Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основные задачи управления системой качества машиностроительных предприятий в представлении международного стандарта ISO 9000 .
1.1. Россия в ВТО. Современный подход к управлению качеством продукции. Международный стандарт ISO 9000 7
1.2. Структура ISO 9000. Место ISO 9000 в иерархии управления предприятием 19
1.3. Программное обеспечение и система качества. Обзор основных программных комплексов, решающих задачи управления технологическим оборудованием и поддержания качества производственных процессов 33
Глава 2. Место задачи корректировки отклонений от производственного расписания в общей задаче планирования мелкосерийных и единичных производств .
2.1. Задача производственного планирования и управления машиностроительным предприятием. Структура системы оперативно-диспетчерского контроля 43
2.2. Задача составления и управления производственными расписаниями в условиях мелкосерийных и единичных производств 55
2.3. Задача синтеза стратегии оперативного управления и линейная оптимальная фильтрация Калмана 70
Глава 3. Построение математических моделей и разработка алгоритма коррекции производственного расписания в виде линейного регулятора .
3.1. Построение математической модели коррекции производственных расписаний при малых отклонениях 79
3.2. Оптимальный фильтр Калмана. Задача рекуррентного оценивания с минимальной среднеквадратической ошибкой 87
3.3. Построение математической модели коррекции производственного расписания в виде регулятора с обратной связью, зависящей от состояния системы 93
Глава 4. Алгоритмическая и программная реализация разработанной методики коррекции производственных заказов .
4.1. Алгоритм идентификации коэффициентов матрицы динамики и матриц ковариации случайных процессов для задачи коррекции производственных заказов 102
4.2. Структура подсистемы коррекции производственных расписаний с помощью линейного регулятора в замкнутом контуре 105
4.3. Сценарий работы диспетчера при оперативном контроле состояния материальных потоков 114
Основные выводы 123
Список литературы 125
- Россия в ВТО. Современный подход к управлению качеством продукции. Международный стандарт ISO 9000
- Задача производственного планирования и управления машиностроительным предприятием. Структура системы оперативно-диспетчерского контроля
- Построение математической модели коррекции производственных расписаний при малых отклонениях
- Алгоритм идентификации коэффициентов матрицы динамики и матриц ковариации случайных процессов для задачи коррекции производственных заказов
Введение к работе
В связи с предстоящим вступлением России в ВТО особенно актуальной стала задача сертификации отечественных машиностроительных предприятий в соответствии с действующими международными стандартами. Обязательным условием выхода продукции предприятия на международный рынок является условие сертификации предприятия в соответствии со стандартом ISO-9000. Одним из важнейших требований стандарта ISO-9000 является обеспечение «наблюдаемости, идентифицируемости и управляемости» технологических процессов и материальных потоков, т.е. мероприятий по созданию условий «прозрачности» производства.
Эффективным способом удовлетворить требования международного стандарта ISO 9000 о «прозрачности» производственного процесса и его визуализации может служить диаграмма Ишикавы. При помощи этой диаграммы можно представить любую структурированную информацию, как это предписывает стандарт управления качеством процессов ISO-9000.
Следует отметить, что для ряда производственных процессов (как правило, автоматизированных и управляемых компьютером) сертификация по ИСО 9000 практически невозможна без наличия системы АСУТП современного уровня, обеспечивающей должный уровень контроля и управления производственными процессами.
К настоящему времени в отечественной практике накоплен значительный опыт автоматизации мелкосерийного и серийного производства, удельный вес которого во всем национальном продукте по данным центра технологии машиностроения составляет -70%. На сегодняшний день направление развития автоматизации на машиностроительных предприятиях обусловлено концепцией Компьютеризированного интегрированного производства СІМ (Computer Integrated Manufacturing).
Важной частью таких компьютеризированных интегрированных производств являются модули оперативного планирования и управления. Теоретическим и практическим вопросам по решению задачи эффективного управления производством посвящены работы многих отечественных ученых: Белянина П.Н., Блехермана М.Х., Васильева В.Н., Горшкова А.Ф., Емельянова В.В., Овсянникова М.В., Колесова И.М., Коршунова В.А., Лещинского Л.Ю., Митрофанова В.Г., Соломенцева Ю.М., Сосонкина В.Л., Султан-Заде Н.М., Фролова Е.Б., Чудакова А.Д. и др. Основным результатом работ этих ученых явилось создание методологических основ построения современных иерархических систем управления, соответствующих различным условиям и требованиям отечественных машиностроительных производств.
Известная российская интегрированная система технологической подготовки производства, оперативного календарного планирования и диспетчерского контроля «ФОБОС» позволяет решать задачи, связанные с планированием, контролем и управлением на межцеховом уровне, составлением производственного расписания, оптимизацией работы цеха, исходя из различных критериев оптимальности. «ФОБОС» соответствует современным методикам планирования, таким как ЛТ (ноль запасов) и MRP-II (минимум сверхнормативных запасов), что позволяет сделать производственный процесс максимально эффективным и устойчивым.
Одной из важнейших задач, стоящих перед разработчиками СІМ, является способность поддержания работы производственной системы на внутрицеховом уровне в соответствии с требованиями системы качества. Необходимо обеспечить механизм «прозрачности» производственного процесса средствами СІМ, а также оснастить рабочее место диспетчера цеха системой корректировки производственного расписания, позволяющей переформировать сменно-суточное задание. Кроме того, требования, предъявляемые к организации современного производства согласно стандартам ISO 9000, предполагают обязательное использование документируемых процедур принятия корректирующих решений на этапе диспетчерского контроля.
В этих условиях актуальной является научно-практическая задача по созданию на предприятии в составе программного комплекса «ФОБОС» методики автоматизированной системы анализа структур данных для прослеживаемости и управления отклонениями в графике исполнения производственных заказов в соответствии с требованиями стандарта системы качества ISO 9000.
Цель работы состоит в повышении эффективности машиностроительного производства за счет разработки программно-математических средств, методов систематизации и анализа структур данных для прослеживаемости и управления отклонениями в графике исполнения производственных заказов в соответствии с внутрицеховым производственным расписанием в условиях автоматизированного машиностроительного производства. Причем контроль должен происходить на основе мониторинга производимой продукции в соответствии с требованиями системы качества согласно стандарту ISO 9000 на уровне предприятия.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие научные задачи: влияние условий «прозрачности» реализуемых на предприятии технологических процессов на скорость прохождения производственных заказов и соответствующего снижения объема незавершенного производства; анализ типов и структур потоков данных в информационной системе идентификации, прослеживаемости и управления отклонениями производственных заказов от расчетного расписания; разработка модели функционирования информационной системы идентификации, прослеживаемости и управления отклонениями в графике исполнения производственных заказов от производственного расписания на основе обобщенных алгоритмов; моделирование структур данных с применением математического аппарата фильтра Калмана-Бьюси и информационной системы идентификации, прослеживаемости и управления отклонениями производственных заказов; разработка методики анализа отклонений производственных заказов и управления ими на основе разработанных моделей и программно-математических средств, с целью обеспечения заданной эффективности машиностроительного производства.
При решении задач, поставленных в работе, были использованы основные положения технологии машиностроения, методы системного анализа, методы теории систем, методы теории управления, а также теории и методы объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна исследований отражена в следующих результатах: выявлена зависимость скорости прохождения производственных заказов от степени «прозрачности» реализуемых в цехе технологических процессов. Разработан алгоритм оценки состояния соответствующих материальных потоков на основе представления производственной информации в виде диаграммы Ишикавы, позволяющий принимать более эффективные управленческие решения и соответствующий стандарту ISO 9000. Показана возможность снижения объема незавершенного производства в среднем на 25% по сравнению с традиционными методами управления; разработана методика анализа структуры данных и управления отклонениями в производственной программе за счет применения линейного фильтра Калмана-Бьюси и матричного уравнения Риккати; осуществлена программная реализация алгоритмов в виде системы управления отклонениями в графике исполнения заказов от производственного расписания для мелкосерийных производств.
В диссертационной работе получен научно-обоснованный подход к решению задачи разработки системы контроля и управления изменениями в
5 графике исполнения производственных заказов при малых отклонениях от имеющегося расписания. Отличительной чертой данной системы контроля и управления является представление текущей производственной информации в виде диаграммы Ишикавы, что позволяет обеспечить механизм «прозрачности» реализуемых технологических процессов в рамках системы управления качеством выпускаемой продукции всего предприятия согласно стандарту ISO 9000.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в повышении эффективности управления и контроля производственного процесса в цехе за счет организации производства в соответствии с требованиями стандарта качества ISO 9000 и своевременной коррекции отклонений от производственного расписания. При эксплуатации разработанной системы контроля и управления производственными процессами в составе программного комплекса оперативно-диспетчерского контроля «ФОБОС», диспетчер цеха имеет возможность провести наиболее экономически оправданную корректировку производственного расписания, основываясь на показаниях диаграммы Ишикавы, т.е. «прозрачности» производственного процесса. За счет использования регламентируемого механизма «прозрачности» снижается трудоемкость процесса определения состояния производственного процесса. Кроме того, внедрение методов стандартизации ISO 9000 подтверждает качество производственной системы на международном уровне. Использование данной системы позволило повысить скорость прохождения заказов на 50% и снизить объем незавершенного производства на 25%.
Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, содержит 22 рисунка и 4 таблицы, список использованной литературы из 81 наименования. Общий объем работы - 132 страницы.
В первой главе проведен анализ состояния вопроса о необходимости внедрения на современные предприятия международной системы качества
ISO 9000. Описано приложение основных принципов теории управления к управлению качеством, приведен обзор требований системы качества. Рассмотрены способы внедрения системы качества в программные комплексы различного уровня, а также приводится обзор существующих систем, решающих задачи управления технологическим оборудованием и поддержания качества производственных процессов.
Во второй главе рассматриваются вопросы функционирования и основные задачи управления производственными процессами в интегрированных компьютеризированных производственных системах. Проводится анализ существующих методов и средств оперативного планирования производства, дается сравнительная характеристика имеющегося современного математического обеспечения для задач производственного планирования. Описан механизм визуализации производственной информации, а также задача синтеза стратегии управления, построенная на данном механизме.
В третьей главе приводится формальное описание информационных и материальных потоков, а также построение математической модели для решения задачи коррекции производственного расписания. Для построения модели в диссертационной работе технологическая подготовка рассматривается как первый этап оперативного планирования. Приводится разработанная методика управления отклонениями в графике исполнения производственных заказов в соответствии с внутрицеховым производственным расписанием на основе методов теории управления в виде линейного регулятора.
В четвертой главе приводится пример алгоритмической и программной реализации построенной модели коррекции отклонений производственных заказов. Описана структура реализованной подсистемы, функционирующей под управлением 32-х разрядной операционной системы Windows 95/98/NT/2000/XP. Приведена возможная последовательность действий диспетчера, контролирующего состояния материальных потоков.
Россия в ВТО. Современный подход к управлению качеством продукции. Международный стандарт ISO 9000
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие научные задачи: влияние условий «прозрачности» реализуемых на предприятии технологических процессов на скорость прохождения производственных заказов и соответствующего снижения объема незавершенного производства; анализ типов и структур потоков данных в информационной системе идентификации, прослеживаемости и управления отклонениями производственных заказов от расчетного расписания; разработка модели функционирования информационной системы идентификации, прослеживаемости и управления отклонениями в графике исполнения производственных заказов от производственного расписания на основе обобщенных алгоритмов; моделирование структур данных с применением математического аппарата фильтра Калмана-Бьюси и информационной системы идентификации, прослеживаемости и управления отклонениями производственных заказов; разработка методики анализа отклонений производственных заказов и управления ими на основе разработанных моделей и программно-математических средств, с целью обеспечения заданной эффективности машиностроительного производства. При решении задач, поставленных в работе, были использованы основные положения технологии машиностроения, методы системного анализа, методы теории систем, методы теории управления, а также теории и методы объектно-ориентированного программирования. Научная новизна исследований отражена в следующих результатах: выявлена зависимость скорости прохождения производственных заказов от степени «прозрачности» реализуемых в цехе технологических процессов. Разработан алгоритм оценки состояния соответствующих материальных потоков на основе представления производственной информации в виде диаграммы Ишикавы, позволяющий принимать более эффективные управленческие решения и соответствующий стандарту ISO 9000. Показана возможность снижения объема незавершенного производства в среднем на 25% по сравнению с традиционными методами управления; разработана методика анализа структуры данных и управления отклонениями в производственной программе за счет применения линейного фильтра Калмана-Бьюси и матричного уравнения Риккати; осуществлена программная реализация алгоритмов в виде системы управления отклонениями в графике исполнения заказов от производственного расписания для мелкосерийных производств.
В диссертационной работе получен научно-обоснованный подход к решению задачи разработки системы контроля и управления изменениями в графике исполнения производственных заказов при малых отклонениях от имеющегося расписания. Отличительной чертой данной системы контроля и управления является представление текущей производственной информации в виде диаграммы Ишикавы, что позволяет обеспечить механизм «прозрачности» реализуемых технологических процессов в рамках системы управления качеством выпускаемой продукции всего предприятия согласно стандарту ISO 9000.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в повышении эффективности управления и контроля производственного процесса в цехе за счет организации производства в соответствии с требованиями стандарта качества ISO 9000 и своевременной коррекции отклонений от производственного расписания. При эксплуатации разработанной системы контроля и управления производственными процессами в составе программного комплекса оперативно-диспетчерского контроля «ФОБОС», диспетчер цеха имеет возможность провести наиболее экономически оправданную корректировку производственного расписания, основываясь на показаниях диаграммы Ишикавы, т.е. «прозрачности» производственного процесса. За счет использования регламентируемого механизма «прозрачности» снижается трудоемкость процесса определения состояния производственного процесса. Кроме того, внедрение методов стандартизации ISO 9000 подтверждает качество производственной системы на международном уровне. Использование данной системы позволило повысить скорость прохождения заказов на 50% и снизить объем незавершенного производства на 25%.
Структура и объем диссертации: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов, содержит 22 рисунка и 4 таблицы, список использованной литературы из 81 наименования. Общий объем работы - 132 страницы.
В первой главе проведен анализ состояния вопроса о необходимости внедрения на современные предприятия международной системы качества ISO 9000. Описано приложение основных принципов теории управления к управлению качеством, приведен обзор требований системы качества. Рассмотрены способы внедрения системы качества в программные комплексы различного уровня, а также приводится обзор существующих систем, решающих задачи управления технологическим оборудованием и поддержания качества производственных процессов.
Во второй главе рассматриваются вопросы функционирования и основные задачи управления производственными процессами в интегрированных компьютеризированных производственных системах. Проводится анализ существующих методов и средств оперативного планирования производства, дается сравнительная характеристика имеющегося современного математического обеспечения для задач производственного планирования. Описан механизм визуализации производственной информации, а также задача синтеза стратегии управления, построенная на данном механизме.
В третьей главе приводится формальное описание информационных и материальных потоков, а также построение математической модели для решения задачи коррекции производственного расписания. Для построения модели в диссертационной работе технологическая подготовка рассматривается как первый этап оперативного планирования. Приводится разработанная методика управления отклонениями в графике исполнения производственных заказов в соответствии с внутрицеховым производственным расписанием на основе методов теории управления в виде линейного регулятора.
В четвертой главе приводится пример алгоритмической и программной реализации построенной модели коррекции отклонений производственных заказов. Описана структура реализованной подсистемы, функционирующей под управлением 32-х разрядной операционной системы Windows 95/98/NT/2000/XP. Приведена возможная последовательность действий диспетчера, контролирующего состояния материальных потоков.
Задача производственного планирования и управления машиностроительным предприятием. Структура системы оперативно-диспетчерского контроля
Как известно экономическая эффективность от автоматизации оперативного управления производством обычно существенно более значительна, чем от автоматизации работы отдельных рабочих мест (гибких производственных модулей) либо от автоматизации отдельных задач планирования. В отечественном машино- и приборостроении распространено более двух десятков систем краткосрочного (оперативного) планирования [6], [25], [75].
При планировании и диспетчерском контроле мелкосерийного производства в основном выполняются два типа заданий [5]: задания, сроки которых четко определены, и задания, сроки выполнения которых не заданы, но должны быть завершены в разумном пределе. Эти задания классифицируются как задания, выполняемые в срок, и задания, выполняемые в запас, соответственно.
Эти два типа заданий требуют и предполагают совершенно разные способы их планирования, выполнения и контроля. Имея в виду, что фактические потребности в производственных заделах зачастую изменяются в течение времени, которое проходит от момента постановки задачи до начала ее выполнения, размеры партий обрабатываемых деталей рассматриваются как переменные, изменяющиеся в пределах между фактической потребностью и экономическим оптимумом.
Таким образом, все многообразие рассматриваемых систем можно разбить на две группы: планирования по опережениям и планирования по заделам. Планирование по заделам применяется в тех случаях, когда потребность в изготовляемых изделиях равномерна в течение большого интервала времени (квартала, года). Запуск партий деталей производится тогда, когда их запас на складе уменьшается до некоторого расчетного уровня (точки заказа) [45], [57]. Планирование в этом случае включает в себя управление запасами и почти не требует составления подробных календарных планов-графиков.
Планирование по опережениям предполагает расчет детализированных планов-графиков [30], [31], [76]. Системы планирования по опережениям предназначены для предприятий, работающих по специальным заказам, а также для тех, в составе которых имеются сборочные цеха.
Основой классификации систем планирования является их разграничение на прямое (forward scheduling) и обратное (backward scheduling) [77]. Начальным этапом прямого планирования является составление графиков для исходных материалов и механообработки. Прямое составление производственных графиков начинается сразу после уточнения требований или формирования заказов, причем в результате этого завершение изготовления деталей часто происходит до требуемого срока [57]. Следствием этого является рост запасов незавершенного производства. Прямое оперативное планирование чаще используется в производстве продукции, которая не требует сборки узлов. Задача прямого планирования -ускорить выполнение (способствовать «проталкиванию») заказа, а также обеспечить максимальный уровень загрузки оборудования [42], [46], [55]. При обратном планировании устанавливается вначале крайний срок выполнения заказа (срок поставки), затем проводят расчеты, помогающие определить промежуточные сроки выполнения заказа [19]. Поставки и производство деталей должны быть осуществлены по мере необходимости, но не как можно скорее. Обратное планирование первоначально применялось и получило широкое распространение в сборочном производстве. Таким образом, прямое планирование, испытанное для массового и крупносерийного производства, ориентировано на независимый спрос по каждому обрабатываемому наименованию. В то же время, обратное планирование представляет собой информационную систему с зависимым спросом (зависимость сборки от узлов и комплектующих) [19], [55]. Большинство промышленных предприятий объединяют оба метода, и их планы начинаются с текущего дня и завершаются к необходимому сроку. Обоснованием сочетания методов является потребность в некотором запасе времени с тем, чтобы получить некоторую гибкость для корректировки с учетом изменений и аварийных ситуаций. Оба способа планирования заданий, касающихся сроков их выполнения и размещения по определенным единичным мощностям, являются эффективными средствами для оперативного контроля в концепции интегрированного управления производством. Возможности определения или изменения потребностей в производственных мощностях в процессе оперативного планирования сразу же перед завершением процесса выполнения задания или, частично, во время этого процесса открывают значительный потенциал гибкости, особенно, для реагирования на непредсказуемые нарушения. Эта концепция является основной идеей группы методов, предназначенных для использования этого потенциала с целью расширения возможностей централизованного и децентрализованного управления, а также для упрощения управления производством в реальном масштабе времени (Just-inime) [50], [51]. Концепция, предполагающая приближение начального срока обработки деталей, поступающих на сборку, к предельно допустимому сроку, получила название концепции «производства точно в срок» (JIT, just-inime) и имеет эквивалентное наименование «ноль запасов» [57]. Значительно более универсальной считается система планирования потребностей материалов (MRP, Material Requirements Planning) [46]. Основная цель системы MRP состоит в том, чтобы обеспечить переход от графика выпуска изделий (MPS, Main Production Schedule) к графикам запуска-выпуска узлов, подузлов и деталей, а также графикам поставок (закупок) комплектующих. При этом, хотя спрос на выпускаемую продукцию может быть неопределенным, спрос на ее компоненты детале-сборочных единиц (ДСЕ) является достоверным (детерминированным) и детально определенным графиком выпуска изделий. Входными параметрами системы MRP являются: график выпуска изделий (MPS); данные о состоянии материальных запасов (Inventory status records); данные о структуре продукции (product structure records). Выходными параметрами системы MRP являются: распределенные во времени (поэтапные) заказы на поставку деталей и комплектующих (purchase orders); рабочие задания производственным участкам, цехам (work orders); уведомления об изменении сроков (reschedule notes). Внутренними параметрами системы MRP являются: период (горизонт) и подпериод (шаг) планирования, превосходящий длительность производственного цикла; время поставки по заказу и страховые запасы; факторы для определения размеров партии. Интервал планирования в системе MRP состоит из одинаковых промежутков («отрезков») времени (time bucket). Обычно они равны неделе (5 рабочих дней). Интервал планирования должен быть достаточно продолжительным, чтобы включать время изготовления и поставки всех компонентов (ДСЕ), входящих в собираемое изделие.
Построение математической модели коррекции производственных расписаний при малых отклонениях
Математическая модель, позволяющая корректировать производственное расписание, основана на анализе содержания технологических маршрутов и структуры имеющегося расписания. Составленное ранее расписание указывает последовательность выполнения операций на различных рабочих местах, а также времена начала этих операций. В диссертационной работе предполагается, что результаты представляются в виде оперативных маршрутных карт и диаграммы Ганта загрузки оборудования.
Наиболее общий перечень этапов построения моделей динамических систем, оптимальное управление которыми осуществляется на основе метода пространства состояний, выглядит следующим образом:
Необходимым промежуточным этапом между сведениями об организации производства в конкретном подразделении (цехе, участке) и дискретной динамической моделью соответствующих детале-потоков в форме системы конечно-разностных уравнений является схема-модель прохождения технологических маршрутов через конкретные рабочие места и пристаночные буферные накопители. Примеры таких схем-моделей можно найти в работах [28], [38], [65].
Для построения схемы объекта исследования необходима следующая информация: - структурная компоновка моделируемой производственной системы; - описание технологических маршрутов обрабатываемых ДСЕ, собираемых узлов и изделий; - структура транспортно-складской подсистемы; - сведения о производительности технологического оборудования; 2. Интерпретация переменных состояния системы: Количество деталей и (или) сборочных единиц, ожидающих обработки или обрабатываемых на конкретных рабочих местах к началу текущего (к-го) шага планирования (регулирования или коррекции), а также суммарное число изделий каждого типа, выпущенных к началу текущего шага. 3. Интерпретация переменных управления системы: Доля (процент) фонда рабочего времени оборудования, затраченного на обработку партии ДСЕ данного типа на рабочем месте (на станке с конкретным инвентарным номером) в соответствии с заданным технологическим маршрутом. 4. Интерпретация неуправляемого входного воздействия: Число заготовок или комплектующих изделий части партии запуска данного номера, поставляемых с других участков на рабочие места производственного подразделения (цеха, участка) в течение текущего шага планирования. Термин «неуправляемое» входное воздействие следует понимать как воздействие, на которое внутрицеховая система оперативно-диспетчерского управления не может оказать никакого воздействия. 5. Уравнения дискретного динамического процесса: Уравнения баланса уровней запасов в накопителях и складе готовой продукции. Матричное уравнение динамики моделируемого класса систем является линейным: Компоненты Xj(k) вектора х(к) означают число деталей z-ro типа, смысл которых описан выше. Индекс к означает номер шага планирования (коррекции календарного плана), и(к) - вектор переменных управления. 6. Ограничения на переменные состояния и управления: Определяются пропускной способностью подразделения в течение шага планирования (возможностями обрабатывающего и сборочного оборудования, транспортной подсистемы, накопительной подсистемы). Это могут быть, например, ограничения на [28]: - производительность технологического оборудования по конкретным типам операций в течение шага планирования; - число рабочих мест, выделяемых для обработки конкретных партий ДСЕ; - общее число используемых палет и приспособлений; - число палет данного типа; - пропускную способность конвейера или транспортной системы; - вместимость пристаночных накопителей; - вместимость инструментальных магазинов. 7. Целевые функции или критерии качества оптимизации. Поскольку модель плана-графика записывается, как правило, в отклонениях, критерии ее оптимизации сводятся к критериям оптимизации отклонения от: - итоговых объемов выпуска срочного заказа; - плана-графика выпуска изделий; - нормативного уровня запасов полуфабрикатов (межоперационных заделов в производственном подразделении); - планового коэффициента загрузки оборудования; - отношений комплектности сборочных единиц. Задача календарного планирования в условиях серийного и массового производства в рамках рассматриваемой математической модели формируется следующим образом: найти последовательность значений управляющих переменных и(к) (к = 0, 1, ..., N-1) для динамической системы (3.1) с заданными ограничениями на состояние и управление, которые доставляют минимум целевой функции (функционалу): Дискретный функционал (3.2) выражает требования, предъявляемые к характеру производства в рассматриваемый период: - терминальные условия Ф(х(Ы)) описывают итоговые требования к работе участка например, финальные значения числа готовых узлов; - функции Фк(х(к),и(к),к) описывают величину отклонений фактического объема незавершенного производства от его нормативных значений в пределах k-го интервала планирования.
Поскольку в течение шага коррекции на механообработку (сборку) N партий ДСЕ, номера которых попарно различны, отведено N переналадок, для рассматриваемого класса моделей серийных производств, ориентированных на сборку, критерий минимума числа переналадок на шаге коррекции календарного плана не включен в число используемых критериев [55].
Следует отметить, что классический подход к динамическому моделированию производственных процессов в виде конечно-разностных уравнений в стиле Дж. Форрестера до сих пор применялся лишь для описания крупносерийных и массовых производств [65]. Мелкосерийные и единичные производства требуют составления производственного расписания, т.е. использования комбинаторных методов моделирования. В современной отечественной и зарубежной литературе не встречалось случаев применения теории управления к коррекции производственных расписаний. Впервые успешная попытка использовать мощный математический аппарат теории систем в области, где до сих пор применяются трудоемкие методы исследования операции для составления и коррекции расписаний, была проделана в исследованиях Фролова Е.Б. и его аспирантов. В данной диссертационной работе сделана успешная попытка использования более мощного математического аппарата теории систем - фильтра Калмана-Бьюси, который позволяет учесть в контуре регулирования случайные процессы.
Алгоритм идентификации коэффициентов матрицы динамики и матриц ковариации случайных процессов для задачи коррекции производственных заказов
Как сказано в предыдущей главе, эффективным способом коррекции производственного расписания при малых отклонениях от исходного расписания является использование линейного регулятора, полученного на основании решения соответствующих матричных уравнений Риккати.
На рис. 4.2 приведена укрупненная блок-схема коррекции отклонений от исходного производственного расписания. Исходные данные для подсистемы идентификации коэффициентов матрицы динамики А поступают из технологического отдела в виде технологических маршрутных карт и из планово-диспетчерского отдела в виде данных о производственном расписании (сменно-суточные задания, оперативные маршрутные карты). Идентификация матриц ковариации случайных процессов, учитываемых в работе системы, происходит на основе математического аппарата, представленного в среде реализации.
После идентификации матрицы динамики и матриц ковариации и построения уравнения динамики материальных потоков, решается матричное уравнение Риккати. В результате строится линейный регулятор, который непосредственно используется в производстве для решения задач коррекции.
На вход линейного регулятора поступает информация из цеха в виде линейной несмещенной оценки вектора отклонений " от исходного производственного плана. Данная оценка получается путем применения математического аппарата линейного оптимального фильтра Калмана-Бьюси к выходным данным производственного участка. Одновременно проверяется не вышлали величина отклонения из области адаптивного управления D (область, в которой перерасчет расписания не целесообразен). В случае если такой выход имел место, то происходит смена режима панели на диаграмме Ишикавы на «красный», показывающей состояние производства в данный момент времени, предлагается провести расчет нового расписания и вся процедура повторяется заново. Если выхода величины отклонения за границы области D не произошло, то режим панели на диаграмме Ишикавы остается в состоянии «желтый» и имеющиеся отклонения компенсируются с помощью синтезированного линейного регулятора. Если после расчета выходных данных о состоянии производственного участка выясняется, что выхода величины отклонения за границы области D не произошло, и, более того, текущее состояние соответствует рассчитанному ранее производственному расписанию, то режим панели на диаграмме Ишикавы меняется на состояние «зеленый». Данное состояние позволяет диспетчеру сделать вывод о том, что его вмешательство не требуется.
Программная реализация приведенного алгоритма была осуществлена с помощью среды визуального объектно-ориентированного программирования Delphi 5.0. В качестве локальных баз данных используется СУБД Paradox 7.
Внесение любых коррекций и изменений в текущую производственную программу в области D осуществляется диспетчером цеха. Эти изменения отмечаются на диаграмме Ганта загрузки оборудования. Таким образом, в результате реализации разработанных в диссертационной работе алгоритмов, у диспетчера появилась система поддержки принятия решений с учетом возможных погрешностей, носящих случайный характер. Данная система поддержки принятия решений действует в составе программного комплекса «ФОБОС» в рамках системы стандартизации производственных процессов по международному стандарту качества ISO 9000 с помощью регламентируемого механизма прозрачности, основанного на использовании диаграммы (рыбы качества) Ишикавы.
Результаты работы системы коррекции производственного расписания документируются в виде: - графиков запуска партий ДСЕ на обработку (табл. 4.1); - оперативных маршрутных карт (табл. 4.2); - производственных заданий на рабочие места (табл. 4.3).
