Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния и проблем оперативного планирования и управления литейным производством и планирования потребности в шихтовых материалах 10
1.1 Взаимосвязь технологического процесса литья и процесса формирования составов шихтовых компонентов 10
1.2 Анализ методик нормирования расхода основных материалов литейного производства и использования норм в оперативном планировании литейного производства 20
1.3 Модели и системы автоматизации планирования производства. Проблемы планирования потребности в материалах литейного производства в ERP-системах 32
1.4 Цели и задачи исследования 39
Выводы по первой главе 39
Глава 2. Разработка модели оперативного планирования и управления литейным производством 41
2.1 Моделирование бизнес-процессов оперативного планирования и управления литейным производством 41
2.2 Разработка модели оперативного планирования и управления литейным производством 52
2.2.1 Взаимосвязь планирования потребности в материалах и расписания плавок 55
2.2.2 Построение графика выпуска отливок 58
2.2.3 Построение графика запуска отливок в производство 67
Выводы по второй главе 74
Глава 3. Оперативное планирование потребности и закупок шихтовых материалов 75
3.1 Оптимизация составов шихты в литейном производстве 76
3.1.1 Применение метода линейного программирования для расчета и оптимизации состава шихты 76
3.1.2 Оптимизация шихтового состава с учетом прогнозных величин запасов материалов и ограничений расписания плавок 83
3.2 Разработка модели планирования закупок шихтовых материалов с
учётом оптимизации их состава для приготовления сплава 98
3.2.1 Формирование потребности в основных материалах 98
3.2.2 Разработка модели оперативного планирования закупок шихтовых материалов 103
Выводы по третьей главе 112
Глава 4. Реализация модели оперативного планирования и управленияшитеиным производством в erp-системах 113
4.1 Структура системы, управления» и выбор модели автоматизированного планироватдалитейного производства в системе Baan ERP 113
4.2 Описание входной, выходной информации и базовых настроек модулей автоматизированной системы.управления 121
4.3 Процедура автоматизированного оперативного планирования и управления и планирования потребности в материалах в Baan ERP 140
Выводы по четвертой главе 147
Основные результаты 148
Список литературы 150
- Взаимосвязь технологического процесса литья и процесса формирования составов шихтовых компонентов
- Моделирование бизнес-процессов оперативного планирования и управления литейным производством
- Применение метода линейного программирования для расчета и оптимизации состава шихты
- Структура системы, управления» и выбор модели автоматизированного планироватдалитейного производства в системе Baan ERP
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Литейное производство характеризуется сложной производственной структурой, принципы управления отдельными элементами которой отличаются между собой. Производственный процесс в литейных цехах состоит из большого числа взаимосвязанных, но существенно отличающихся друг от друга операций. Разветвленность структуры управления литейным производством, разделение технологических операций в производстве и во времени, большая * номенклатура отливок и исходных материалов- порождают сложности оперативного планирования производства и его материального обеспечения:
Современные автоматизированные системы управления, часто позволяют решить задачу оперативного планирования производства и планирования потребности в материальных ресурсах во многих отраслях. Применительно к литейному производству, решение этой задачи затруднено по следующим* причинам:
— использование основных материалов в литейном, производстве характеризуется многовариантностью, которая связана, во-первых, с допусками долей химических элементов в получаемых сплавах (в пределах, 0,1—3% для, различных сплавов и элементов), во-вторых, с множеством комбинаций» исходных материалов, которыми может быть получен сплав требуемого состава и технических свойств (до 20-30 компонентов шихты). В связи с этим, определение составов исходных материалов при формировании производственного плана и плана потребности в материалах также многовариантно;
-на большинстве предприятий при планировании потребности в материалах используются* нормативы, которые отражают усредненные величины расхода материалов. В то же время; фактическая величина перерабатываемых шихтовых материалов' зависит от конкретного технологического- процесса, специфики оборудования, параметров отливок, и в каждом случае может
5 значительно отличаться от установленного нормативами. Это является предпосылкой для некорректного планирования и появления избыточных запасов или нехваток основных материалов;
в процессе оперативного планирования производственно-диспетчерскими службами и службами снабжения предприятий не учитываются прогнозные величины запасов оборотных материалов, планируемых к поступлению в процессе выполнения плана, либо учитываются их усредненные величины. В условиях неравномерного производства это затрудняет прогнозирование величин запасов и расчет потребности в основных материалах;
при планировании потребности и анализе обеспеченности плана производства материалами, как правило, не применяются научно-обоснованные методики оптимизации состава шихты. Современные методики оптимизации составов первичных и оборотных материалов, основаны на известных математических моделях и различных программных решениях, в то время как в реальном литейном производстве применение результатов.моделирования весьма ограничено по ряду технических и экономических причин. Основнойшричинош является отсутствие координации между оптимизационными расчетами1 и системой оперативного планирования и управления литейным производством.
Для^ идентификации связей между элементами литейного производства, отражения многовариантности протекания процессов и выявления их узких мест необходимо создание формализованного описания бизнес-процессов* управления литейным производством и обеспечением материальными ресурсами в виде моделей бизнес-процессов. С учетом этого в работе описана методика моделирования и построена модель бизнес-процессов управления литейным производством.
С целью решения комплексной задачи оперативного управления литейным производством и устранения недостатков существующих систем оперативного планирования, в работе предложены* модель оперативного* планирования, и управления литейным производством, модель планирования потребности в основных материалах, а также модель планирования закупок с возможностью
оптимизации затрат. В качестве реализации разработанных моделей, в работе предложено программное решение по автоматизации планирования литейного производства в среде интегрированной системы управления предприятием.
В своей работе автор опирается на труды отечественных и зарубежных ученых, определивших методологические принципы исследования- сложных социально-экономических объектов, это:
— в области организации и управления производством: Б.С. Балакшин,
Б.Г. Ильясов, Г.Г. Куликов, А.В. Речкалов, И.Ю. Юсупов и др.;
-в области моделирования процессов управления предприятием: А.В. Шеер, Л.А. Исмагилова, Р.Г. Валеева и др.;
— в области решения задач методами математического программирования:
Р. Беллман, Е.С. Вентцель, С.Дрейфус, Л.В: Канторович, Э.А. Мухачева и др.;
-в области оперативно-календарного планирования производства: В.Л. Максвелл, П. Брукер, Д.С. Джонсон, С.А. Думлер, С.А. Соколицын, B.C. Танаев, СВ. Севастьянов и др.;
— в области технических и экономических основ литейного производства:
В.М. Шестопала, Я.А. Гольбина и др.
Диссертация является-результатом исследований, проводимых на кафедре АСУ УГАТУ по проблемам управления производством и внедрения интегрированных систем управления предприятием.
Целью диссертационной работы является разработка модели автоматизированного оперативного планирования и управления литейным производством и обеспечением основными материалами в среде интегрированной системы управления предприятием.
Для достижения цели работы поставлены и решены следующие задачи исследования:
1. Разработать модель оперативного планирования и управления литейным производством и планирования потребности в основных материалах с учетом прогнозных величин запасов оборотных материалов.
Разработать модель оперативного планирования закупок основных материалов литейного производства с использованием оптимизации составов шихтовых компонентов по совокупной стоимости.
Разработать программное решение, структуру системы управления и внедрить в производство автоматизированную систему оперативного планирования и управления литейным производством и закупками материалов.
Методы исследования. Полученные автором результаты базируются на теории организационного управления, методологии системного моделирования, методах оперативно-календарного планирования производства, методах управления литейным производством, методах математического программирования, разработках в области автоматизации управления производством и внедрения интегрированных систем управления предприятием.
На защиту выносятся:
Модель оперативного планирования и управления литейным производством и планирования потребности в основных материалах, основанная на построении производственного плана-графика и использовании прогнозных величин запасов оборотных материалов, образуемых от запланированных плавок.
Модель оперативного планирования закупок основных материалов литейного производства, основанная на модели оперативного планирования производства и потребности в основных материалах, анализе возможности обеспечения материалами и закупке наиболее оптимального по совокупной стоимости состава шихты.
Программное решение по реализации предлагаемых моделей и алгоритмов в среде ERP-системы, заключающееся в описании структуры системы управления, состава входных и выходных данных, определении настроек автоматизированной системы оперативного планирования производства и описании процедуры оперативного планирования, и управления.
Научная новизна решения поставленных задач:
1. Научная новизна модели оперативного планирования и управления литейным производством и планирования потребности в основных материалах
8 состоит в использовании прогнозных величин запасов оборотных материалов, образуемых от запланированных плавок, при расчете составов шихты и потребности в материалах.
Научная новизна модели оперативного планирования закупок материалов состоит в координации оптимизационных расчетов составов закупочной номенклатуры шихты с моделью формирования производственного плана-графика и плановой потребности в шихтовых компонентах, с целью прогнозирования минимальной совокупной стоимости закупки материалов.
Научная новизна программного решения по автоматизации оперативного планирования и управления литейным производством и закупками материалов состоит в использовании моделей по п. 1,2 и отличается тем, что при решении-поставленных задач модель автоматизации планирования и управления системы BaanERP дополнена новыми алгоритмами управления.
Практическую ценность работы составляют:
Методические материалы по оперативному планированию и управлению литейным производством, планированию потребности в основных материалах, позволяющие планово-экономическим, планово-диспетчерским службам предприятий отрасли формировать планы-графики запуска и выпуска изделий, а на их основе, службам снабжения формировать планы.потребности в материалах в натуральных и стоимостных единицах.
Методические материалы по оперативному планированию закупок основных материалов, позволяющие осуществлять закупки, скоординированные с планом производства по срокам поставки, номенклатуре материалов и количеству, а также прогнозировать закупки с учетом оптимизации составов шихты по совокупной стоимости и выявлять резервы для сокращения затрат на материалы.
Программное решение по автоматизации оперативного планирования и управления литейным производством и закупками материалов в среде ERP-системы, а также методические материалы по настройке автоматизированной системы Baan ERP и внедрению модели автоматизированного оперативного
9 планирования и управления литейным производством и закупками основных материалов.
Внедрение результатов. Основные результаты диссертационной работы внедрены на ОАО «Балашихинский литейно-механический завод» и в учебном процессе УГАТУ.
Апробация работы. Положения диссертации и. результаты исследований докладывались на международной конференции «Computer Science & Information Technology, GSIT 2005», г. Уфа, УГАТУ, 2005, на Международной-научно-практической конференции «Реинжиниринг бизнес-процессов на основе современных информационных технологий. Системы, управления знаниями», г. Москва, МЭСИ; 2005; на научной конференции с международным участием «Управление экономикой: методы, модели, технологии», г. Уфа, УРАТУ, 2006, на международной- научно-практической конференции «Современная техника и технологии СТТ 2008», г. Томск, 2008.
Публикации. Список публикаций по теме диссертации содержит 9 работ, в том числе 1 статья в рецензируемом научном журнале из списка ВАК, б статей и материалов научно-практических конференций, 2 свидетельства об официальной" регистрации программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, списка литературы, содержит 184 листа машинописного текста и включает 38 рисунков, 38 таблиц, 127 наименований использованных литературных источников.
Автор выражает благодарность коллективу кафедры АСУ УГАТУ и ОАО «Балашихинский литейно-механический завод», а также лично профессору А.В Речкалову., профессору Г.Г. Куликову за оказанную помощь в организации проведения исследований и оформлении диссертации.
Взаимосвязь технологического процесса литья и процесса формирования составов шихтовых компонентов
Литейные производства характеризуются наличием сложной структуры управления. Одной из причин этого является большое число вариантов протекания одних и тех же процессов. Данная особенность литейного производства хорошо иллюстрируется на примере процесса оперативного планирования производства и потребности в основных материалах. С целью анализа проблемной области, предварительно рассмотрим технологический процесс литейного производства.
Технологические процессы в литейном производстве могут значительно отличаться друг от друга по составу операций в зависимости от вида литья, марки сплава, способа переплава, специфики оборудования и требуемых технических параметров сплавов и отливок. Однако, в любом случае, литейное производство связано с переплавом исходных материалов, приготовлением сплава требуемого состава и технических свойств и последующей заливкой форм [4,11,12,16,19,21]. Таблица 1
Стадии технологического процесса некоторых видов литья Стадии технологического процесса Литье в песчаные формы Литье в кокиль 1. Подготовка холодильников 1. Изготовление стержней 2. Подготовка каркасов 2. Зачистка стержней 3. Изготовление стержней 3. Контроль стержней 4. Сушка стержней 4. Приготовление сплава 5. Подготовка стержней 5. Подготовка кокиля к работе, сборке, заливке 6. Контроль стержней 6. Заливка 7. Изготовление и сборка формы 7. Выбивка стержней 8. Приготовление сплава 8. Удаление литниковой системы 9. Подготовка тиглей 9. Термообработка 10. Обработка сплава 10. Разметка. 11. Заливка формы 11. Рентгеноконтроль 12. Контроль заливки 12. Окончательный контроль 13. Выбивка отливки из формы 13. Сдача отливки 14. Выбивка стержней из отливки 15. Нулевой контроль 16. Обрезка выпоров, обрубка 17. Очистка отливки 18. Исправление дефектов 19. Разметка 20. Термообработка 21. Рентгеноконтроль 22. Окончательный контроль 23. Сдача отливки Шихта представляет собой набор исходных материалов в определённом расчётном соотношении, подготовленных для переплава в целях получения металла требуемого химического состава и технических свойств. Шихту разделяют на металлическую и неметаллическую часть [2,26,30,110,111].
Рассмотрим подробнее технологический процесс приготовления сплава и зависимость расхода основных материалов от технологического процесса. Для этого пишем последовательность движения запасов материалов и формирования составов шихтовых компонентов для плавки [61,64,66,90,118].
Формирование составов шихты плавок обычно начинается с определения состава и классификации компонентов, которые могут сформировать конечный состав шихты [24,30,61,68]. Для этого удобно разбить совокупность компонентов по группам по критерию источника возникновения в литейном цехе:
1). Первичные компоненты kj, к2,..., кп. Представляют собой первичные металлы и сплавы, лигатуры. На участки заливки данные компоненты транспортируются из цехового склада основных материалов, куда поставляются службой снабжения предприятия. Использование определённого первичного компонента в плавке зависит от его наличия на цеховом складе. На примере, доступные на цеховом складе покупные металлы и сплавы к], к ..., кп входят в шихтовой состав для плавки в печи 2 с массами Gum— Gknm кг [110,111].
2). Возвратные (оборотные) металлы. Помимо свежих компонентов, в состав шихты могут войти возвратные отходы собственного производства [114]. Обычно вторично переплавляемые металлы разделяют на отходы 1-го, 2-го и 3-го сортов. С точки зрения управления запасами оборотных материалов, отходы по источнику возникновения также можно разделить на подгруппы: а) возвратные отходы 1-го сорта: крупные и мелкие выпора, вертикальные колода, чистые литники и коллекторы [28]. Источником для данной группы материалов являются отходы отливок с предыдущих плавок, прошедших первичную механическую обработку: обрубку и отрезку литников и т.д. На примере, показанном на рисунке 1, такие возвратные отходы пополняют цеховой запас основных материалов после обработки отливок 1 и 2. Масса возврата собственного производства, сдаваемого на цеховой склад, после плавки в печи 1 составляет GB1+GB2- В общем случае, масса возвратных отходов от каждой плавки равна сумме отходов, полученных при обработке каждой литой заготовки, полученной в результате этой плавки; б) бракованные отливки, признанные негодными и готовые к вторичному переплаву. Запасьгбракованных изделий могут возникать в двух случаях: - отливки, признанные негодными по результатам внутреннего контроля и готовые к переплаву; — возвращенные отливки, брак которых выявлен у потребителя. На рисунке 1 бракованные отливки пополняют запас возврата собственного производства на величину веса бракованной отливки ЄВСПБР , в) возвратные отходы второго сорта (мелкие обрезки, выпора и коллекторы с пригаром формовочной и стержневой смеси, донный осадок). Источники появления запасов отходов второго сорта аналогичны источникам отходов первого сорта. г) отходы третьего сорта (стружка, опилки, стояки с пригаром стержневой смеси, остатки из чаш, сплесы, металл из шлаков) применяются крайне редко и в ограниченном количестве, поскольку их первичная переработка связана со значительными затратами. Отходы третьего сорта вносят в получаемый сплав значительное число примесей, которые по технологии производства не всегда могут быть допущены, в зависимости от марки приготовляемого сплава и его конечных технических характеристик. 3). Предварительные (промежуточные) сплавы. Предварительные сплавы применяются для приготовления конечных рабочих сплавов добавлением в них недостающих компонентов и доводкой сплава. Промежуточные сплавы могут храниться как в расплавленном, так и замороженном виде.
Таким образом, состав шихты для переплава могут составлять покупные свежие металлы и сплавы, промежуточные сплавы, возвратные отходы собственного производства и брак, готовый к переплаву [20,22,69]. На рисунке 1 эти компоненты входят в состав шихты для плавки в печи 2 с массой Gsm кг.
Свежие металлы и сплавы, по действующим требованиям технологических процессов и технологических инструкций [48-50], являются неотъемлемыми, компонентами состава шихты. Исходя из этого, для литейных и машиностроительных предприятий, не имеющих внутреннего производства по переработке сырья и изготовления? исходных материалов, либо для предприятий, где имеется возможность получения неполной номенклатуры первичных металлов и сплавов, неизбежно возникает потребность в их закупке. Таким образом, цеховые запасы компонентов шихты к і, к2,..., кп пополняются за счет закупочных партий, обозначенных на рисунке 1 как Pki— Ры с массами закупленных материалов соответственно А /- А Ал Для получения металла одного и того же состава и механических свойств могут быть использованы различные составы шихтовых компонентов. В первую очередь, такая многовариантность использования компонентов возникает за счёт комбинирования различных исходных металлов и сплавов. Расход неметаллических компонентов и их состав представляет собой постоянную величину, зависящую от вида литья, способа переплава, вида оборудования- и других факторов производства [81,111].
Моделирование бизнес-процессов оперативного планирования и управления литейным производством
Для решения задачи оперативного планирования и управления литейным производством необходимо целостное описание существующей системы управления процессами литейного производства. Это описание позволит: - структурировать связи между отдельными управленческими функциями, процессами и технологическими операциями; - отобразить возможные сценариипротекания процессов; - провести анализ системы управления для последующей автоматизации процессов; — провести анализ процессов и их связей для выявления возможности их оптимизации.
В качестве метода целостного описания деятельности производственного предприятия может выступить системное моделирование бизнес-процессов [31,59,60].
На сегодняшний день одним из наиболее распространённых является функционально-ориентированный подход к моделированию бизнес-процессов [72,76,77,97,98,117], основанный на выделении жёсткой структуры и иерархии функций. Другим подходом к описанию бизнес-процессов является процессный подход [37-39,43,45,99], ориентированный не на построение иерархии функций, а на построение сети бизнес-процессов и выстраивание отношений между ними.
В зависимости от цели моделирования, могут применяться различные методики выделения процессов. В настоящее время- одним из наиболее распространенных и приемлемых способов выделения процессов является подход «Ресурс-процесс» [100,103,104].
В связи с тем, что производственные процессы являются основой формируемых бизнес-процессов, данный подход предполагает идентификацию процесса как целенаправленного действия над ресурсом. Процесс рассматривается как определённая стадия жизненного цикла ресурса. В соответствии с данным подходом, определяется множество ресурсов предприятия R = {rv...,r„} и множество типовых процессов жизненного цикла Р = {рх,...,рк).
Принимается, что ресурсы и типовые процессы жизненного цикла не имеют отношений иерархии, то есть рассматриваются одноуровневые множества. Бизнес-процессы нижнего уровня (технологические операции и процедуры) промышленного предприятия представляют собой пересечение множества ресурсов предприятия с множеством типовых стадий жизненного цикла ресурсов, т.е. Bw = {bwl,...,bHk}. При этом В =с [R uР], где с - оператор выбора. Применительно к машиностроению, производственные процессы можно рассматривать как основные процессы. Совокупностью основных процессов необходимо управлять. Поэтому в общей системе управления производственным предприятием выделяется отдельно множество процессов управления. Принцип выделения процессов управления предлагается строить на основе совокупности функций управления: нормирование, планирование, учет, контроль, анализ, регулирование [57,58,101]. Перечисленные функции управления применительно к машиностроению можно перегруппировать следующим образом: планирование, организация, учет, контроль, анализ. Каждая из функций управления бизнес-процесса в свою очередь реализуется одним или несколькими бизнес-процессами управления. Для каждого бизнес-процесса b[weBw определяется множество бизнес-процессов управления. Втф), где Вт ={bmX ...,bmp} образует полное множество1 бизнес-процессов управления.
Функция нормирования в текущей ситуации по отрасли относится не- к оперативному управлению производственным процессом, а предполагает некоторую периодическую работу по формированию и поддержке актуального состояния нормативно-справочной информации. Классически, данная функция управления, рассматривается как процесс, результаты которого распространяются на все остальные процессы.
Функция регулирования, предполагает формирование управленческих воздействий на объект управления по результатам контроля и анализа. Принятие решений и действия руководителя зависят от того, какая информация послужила источником для выполнения функции регулирования. Таким образом, чтобы не разрывать контур управления, эти действия могут быть включены в соответствующие функции управления (контроль или анализ). Это позволяет не выделять отдельно функцию регулирования.
Для полноценного отражения действий руководителей, ответственных за обеспечение ресурсами; вводится функция организации. Это действия по заказу ресурсов, выбору поставщиков материальных ценностей, оценке вариантов обеспечения, выбору подрядчиков и т.д. Как правило, описанная функция разбивается и относится к функциям планирования и исполнения. Но в условиях существования большого числа вариантов обеспечения и использовании материальных ресурсов (напр., основных и вспомогательных материалов) целесообразно выделить эти действия в отдельную функцию.
Вышеперечисленные функции управления в совокупности с объектом управления составляют замкнутый контур управления. Объектом управления в замкнутом контуре управления, является производственный процесс (процесс исполнения).
Отдельно от основных процессов, и процессов управления предлагается5 выделять обеспечивающие процессы. Метод выделения- обеспечивающих процессов зависит от цели системного моделирования: к идентификации обеспечивающих процессов также применяется метод «ресурс-процесс», но эти группы процессов выносятся отдельно как процессы, не участвующие напрямую в создании результата основных процессов, но необходимые в качестве окружения основных процессов.
Детализация описания процессов строится по принципу «декомпозиция-композиция». Число уровней декомпозиции модели определяется целью моделирования и спецификой предметной области. Поскольку целью моделирования является описание системы управления литейным производством для внедрения автоматизированной системы управления, то предлагается выделять следующие уровни модели. Процессы первого уровня представляются как укрупненные процессы самого верхнего уровня. Процессы второго уровня представляют собой также процессы верхнего уровня, но с некоторой детализацией для описания системы управления и исполнения определенного процесса верхнего уровня: Процессы третьего уровня отражают агрегированные процедуры исполнения, полный цикл преобразования ресурсаи управления этим процессом. Процессы четвёртого уровня представляют собой далее неделимые операции- над ресурсами; применительно к описанию литейного предприятия — это технологические операции и операции по оформлению документации [44,45,51,52,120,121]. Таким образом, применение описанной методики системного моделирования к описанию процессов литейного производства позволяет построить модели существующего процесса управления и модели управления с учетом внедрения автоматизированной системы..
Модель бизнес-процессов может быть реализована в одной из нотаций существующих средств моделирования. Для выбора инструментария моделирования необходимо сформировать требованиям функционалу и нотации программного продукта.
Применение метода линейного программирования для расчета и оптимизации состава шихты
Литейные сплавы металлов получают в основном сплавлением исходных материалов. Для этого используют как чистые металлы и неметаллические материалы, так и заранее приготовленные сплавы (лигатуры, вторичные сплавы), а также лом и отходы собственного производства, составляющие шихту.
С целью оценки влияния различных операций на состав выплавляемого сплава, технологический процесс приготовления сплавов условно можно разделить на пять стадий: расчет шихты, дозирование материалов и загрузка их в плавильный агрегат, расплавление шихты, корректировка состава и доводка сплава. При этом влияние процессов испарения, взаимодействия с газовой, атмосферой, футеровкой печи, а также со шлаками и флюсами, происходящих в течение трёх последних стадий, на изменение химического состава расплава учитывают введением величины угара элементов на различных стадиях технологического процесса.
На каждой стадии процесса приготовления сплава неизбежны определенные затраты, обусловленные расходом шихтовых материалов, энергоресурсов, огнеупоров, рафинирующих и модифицирующих присадок. Эти затраты оказывают решающее значение на определение цены каждой стадии. Общие затраты на приготовление сплава равны сумме затрат на отдельных стадиях можно выразить как: F = FI+F2+F3+F4+F5. (3.1) Наибольшая экономия сырьевых и энергетических ресурсов достигается при последовательной оптимизации затрат на всех стадиях технологического процесса приготовления сплава. Максимальная экономия ресурсов возможна при условии, если расходы на каждой стадии минимальны. В этом случае, общие расходы также получаются минимальными: min F = min Fj + min F2 + min F3 + min F4 + min F5. (3.2) Функция F, по значению которой выполняется оптимизация, является целевой. В общем случае, она не является линейной, так как расход энергоресурсов, производительность печей, угар металла, нелинейно зависят от характеристики шихтовых материалов (компактность шихты, чистоты по примесям, содержания легирующих элементов и др.) и времени присадки их в плавильный агрегат. Такая задача в целом успешно решается методом динамического программирования [14,15]. При выплавке сплавов цветных металлов ввиду высокой стоимости исходных материалов основная доля расходов приходится на шихту. Отсюда следует, что возможность существенного снижения затрат прежде всего связана с экономией шихтовых материалов [8] . В этом случае исходную задачу динамического программирования можно разделить на несколько более простых задач оптимизации расхода исходных материалов.
На отдельной стадии затраты на материалы равны п Fj = с,х, + с2х2 +... + спхп = YJCJXJ (3-3) где Cj — цена единицы количествау -ой составляющей шихты;у" = 1,2, ..., п руб:/т; Xj — расходу-ой составляющей в абсолютных или относительных единицах. Очевидно, что общие затраты на шихту равны сумме затрат на материалы FM, которые расходуются при составлении первоначальной шихты, при корректировании состава и доводке сплава. Поэтому =tcjx +tcjxj+t (3-4) У=; j=i j=i где Xj1, xft х/ - количество у -ой составляющей шихты, расходуемой на 1,4 и 5 стадиях приготовления сплава. Максимальное снижение затрат на материалы равносильно минимизации функции Fj на всех трёх стадиях: min FM = min Fm + min FM4 + min FM5, (3.5) Во многих случаях состав и і количество рафинирующих присадок однозначно, регламентированы технологической- инструкцией. В этом варианте FM5 = const, и решение задачи оптимизации многостадийного процесса сводится к нахождению оптимального решения для двух стадий процесса: Причём возможность выбора вариантов при корректировании состава жидкого металла по данным, экспресс-анализа значительно уже, чем при, расчёте шихты, так как обычно требуется незначительная доводка по содержанию1 одного-двух элементов. Следовательно, эффект от минимизации функции. FM4, как правило, незначителен.
Основная нагрузка при решении задачи рационального расхода шихтовых материалов падает на первый этап. Поэтому часто ограничиваются простейшим, вариантом оптимизации одностадийного процесса, решаемым минимизацией затрат на первоначальную шихту [63,65]: п min Fm = min Cjx) . (3.6) у=і При необходимости оптимизации расхода материалов при корректировании состава жидкого металла, эта стадия может рассматриваться как независимая и осуществляться аналогичным образом [63]: п minFM4 = min CjX . (3.7) Как правило, значимый эффект от оптимизации на данной стадии может быть получен в условиях крупносерийного производства, поэтому в данной работе на примере мелкосерийного и единичного производства оптимизация на данной стадии рассматриваться в дальнейшем не будет.
Один и тот же состав сплава может быть получен различными комбинациями исходных шихтовых материалов. Следовательно, составление шихты является задачей, допускающей многовариантные решения: С точки зрения экономии материалов, критерием выбора базового состава шихты может служить совокупная стоимость шихты. Поэтому в общем смысле задачей расчета шихты является установление такой комбинации шихтовых материалов (с учетом их физических характеристик, запасов, технологической возможности переработки в плавильных агрегатах), которая обеспечивает получение сплава требуемого химического состава, уровня механических, технологических и эксплуатационных свойств, и в то же время характеризуется наименьшей стоимостью.
Решение этой задачи обычно делится на три. последовательных этапа.
1. Установление требований; предъявляемых к составу выплавляемого, сплава, по содержанию основных элементов и примесей, при котором обеспечиваются необходимые структура; служебные и, технологические (литейные), свойства. На основе этих требований определяется регламентируемый химический состав сплава:
2. Определение расчетного состава сплава. На этом этапе предварительно выбирается или уточняется перечень шихтовых материалов, которые можно (или обязательно нужно) использовать при выплавке заданного сплава. Затем определяется химический состав каждой предполагаемой составляющей шихты и отклонение содержания в них расчетных элементов, необходимая степень освежения шихты и технологические возможности переработки тех или иных материалов в плавильном агрегате при выплавке заданного сплава. По этим данным формулируют технологические ограничения. По известному значению угара химических элементов и среднему содержанию их в сплаве оценивается среднее содержание их в шихте. На основе этих данных определяется расчетный состав сплава. 3. Составление расчетных уравнений и их решение. На этом этапе составляются балансовые уравнения по всем расчетным элементам и видам шихтовых материалов. При добавлении к балансовым уравнениям целевой функции, определяющей стоимость шихты, образуется задача, которая решается методами математического программирования. В результате, получают соотношение между составляющими шихты, которое при выбранном технологическом режиме обеспечивает заданный химический состав сплава при минимальной стоимости.
Структура системы, управления» и выбор модели автоматизированного планироватдалитейного производства в системе Baan ERP
Большинство имеющихся на рынке современных ERP-системг прошло1 длительный, путь развития с постепенным наращиванием функциональности. В связи с этим; функционал отдельных модулей ERP-систем представлен лучше дляг специфики российских предприятий, а отдельные программные модули требуют дополнительной доработки. С точки зрения соответствия рекомендациям APICS по построению автоматизированных систем планирования, а также полноте охвата решаемых задач, наиболее соответствующими потребностям промышленных предприятий являются крупные корпоративные системы, такие как SAP Business Suite, Infor ERP (ранее SSA LN ERP, Baan ERP), Oracle e-Business Suite и некоторые другие системы среднего класса. Указанные системы и их предыдущие версии уже зарекомендовали себя на отечественном рынке.
На ОАО «Балашихинский литейно-механический завод» в 2005 году осуществлялась разработка требований к системе и анализ рынка корпоративных систем. В результате, было принято решение о внедрении корпоративной информационной системы Baan ERP 5.0с [124]. Baan ERP 5.0с является типичным представителем систем класса ERP. Данная версия системы построена на базе основного функционала Baan ERP и включает референтные модели управления предприятием. Система позволяет решить следующие задачи: - ведение нормативно-справочной информации; - техническое сопровождение производства; - планирование производства и потребностей в материальных ресурсах; - управление складами; - оперативное управление производством; - управление продажами; - управление закупками; - финансы; - сервис и поддержка; - управление качеством; - бюджетирование.
Все остальные программные компоненты, такие как, таблицы, сеансы, меню, формы и отчеты принадлежат к одному из модулей некоторого пакета системы.
Множество таблиц, которые использует система Baan ERP, разделено на подмножества, называемые компаниями. Каждая компания имеет номер и наименование. В разных компаниях могут существовать одинаковые по названиям таблицы (например, «Общие данные изделия»), но физически они будут представлять собой различные таблицы. Также в BAAN ERP возможно связывание различных компаний между собой. В каждый момент времени пользователь работает с таблицами одной компании.
В системе Ваап ERP существует большое количество меню. В пунктах меню могут вызываться: - другие меню; - сеансы; - SQL-запросы; - внешние программы. Сценарий оболочки ОС Сеансы Подменю SQL-запросы Сценарий оболочки
Сеансом в системе Ваап ERP является поименованная совокупность программных компонент, которую пользователь может активизировать из пункта меню или посредством ввода идентификатора сеанса в диалоге «Запуск программы». Каждый сеанс решает отдельную задачу. Сеанс Ваап ERP состоит из следующих компонентов: - форма; - отчет; - стандартный сценарий; - программный сценарий на языках 3GL или 4GL / Объект; - диаграмма; - таблица; - библиотеки динамической загрузки.
Экранные формы являются основным средством для организации интерфейса пользователя. Они позволяют пользователю просматривать и вводить данные. Практически к каждому сеансу системы приписаны одна или несколько форм.
Инструментарий Baan ERP поддерживает версионность собственных разработок. В связи с этим в системе вводится понятие VRC. Каждое VRC составляется из некоторой комбинации пакетов, где в каждую последующую версию разработки включаются комбинации пакетов предыдущих разработок, а также пакеты и модули собственной, разработки. Поэтому каждая компания в Baan ERP соответствует определенной версии разработки и может отличаться от других по составу пакетов и модулей [84].
Система Baan ERP является ERP-системой, в которой представлена функциональность по автоматизированному управлению предприятием по всем базовым подсистемам. Опыт внедрения показывает, что система» наилучшим образом зарекомендовала себя в управлении производственными процессами.
На основе моделей планирования и управления, построенных в главах 2 и 3, взаимосвязи функций управления, которые реализуются в этих моделях, можно сформировать структуру системы управления (рис.20).
Функция планирования является неотъемлемой частью управления материальным потоком. Закупка материалов, производство продукции и распределении осуществляются на основе рекомендаций, выдаваемых подсистемой планирования. Традиционные планирующие модули в концепции, предложенной разработчиками Baan ERP, которая называется «Планирование предприятия», были перераспределены, но цель планирования осталась такой же.
Системные функциональные возможности, то есть способ, с помощью которого система использует MPS, MRP и т.д., несколько отличаются от традиционных методологий MPS и MRP, но все же здесь имеются некоторые аналогии.
Применение методов основного планирования (MPS) и позаказного планирования (MRP) в достаточной степени гибко. Можно объединять позаказное планирование с основным планированием для-обеспечения-полного-решения для конкретной товарной позиции. Рассмотрим подробнее, как реализованы эти методы в системе Ваап ERP. 1. Основное планирование использует спецификации материалов и спецификации мощностей в сочетании с установленными временами опережения цикла для определения дат потребностей. Это подобно методу традиционному методу MPS. Основное планирование, прежде всего; используется для конечной продукции, спрос на которую основывается, на заказах клиентов и прогнозе. Основное планирование может также использоваться для компонентов высокого уровня, критических сборочных единиц и других изделий с длительными циклами производства. 2. Позаказное планирование работает на уровне операций с технологическим маршрутом заказа и спецификацией материалов для вычисления дат потребностей. Это аналогично планированию потребностей в материалах (MRP). Позаказное планирование, прежде всего, используется для таких изделий, спрос на которые приходит от производственных заказов или заказов на распределение, сборочных единиц и компонентов более высокого уровня. Этот метод также может использоваться и для продаваемой конечной продукции. Позаказное планирование в системе Ваап ERP также может использоваться в нескольких вариантах: Принятие решения о том, какой метод планирования должен- быть использован, зависит от многих факторов. Применительно к мелкосерийному и единичному литейному производству, наиболее оптимальным является использование комбинации основного и позаказного планирования .
Блоки «Учет выпуска отливок», «Оперативный учет незавершенного производства и брака», «Контроль и анализ выполнения плана цехами», «Оперативный контроль расхода материалов», «Учет движения- складских запасов», «Анализ обеспеченности материалами» на программном уровне реализуются в системе Ваап ERP модулями tisfc, whwmd, whinh и др. В этих блоках проиходит формирование планово-учетной документации: маршрутно-сопроводительных карт, шихтовых листов, суточных и месячных рапортов, приемо-сдаточных накладных, накладных отпуска материалов, лимитно-забрных карт, требований, отчетов об остатках и движении готовой продукции, незавершенного производства, основных и вспомогательных материалов и др.
