В Пескова, С А Морева, Дж Вильяма и др
Повышение эффективности управления на основе применения информационных технологий рассматриваются Е 3 Зиндер, А А Емельяновым, Г Н Каляновым, Р И Макаровым, Б 3 Мильнером, А В Шеером,
Н Л. Карданской, С Н Колесниковым, А Д Чудаковым и др
Вместе с тем, методы интегрирования предприятия применительно к многономенклатурному производству специализированной обуви остаются еще малоизученными в силу специфических особенностей и разнообразия условий функционирования таких производств В связи с этим возникает необходимость в формировании методики интегрирования подсистем в многономенклатурном производстве, чтобы в полной мере использовать при этом потенциал информационных технологий Актуальность и недостаточная разработанность темы обусловили выбор направления диссертационного исследования
Цель диссертации состоит в повышении эффективности многономенклатурного производства специализированной обуви путем автоматизации управления технологическими процессами
Для достижения цели диссертационного исследования поставлены и решены следующие основные задачи:
Исследовано содержание интеграции автоматизированных систем предприятия и ее влияние на экономические показатели
Исследовано многономенклатурное производство специализированной обуви
Разработана методика и алгоритмы интегрирования функционально независимых систем (САПР и АСУТТТ) с учетом специфических особенностей функционирования многономенклатурного производства специализированной обуви
Разработанные алгоритмы и процедуры интегрирования проверены в условиях конкретного предприятия
В результате исследования достигнуто улучшение управляемости предприятием и получен значительный экономический эффект
Объектом исследования диссертационной работы является технологический процесс раскроя в многономенклатурном производстве специализированной обуви, предметом - автоматизация и управление технологическим процессом с применением интегрирования САПР и АСУТП АРК
Методы исследования. В исследованиях использовалась теория систем и системного анализа, теория управления промышленным производством, теория множеств, теория баз данных, методология структурного анализа и проектирования систем
Научная новизна.
Разработана автоматизированная система управления технологическими процессами многономенклатурного производства специализированной обуви на основе определения и совместного использования инвариантных информационных структур
Разработан способ интегрирования САПР и АСУТП тна основе их объединения посредством инвариантной информации в распределенных базах данных
3 Разработан алгоритм декомпозиции информационных объектов функционально независимых систем для поиска инвариантных информационных структур, позволяющих осуществить их интеграцию
Практическая ценность диссертационной работы заключается в реализации АСУП многономенклатурного производства специализированной обуви, в создании и применении методики управления технологическими процессами при производстве специализированной обуви, написании и применении программы для работы АСУП
Реализация результатов работы. Разработанная методическая основа автоматизации и управления технологическими процессами в многономенклатурном производстве специализированной обуви реализована на предприятии ИП Левыкина и прошла опытную эксплуатацию Система функционирует в течение двух лет и показывает свою эффективность
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Автоматизированная система управления технологическими процессами многономенклатурного производства специализированной обуви на основе определения и совместного использования инвариантных информационных структур
Способ интегрирования САПР и АСУТП на основе их объединения посредством инвариантной информации в рас хределенных базах данных
Алгоритм декомпозиции информационных объектов функционально независимых систем для поиска инвариантных информационных структур, позволяющих осуществить их интеграцию
Алгоритм автоматизированного управления единичным многономенклатурным производством
Программа для автоматизации планирования и управления производством обуви
Апробация работы Результаты работы прошли апробацию на 4 научно-практических конференциях Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Молодые исследователи - регионам» (Вологда), Международная научно-техническая Интернет-конференция «Информационные технологии в управлении и моделировании», международная научно-техническая конференция «Современные информационные технологии» (Пенза), III научно-практическая конференция «Электронные средства и системы управления» (Томск)
Публикации. По теме диссертации опубликованы 8 статей, одна из которых проходит по перечню изданий, рекомендованных ВАК для публикации результатов научных исследований для кандидатских диссертаций
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка источников и четырех приложений на 146 листах, содержит 41 рисунок, 13 таблиц, список источников из 101 наименования
Классификация стандартов по интегрированию предприятия
Стандарты в области интегрирования предприятия можно разделить на ряд групп. Классификация осуществляется по следующим критериям:
по организациям, которые разрабатывают стандарты;
по видам методического обеспечения процесса интегрирования предприятия;
по принадлежности к уровням процесса интегрирования предприятия.
Классификация организаций и разрабатываемых ими стандартов (рис.1) показывает, что современное состояние системы стандартов по интегрированию предприятия таково, что их разрабатывают организации трех типов (промышленные предприятия, государственные и международные организациями и общественные объединения научных школ и промышленных групп).
Промышленные стандарты регламентируют технические требования и условия для взаимодействия технических устройств. Семейство этих стандартов многочисленно и в основном связано с техническими средствами информационных систем. В качестве примера приведены две организации, разрабатывающие стандарты этого направления. Это ISA (Instrument Society of America), IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers). Международные стандарты описывают основные этапы и обеспечивают методическую поддержку моделирования процесса интегрирования предприятия. Примерами могут служить стандарты CEN (European Committee for Standardization) и ISO (International Standard Organization): TC310 WG1, ENV 40003, ENV 12204, ENV 13550, TC 184 SC4/SC5, ISO 10314, ISO 14258, ISO 15414/10746-3, ISO 15704, ISO 16668, ISO 18629, ISO 15531 (SC4), ISO/IEC 15288, ISO 16100.
Неофициальные стандарты разрабатываются такими организациями, как OMG (Open Management Group), OAG (Open Application Group), Open Group.
Эти организации заполняют пробелы в вопросах стандартизации. К числу таких стандартов относятся, например, ОМА (Open Management Architecture - открытая архитектура управления) известные как CORBA, OAGIS (Open Application Group Integration Specifications - группа открытых приложений спецификации интегрирования) и TOGAF (The Open Group of Architecture Framework). Эти стандарты обеспечивают преемственность вновь разработанных систем со старыми программами, которые содержат множество постоянно используемых данных. Они так же реализуют попытку обеспечения взаимодействия зарекомендовавших себя программ различных производителей. Стандарты (рис.2) поддерживают содержательную сторону процесса интегрирования предприятия. Так процессы создания моделей предприятия поддерживаются следующими стандартами: ISO 10314, ISA-dS95, ISO 15531 (MANDATE).
Процессы моделирования и инжиниринга предприятия включают стандарты двух групп. Это моделирование структур и языки моделирования.
К стандартам, поддерживающим проектирование структур, относятся: ISO 14258, ISO 15704, ENV 40003, ISO/IEC 15288. К стандартам, которые регламентируют использование языков проектирования системы интегрированного предприятия, относятся: ENV 12204, ISO 15414 (ODP), ISO 18629(PSL), ISO 10303-11 (STEP), ISO 16668 (BSR).
Группа стандартов в области информационных технологий и инфраструктуры включает в себя: ENV 13550, ISO 10746-3 (ODP), ISO 13281 (MAPLE), TOGAF, ОМА (CORBA), ISO 16100, OAGIS. Группировка стандартов по уровням интегрирования предприятия и задачам, которые они решают (рис. 3).
Между схемами (рис.2 и 3) существует взаимосвязь. Так стандарты по видам методического обеспечения процесса интегрирования предприятия (модели предприятия, моделирование и инжиниринг) относятся к уровню интегрирования бизнес-процессов. Группа стандартов ИТ службы и инфраструктуры относятся к среднему уровню - интегрирования прилоШриийром стандартизации процесса интегрирования предприятия на физическом уровне является стандарт ISO 7498. Данный стандарт имеет тройной заголовок «Информационно-вычислительные системы - Взаимодействие открытых систем - Эталонная модель». Основной идеей этого стандарта, является разбиение процесса информационного взаимодействия между системами на уровне с четко разграниченными функциями. Преимущества разбиения на слои интегрированных систем взаимодействия заключаются в том, что обеспечивается независимость уровневых стандартов, поддерживается модульность разработок аппаратных средств и программного обеспечения информационно-вычислительных систем.
В соответствии с ISO 7498 выделяются семь уровней (слоев) информационного взаимодействия: уровень приложения, уровень представления, уровень сессии, транспортный уровень, сетевой уровень, канальный уровень, физический уровень.
Информационное взаимодействие двух или более систем, таким образом, представляет собой совокупность информационных взаимодействий уровневых подсистем, причем каждый слой локальной информационной системы взаимодействует только с соответствующим слоем удаленной системы.
Интеграция подсистем в объектно-функциональной системе управления предприятием
Общая теория систем строится на определениях и аксиомах сформулированных в терминах теории множеств. В этом случае система весьма просто и естественно определяется как отношение на языке теории множеств. Ниже рассматриваются математические структуры, необходимые для исследования различных свойств систем.
Объекты в теории ОФСУ определяется как отношение на не пустых множествах и математически записывается в следующем виде [52]
Рассмотрим простейший случай, когда интегрируются две подсистемы, имеющие различную функциональность. Эти подсистемы поддерживают некоторый технологический процесс. Алгоритмы реализации интеграции подсистем (рис. 18).
Такой случай встречается тогда, когда производители систем различные и интерфейсы не позволяют передавать данные напрямую. Для информационного обеспечения интеграции двух подсистем предлагается рассмотреть три варианта прохождения информации. Выделим три варианта прохождения информации через интерфейсную часть между подсистемами.
В первом варианте информация не теряет своей актуальности при переходе от одной подсистемы к другой. Во втором варианте информация является актуальной только на этапе исполнения процесса в первой системе. В третьем варианте актуальность информации появляется на этапе выполнения процесса во второй подсистеме (рис.19).
Наличие интерфейсной части, если нет возможности построить алгоритм преобразования информации из одного формата в другой, требует ручной обработки или контроля со стороны оператора.
Рассмотрим применение теории объектно-функционального управления многономенклатурным производством специализированной обуви, функционирующим согласно алгоритму (рис. 21).
В рамках теории предлагается вариант информационной интеграции функционально-независимых систем (рис. 20) в единую производственную систему с использованием функций технологического процесса (табл. 2).
Рассматриваемые множества:
ПС - множество, описывающее производственную систему; ОП - множество объектов производства (изменяемые объекты); ОП - подмножество объектов производства в виде кроя; ОП - подмножество объектов производства в виде кроя, на центральном складе (ЦС);
ОП3 - подмножество объектов производства в виде заготовок; дррцс _ подмножество объектов производства в виде заготовок, на центральном складе (ЦС); ОТП - множество объектов технологического процесса (ТП) (изменяющие объекты);
ОПС - множества объектов производственной системы; СОП - множество свойств объектов производства
Согласно решаемым задачам, для построения интегрированного многономенклатурного производства необходимо перевести производственные функционально-независимые системы в состояние функционально-зависимых подсистем, при помощи алгоритма (рис. 20).
Блоки 2 и 3 (рис.20) отвечают за поиск критерия интеграции, который является не пустым множеством и может быть использован для обмена данными между системами.
Интеграция САПР, АРК и АСУП в объектно-функциональной системе управления производственным процессом
Для интеграции САПР и АРК необходимо передавать данные от САПР и получать данные на АРК посредством АСУП. Используем для этого файлы в формате HPGL - это можно принять как интегрирующий критерий.
Основной принцип интеграции АСУП - АРК по 3-му варианту раскроя.
Т. к. метод сбора раскроенных деталей - подсветка по размеру, а в многономенклатурном производстве в одном ССЗ могут находиться любое количество пар любого размера, т. о. размер, как отличительный признак не может быть применен. Поэтому каждая пара должна иметь свой номер в ССЗ - номер ячейки.
Сбор деталей должен производиться по номеру в ССЗ.
После подбора ГО ССЗ в HPGL-файлах необходимо поменять в метке например LB Size:240 на номер в ячейке ССЗ например LB Size:001. Изменив во всех подобранных для ССЗ HPGL-файлах размер на номер в ССЗ можно получить индивидуальный идентификатор для подсветки при сборе деталей и не ошибиться относительно принадлежности некоторой детали строго определенной паре.
Вывод: Основной принцип интеграции АСУПАРК в многономенклатурном производстве - замена номера размера на номер в ССЗ.
С учетом формата HPGL АСУП сможет автоматизировать работу по подбору геометрических образов и приведению АРК в состояние полуавтомата. Традиционно оператор АРК назначает образы для работы вручную. Этот процесс будет эффективно реализован при серийном производстве (ручное управление АРК), но абсолютно не эффективен многономенклатурном производстве (АРК - полуавтомат). И вообще процесс подбора образов необходимо забрать у оператора АРК и автоматизировать. Таким образом, можно применять АРК как полуавтомат, а оператор будет задействован только в операциях загрузки и выгрузки.
База геометрических образов.
Для решения задачи подбора геометрических образов (ГО) необходимо программное средство подбора ГО. Из этого следует, что ГО всех моделей должны находиться в каком-то определенном месте, назовем это базой геометрических образов (БГО). ГО всех деталей всех моделей должны быть строго идентифицированы. Одно из решений БГО представляет из себя директорию, в которой хранятся HPGL-файлы. Каждый HPGL-файл имеет уникальное название и хранит в себе ГО одной детали в HPGL-инструкциях и параметры детали: площадь детали, длину периметра, материал, из которого она изготавливается и другие параметры.
Используя параметры детали как переменные, становится возможным минимизировать количество ГО в БГО. А так же использовать параметры для управления многими процессами: расчетом расхода материалов, статистическими расчетами, формированием сменно-суточного задания и др.
База данных геометрических образов в формате HPGL составляет более 80 тысяч файлов для 760 различных вариантов изделий.
Некоторые примеры работы АСУП. САПР, АРК Пример создания ГО (рис. 356), практическая реализация этого ГО (рис. 35а), HPGL-файл К_71 до интеграции (табл. 6), HPGL-файл KJ71 после интеграции (табл. 7).
Составление системы функционирования многономенклатурного производства
Для функционирования многономенклатурного производства необхо-и спользовать множество ОТП (табл. 2), компьютеризировать места учета (табл. 8), определить функции интегрируемых подсистем (табл. 9), рассмотреть цели и задачи интегрированных подсистем (табл. 10)
Описание АСУП
Функции автоматизированной системы управления многономенклатурным предприятием специализированной обуви реализованы с помощью разработанного программного обеспечения. Предприятие состоит из нескольких звеньев (участков), каждое из которых выполняет свои определенные функции. Поэтому программное обеспечение [68] состоит из нескольких отдельных автоматизированных рабочих мест (АРМ) (рис.38).
Рассмотрим кратко работу каждого АРМ.
1. АРМ диспетчера производства
2. АРМ модельера на базе САПР АСКО.
3. АРМ работника склада материалов (в режиме мультимедиа).
4. АРМ работника центрального склада (в режиме мультимедиа).
5. АРМ работника ОТК (в режиме мультимедиа).
6. АРМ работника склада готовой продукции (в режиме мультимедиа).
7. АРМ бухгалтера
8. АРМ информационного центра (в режиме мультимедиа).
9. АРМ оператора автоматизированного раскройного комплекса.
АРМ диспетчера производства
Данная программа установлена на складе готовой продукции, где осуществляется прием заказов и отгрузка заказов.
На данном этапе оператор вносит новые заказы в Общую базу заказов, с помощью набора соответствующих параметров, полученных от заказчика по факсу или по электронной почте. Либо данные заносятся автоматически, если заказчик пользуется разработанной для него программой CLIENT, которая предоставляет данные в нужном формате (рис.39).
Далее из Общей базы заказов формируется суточное задание для раскройного цеха. Задание формируется согласно различным критериям. Производится подсчет необходимых для выполнения суточного задания материалов.
Далее задание отправляется для вырезания в раскройный цех с комплектом документов и набором паспортов, которые снабжены штрих-кодом с закодированным индивидуальным идентификационным кодом каждой пары. Каждая пара снабжена паспортом, несущим полную информацию о ней.
Также отправляется запрос на Склад материалов, на выдачу необходимых материалов для раскройного цеха.
После раскройного участка выкроенные детали с паспортами принимаются на центральный склад (рис.40).
АРМ работника склада материалов (в режиме .мультимедиа)
Данная программа установлена на складе материалов, где осуществляются складские операции Прихода-Расхода материалов и товарно-материальных ценностей. Ведется складской учет. Осуществляется выдача запросов на приобретение заканчивающихся материалов.
АРМ работника центрального склада (в режиме мультимедиа)
Данная программа установлена на центральном складе, где осуществляются распределение работы среди рабочего персонала, и учет выполненных работ.
Каждый работник имеет свой табельный номер закодированный в штрих-коде расположенном на карточке работника. На центральном складе осуществляется прием-выдача работы, путем прочтения сканером штрих-кода работника и штрих-кода паспорта пары. Таким образом, осуществляется контроль над движением пары внутри производства, а также по необходимости возможно назначение конкретных пар конкретным работникам. Благодаря этому возможен мгновенный поиск интересующих пар в производстве, с получением полной информации: где и у кого она находится в данным момент, когда и кому она выдана и кем сдана.
После прохода всего технологического процесса пара отправляется в Отдел технического контроля (рис.41).
АРМ работника ОТК (в режиме мультимедиа)
Данная программа установлена в Отделе технического контроля, где осуществляются контроль качества выпускаемой продукции и её упаковка, со снабжением обуви этикетками и гарантийными талонами.
При прочтении штрих-кода на паспорте пары распечатываются все необходимые клейкие этикетки к этой паре и происходит запись сдачи работы работником. Далее пара отправляется на Склад готовой продукции (рис.42).
АРМ работника склада готовой продукции (в режиме мультимедиа)
Данная программа установлена на складе готовой продукции, где осуществляется прием заказов и отгрузка заказов.
В данной программе осуществляется прием готовой продукции на склад, а также её отгрузка клиентам, с распечаткой всех необходимых документов (накладных, счетов-фактур)
Похожие диссертации на Автоматизация и управление технологическими процессами многономенклатурного производства специализированной обуви
