Введение к работе
Актуальность работы. Развитие промышленности и современные рыночные отношения влекут за собой ужесточение конкуренции как на внешних, так и на внутренних рынках. Формируется такая среда, в которой производители вынуждены бороться буквально за каждого потребителя. В этих условиях важнейшим показателем конкурентоспособности производственных предприятий становится качество выпускаемой продукции.
Согласно ГОСТ Р ИСО 9000 под качеством продукции понимается степень соответствия её характеристик требованиям потребителей. К важнейшим показателям качества продукции можно отнести соответствие механических, химических и других свойств заданным, своевременность поставки, отсутствие дефектов. При этом своевременность поставок так же важна, как надежность или ремонтопригодность. Это означает, что продукция, обладающая идеальными технико-экономическими характеристиками, не может считаться соответствующей требованиям потребителя, если он получил её с опозданием.
Вопрос своевременности поставок решается на этапе планирования производства. Требуемые механические, химические и другие свойства продукции обеспечиваются на этапе её изготовления и проверяются на этапе приёмочного контроля. Для каждого из этих этапов существуют подходы, позволяющие удовлетворить требования потребителей. Однако, как правило, открытым остается вопрос устойчивости показателей качества продукции, под которой понимается их способность слабо реагировать на малые возмущения процесса производства. Отсутствие устойчивости влечет за собой множество негативных последствий, в частности, нарушение сроков поставок продукции покупателям, удорожание продукции за счет дополнительных издержек на хранение готовой продукции на складах, снижение технико-экономических показателей продукции, т.к. возмущение выводит производство из налаженного режима работы, увеличивая вероятность брака. Поэтому целесообразно дополнять АСУП современные моделями и методами анализа устойчивости процесса производства.
Проблеме составления производственных расписаний и устойчивости планирования посвящены работы Р.В. Конвея, В.Л. Максвелла, Д.А. Новикова, С.А. Бар- калова и др. Общим проблемам управления качеством посвящены работы У. Де- минга, Г. Тагути, К. Исикавы, Ю.П. Адлера, А. Фейгенбаума, Дж. Джурана, Ф. Тейлора, У. Шухарта, В.А. Лапидуса, И.И. Мазура. Теория устойчивости динамических систем разработана А.М. Ляпуновым и его последователями: Н.Г. Че- таевым, В.И. Арнольдом, Дж. Кушнером и другими. Однако в этих работах влияние устойчивости производственных процессов на качество продукции подробно не рассматривалось.
Таким образом, устойчивость процесса производства является крайне важным показателем работы предприятия в целом, существенно влияющим на соответствие показателей качества выпускаемой продукции требованиям потребителя. Это особенно важно для крупных промышленных предприятий, номенклатура готовой продукции которых достигает нескольких тысяч позиций, с длительными и сложными производственными циклами, работающих, как правило, с множеством параллельных заказов. Эффективная система автоматизированного управления предприятием способствует организации процесса производства, устойчивого на различных его этапах, и позволяет повысить общий уровень качества выпускаемой продукции. В связи с этим задача анализа устойчивости процессов планирования, изготовления и приемочного контроля продукции является важной и актуальной.
Объектом исследования в работе является процесс производства на этапах планирования, изготовления и приёмочного контроля продукции.
Целью работы является разработка моделей и методов анализа устойчивости процесса производства при управлении качеством продукции на этапах планирования, изготовления и приёмочного контроля в условиях неопределённости. Модели устойчивости должны быть реализованы в виде комплекса программ, используемого при автоматизации процесса производства.
Исходя из цели работы, были определены следующие задачи:
-
Проанализировать существующие модели и методы анализа устойчивости процесса производства на этапах планирования, изготовления и приёмочного контроля в условиях неопределённости.
-
Разработать модель стохастической устойчивости производственных планов и модель устойчивости процесса выполнения производственного плана после возникновения возмущения.
-
Построить модель устойчивости процесса производства с точки зрения соответствия физико-химических свойств продукции заданным.
-
Построить модель устойчивости системы приёмочного контроля продукции.
-
На основе предложенных моделей и методов разработать комплекс программ, позволяющий автоматизировать оценку устойчивости процесса производства на этапах планирования, изготовления и приёмочного контроля продукции.
Методы исследования. В работе были использованы методы теории устойчивости динамических систем, методы теории расписаний, методы теории вероятностей и математической статистики, а также методы оптимизации и математического моделирования. Для апробации предложенных в работе методов широко использовались численные эксперименты.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Впервые предложена модель устойчивости производственного плана по вероятностной мере, основанная на формализации процесса его выполнения. Разработанная модель процесса выполнения производственного плана объединяет в себе модель планирования и модель перепланирования производства.
Разработана модель устойчивости процесса выполнения производственного плана, в которой производственный план представляется динамической системой, а сам процесс его выполнения рассматривается в специальном пространстве состояний, характеризуемом объёмом изготовленной продукции.
Предложена модель устойчивости процесса выполнения производственного плана после возникновения возмущения, в которой возмущенный процесс исследуется при помощи аппарата математической теории устойчивости. На основе теоремы об устойчивости движения А.М. Ляпунова сформулирована и доказана теорема, позволяющая оценивать устойчивость возмущенного производственного плана в зависимости от производственных мощностей предприятия.
Разработан комплексный метод анализа устойчивости производства с точки зрения соответствия физико-химических свойств продукции заданным на основе подхода к качеству Г. Тагути, статистического анализа и методов математического планирования эксперимента.
Разработана математическая модель стохастической устойчивости приёмочного контроля продукции. Решена задача поиска оптимальных параметров выборочной системы контроля качества продукции, обеспечивающих её устойчивость.
Практическая значимость работы заключается в создании моделей и методов, а также в разработке на их основе комплекса программ, позволяющего реализовать серию мероприятий по повышению качества продукции на основе анализа устойчивости процесса производства на этапах планирования, изготовления и приёмочного контроля. Комплекс программ позволяет моделировать процесс выполнения производственного плана, оценивать устойчивость производственных планов, получать оценку устойчивости процесса выполнения производственного плана при возникновении возмущения, решать задачу оптимизации параметров выборочных систем контроля качества продукции. Применение указанного комплекса программ способствует повышению устойчивости систем планирования, изготовления и приёмочного контроля для получения продукции точно в срок, соответствия физико-химических свойств продукции заданным и снижения рисков потребителя и поставщика.
На защиту автором выносится:
Исследование процесса выполнения производственного плана предприятия как динамической системы в специальном фазовом пространстве.
Постановка и методика решения задачи анализа устойчивости производственного плана предприятия при помощи моделирования процесса его выполнения.
Постановка и методика решения задачи анализа устойчивости процесса выполнения производственного плана при возникновении возмущения на основе оценки устойчивости его фазовой траектории, рассматриваемой в специальном фазовом пространстве.
Анализ устойчивости процесса производства с точки зрения соответствия физико-химических свойств продукции заданным на основе подхода к качеству Г. Тагути, статистического анализа и методов планирования эксперимента.
5. Постановка и методика решения задачи анализа устойчивости системы приёмочного контроля продукции, на основе разработанной математической модели, позволяющей находить оптимальные параметры выборки.
Внедрение результатов работы. Предложенные в работе методы исследования процесса производства были применены на производстве в ОАО «Мотови- лихинские заводы». Так, в результате анализа процесса изготовления продукта «Поковка Ось черновая РКВ-1» удалось выявить факторы, существенно влияющие на уровень брака изготовляемой продукции и сократить уровень брака на 37,4%. Оптимизация параметров системы приёмочного контроля в процессе производства продукта «Поковка Ось черновая РКВ-1» позволила сократить объём работ по приёмочному контролю на 63%.
На разработанный комплекс программ и базу данных получены свидетельство об официальной государственной регистрации программ для ЭВМ, и свидетельство об официальной государственной регистрации базы данных.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на VII Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Управление большими системами» (г. Пермь, 2010), VIII Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Управление большими системами» (г. Магнитогорск, 2011), XI Всероссийской школе-конференции молодых ученых «Управление большими системами» (г. Липецк, 2012), международной конференции «Управление в технических, эргатических, организационных и сетевых системах» (г. Санкт-Петербург, 2012), XXI Всероссийской школе-конференции молодых ученых и студентов «Математическое моделирование в естественных науках» (г. Пермь, 2012), а также на семинаре кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» Пермского национального исследовательского политехнического университета, семинаре Пермского НОЦ проблем управления и семинаре кафедры машиностроительных и металлургических технологий Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова.
Структура и объём работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения и списка литературы, включающего 108 источников. Объём работы составляет 130 страниц, включая 33 рисунка и 15 таблиц.
