Разработка интегрированной системы управления дискретным машиностроительным производством на основе структурно-параметрической модели информационного пространства управления Колесникова Ольга Валерьевна

Содержание к диссертации

Введение

1. Современное состояние и проблемы управления производством на машиностроительных предприятиях 11

1.1. Влияние подготовки производства на процесс управления 11

1.2. Планирование как основа управления производством на современных машиностроительных предприятиях 13

1.3. Состояние автоматизации управления производством 18

2. Система управления дискретным машиностроительным производством 25

2.1. Функциональная модель производственного предприятия 28

2.1.1. Основные потоки и их взаимодействие 28

2.1.2. Представление и анализ функциональной модели управления на существующих предприятиях 32

2.1.3. Формирование функциональной модели управления предприятием 36

2.1.4. Влияние подготовки производства на качество и себестоимость выпускаемой продукции 2.2. Структурно-параметрическое представление информации об изделии 45

2.3. Технологическая информация и е представление 57

2.4. Модель производственно-технологической структуры изготавливаемого изделия 63

3. Методы и алгоритмы формирования планов дискретного производства 70

3.1. Модель составления плана 70

3.1.1. Описание подхода и принципов составления плана 70

3.1.2. Общая (принципиальная) модель составления плана (расписания) 78

3.2. Алгоритмизация составления производственного расписания 83

3.2.1. Определение порядка обработки ДСЕ по уровням иерархии структуры изделия 83

3.2.2. Определение порядка обработки ДСЕ по слоям (с ранжированием по длине пути) 85

3.2.3. Проблема составления расписаний 87

3.2.4. Алгоритм «Опадающие листья» 91

3.2.5. Моделирование расписания с использованием алгоритма «Опадающие листья» 101

3.3. Эффективность предложенного алгоритма 116

3.3.1. Принципы оценки алгоритмов 116

3.3.2. Критерии оценки алгоритмов 118

3.3.3. Сравнение эффективности алгоритмов «по уровням вхождения» и «Опадающие листья» 123

3.3.4. Влияние партии запуска на результаты планирования 126

4. Реализация процессно-ориентированной технологии подготовки производства в ОАО «Дальрыбтехцентр» на платформе 1С:УПП 132

4.1. Состояние предприятия до реорганизации системы подготовки и управления производством 132

4.1.1. Характеристика предприятия во времена СССР 132

4.1.2. Система управления предприятием после перестройки 135

4.2. Внедрение процессно-ориентированной технологии подготовки производства на предприятии 139

4.2.1. Изменение организационной структуры предприятия 139

4.2.2. Организация информационных потоков 142

4.2.3. Разработка и внедрение дополнительных программных модулей 146

4.3. Эффективность внедрения интегрированной системы синхронного управления ресурсами предприятия 154

Заключение 157

Список сокращений и условных обозначений 159

Список литературы

• Планирование как основа управления производством на современных машиностроительных предприятиях
• Представление и анализ функциональной модели управления на существующих предприятиях
• Общая (принципиальная) модель составления плана (расписания)
• Характеристика предприятия во времена СССР

Введение к работе

Актуальность темы исследования. Управление современным предприятием – процесс сложный, требующий принятия управленческих решений в сжатые сроки, основываясь на анализе большого объема информации. При этом весьма высока цена ошибки управления.

Для большинства предприятий машиностроительных отраслей характерна дискретность выполнения работ, многономенклатурность, а также мелкосерийный или единичный характер производства. Повторяемость выпуска изделий здесь зачастую не регулярна, а иногда отсутствует полностью.

Ввиду достаточно большого количества разноплановых технологий, большого разнообразия поставщиков материалов и комплектующих и необходимости увязки между собой всех процессов предприятия, с точки зрения управления этот вид производства можно отнести к сложным динамичным системам.

Поэтому поиск эффективных методов управления, организации машиностроительного производства, методов построения автоматизированных систем управления производством – актуальная задача. Создание на научной основе системы управления производством, интеграция в единую систему сбора и обработки данных и оперативного управления повышает качество и эффективность всех звеньев машиностроительного производства.

Исследования в области подготовки производства, планирования и организации управления проводили как российские, так и зарубежные ученые: Грачева К.А., Гаврилов Д.А., Елисеев В.Г., Загиддулин Р.Р., Скворцов Ю.В., Фатхутдинов Р.А., Фролов Е.Б., Питеркин С.В., Кунц Г., О’Доннел С., Мильнер Б.З., Мауэргауз Ю.Е. и другие.

Постановке и решению задач планирования в производстве с использованием классических методов математического программирования, теории графов и сетей были посвящены работы С. А. Ашманова, Р. Беллмана, Е. С. Вентцель, А. Ф. Горшкова, Л. В. Канторовича, В. Г. Карманова, Н. Кристофидеса и других авторов.

Разработке вопросов теории расписаний были посвящены исследования А.А. Баранова, П. Брукера, Р. В. Конвея, Д.В. Красовского, А.А. Лазарева, В. Л. Максвелла, Л. В. Миллера, Е.В. Панкратьева, В. С. Танаева и других авторов.

Данные работы явились основой для дальнейших исследований, представленных автором в своей работе.

Несмотря на обширные исследования многие вопросы, особенно связанные с управлением многономенклатурным дискретным производством, остаются нерешенными. Огромный объем информации, который необходимо учесть и переработать требует использования вычислительной техники и информационных

систем. Однако имеющиеся на сегодняшний день информационные системы не могут эффективно использоваться из-за неполноценной (информационно недостаточной) технологической подготовки производства, а так же из-за различий технологии подготовки производства в России и за рубежом.

Объектом исследования являются процесс подготовки производства, методы и средства управления производством на машиностроительных предприятиях.

Предмет исследования – теоретические положения, принципы, методы и средства управления дискретным (мелкосерийным и единичным) машиностроительным производством.

Цель и задачи диссертационной работы. Цель диссертационного исследования состоит в разработке методов для повышения эффективности управления дискретным машиностроительным производством с мелкосерийным и единичным характером на основе необходимого и достаточного информационного обеспечения.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:

1. Разработка функциональной модели подготовки производства с централизованным синхронизирующим звеном, обеспечивающим интеграцию планов структурных подразделений предприятия в единый план производства (единый вектор управляющего воздействия).

2. Разработка обобщенной структурно-параметрической модели информационного пространства управления включающую необходимую и достаточную информацию для планирования производства.

3. Разработка методов, моделей и алгоритмов формирования планов выполнения производственных заказов с учетом реального состояния загрузки технологических мощностей предприятия.

4. Интеграция разработанных моделей и алгоритмов в единую автоматизированную систему синхронного управления ресурсами предприятия.

Методология и методы исследования. В процессе выполнения работы использовалась методология инженерно-технической (конструкторско-технологической) и планово-производственной подготовки производства с применением методов структурно-параметрического моделирования, теории управления, теории расписаний, теории графов, теории алгоритмов, объектно-ориентированного программирования. Для проверки адекватности и эффективности разработанных моделей и алгоритмов активно использовались возможности компьютерного моделирования с апробацией результатов в производственных условиях.

Научная новизна результатов исследования состоит в следующем:

5. Предложена модель интегрированной системы управления подготовкой производства, обеспечивающей синхронизацию взаимодействия служб предприятия.

6. Разработан метод формирования расписания для многономенклатурного единичного и мелкосерийного производства с учетом отношений предшествования и реальной загрузки мощностей предприятия, обеспечивающий решение для изделий с размерностью превышающей несколько тысяч детале-сборочных единиц.

7. Разработан алгоритм определения порядка изготовления детале-сборочных единиц «Опадающие листья» основанный на послойном «срезании» листьев дерева электронной структуры изделия и ранжирования «срезаемой» группы листьев по длине пути изготовления, позволяющий начинать планирование с детале-сборочных единиц критического пути, что обеспечивает минимизацию технологического цикла изготовления изделия.

8. Предложен механизм динамического моделирования производственных планов в условиях частичной неопределенности потенциальных заказов.

Теоретическая значимость работы. Полезность результатов исследования состоит в следующем:

9. Разработанный метод формирования расписаний служит теоретической основой для разработки инструментов планирования дискретного машиностроительного производства с многономенклатурным мелкосерийным характером.

10. Предложенные модели и механизмы управления подготовкой производства составляют теоретическую и методологическую базу для построения систем управления на машиностроительных предприятиях с мелкосерийным характером производства.

11. Разработанные алгоритмы могут быть использованы для построения программных модулей в различных системах планирования и управления для производственных предприятий с дискретным характером не машиностроительного профиля.

Практическая полезность работы.

12. Разработана «Интегрированная система синхронного управления ресурсами предприятия» (ИСУРП) (Integrated system of simultaneous enterprise resource planning - ISERP) на платформе отечественной разработки 1С:УПП.

13. На производственном предприятии с мелкосерийным и единичным характером адаптирована и внедрена система класса ERP на отечественной платформе 1С:УПП, что обеспечило основу для существенного повышения качества выпускаемой продукции, эффективности производства и сокращения технологических циклов изготовления продукции.

3. Практическая апробация и результаты эксплуатации разработанной «Интегрированной системы синхронного управления ресурсами предприятия» на реальном промышленном производственном предприятии создают предпосылки для тиражирования и внедрения на предприятиях с серийным, мелкосерийным и единичным характером производства в области машиностроения.

4. Наличие указанной системы на отечественной широко распространенной платформе 1С: обеспечивает замещение зарубежных программных продуктов отечественными разработками.

Положения, выносимые на защиту:

1. Модель интегрированной системы управления подготовкой производства, обеспечивающая синхронизацию взаимодействия служб предприятия.

2. Метод формирования расписания для многономенклатурного единичного и мелкосерийного производства с учетом отношений предшествования и реальной загрузки мощностей предприятия, обеспечивающий решение для изделий с размерностью превышающей несколько тысяч детале-сборочных единиц.

3. Алгоритм определения порядка изготовления детале-сборочных единиц «Опадающие листья» основанный на послойном «срезании» листьев дерева электронной структуры изделия и ранжирования «срезаемой» группы листьев по длине пути изготовления, позволяющий начинать планирование с детале-сборочных единиц критического пути, что обеспечивает минимизацию технологического цикла изготовления изделия.

4. Механизм динамического моделирования производственных планов в условиях частичной неопределенности потенциальных заказов.

Степень достоверности и апробация работы. Основные результаты проведенных исследований представлены на научно-практических конференциях и семинарах 2013-2016гг.: 9-я Международная научно-практическая конференция «Достижения высшей школы», София, 2013г.; XXXVIII Международная научно-практическая конференция «Технические науки – от теории к практике», Новосибирск, 2014г.; Международная научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы технических наук», Уфа, 2015г.; Международная научно-практическая конференция «Современное состояние и перспективы развития технических наук», Уфа, 2015г., II Международная научно-техническая конференция «Наука, техника, инновации», Брянск, 2015г.; научно-технический совет электротехнического факультета КнАГТУ, 2016г.

Основные положения диссертационного исследования внедрены в практику: на предприятии ОАО «Дальрыбтехцентр» внедрена и используется система управления подготовкой производства; модифицированная система 1С:УПП, реализующая формирование информационного конструкторско-

технологического пространства – «Акт внедрения» от 04.10.2014г., алгоритм планирования «Опадающие листья» – «Акт внедрения» от 20.11.2014г., интегрированная система управления ресурсами предприятия – «Акт внедрения» от 31.07.2015г.; в учебном процессе при подготовке кадров высшей квалификации образовательной программы 151900.62 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительного производства» по дисциплине «Технология подготовки производства» ДВФУ.

Публикация результатов работы. По диссертационному исследованию опубликовано 14 научных статей, общим объемом 5 п.л., учебное пособие объемом 6 п.л., 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Основная часть работы содержит 164 страницы текста, 29 таблиц и 56 рисунков. Список литературы содержит 92 наименования.

Планирование как основа управления производством на современных машиностроительных предприятиях

Суть метода изложена во многих работах [11, 68, 69] и заключается в следующем. На основе информации о прогнозе спроса или плане производства, спецификациях изделий определяются общие потребности на материалы, комплектующие и промежуточные сборки. На данном этапе производится расчет потребностей в материалах, узлах и компонентах, с учетом имеющихся в наличии или в незавершенном производстве.

При наличии информации о незавершенном производстве, запасах материалов и комплектующих, материалах в пути, определяются потребности на производимые и закупаемые части в количестве, и во времени, методом планирования назад без учета реальной загрузки производства.

Далее определяются сроки начала действий по реализации рассчитанных потребностей. Алгоритм MRP берет за начало дату реализации конечной потребности и «раскручивает» назад во времени процесс изготовления изделия или закупки материалов, определяя, таким образом, даты начала производственных операций с компонентами (деталями) нижнего уровня, вплоть до определения дат формирования заказов поставщикам. При наличии технологических маршрутов с указанием пооперационной трудоемкости и норм выработки, а также с учетом информации о графике работы оборудования и выполняемых производственных заданиях вычисляется загрузка производства, и, в случае возникновения перегрузки, производится перепланирование.

В случае каких-либо аномалий (например, в результате выполнения процедуры автоматического планирования сроки начала производства/закупки оказались в прошлом) производится ручное перепланирование для тех позиций, по которым система формирует сообщения.

Однако метод имеет недостатки, которые при практическом его применении формируют нереальные планы. Наиболее существенные недостатки [69]: - планирование «назад» от даты выпуска часто не позволяет распределить работы до сегодняшней даты. В результате дата запуска в производство оказывается в прошлом. Исправление такой ситуации возможно только сдвигом даты выпуска, причем на неопределенное время. Это приводит к неоднократному перепланированию. Если же на предприятии выпускаются достаточно сложные изделия, то процесс планирования может затянуться на несколько часов, а то и дней. - планирование производится без учета реальной загрузки оборудования. При планировании назад используется стандартное фиксированное время опережения, т.е. общее не пооперационное время производства. То, что какой-либо рабочий участок может быть занят в это момент времени, алгоритм не учитывает. В результате работы могут быть запланированы на занятое оборудование. - метод не хранит информацию о головном изделии, поэтому при возникновении вопросов и проблем с комплектующими нет возможности определить, на каком изделии это может отразиться. Недостаток этот заложен в самом алгоритме расчета. MRP рассчитывает потребности сверху вниз, уровень за уровнем для всех изделий базы данных. В силу этого, корректно определить источник потребности в большинстве случаев не представляется возможным. В итоге, для MRP все заказы одинаковые, неразличимые. Т.е. при возникновении проблем в производстве компонента, входящего в несколько изделий определить, например, какому клиенту надо сообщить о переносе сроков заказа не представляется возможным.

В последнее время как альтернатива методу MRP II предлагается метод APS. Этот метод учитывает проблемы MRP II, и устраняет некоторые его недостатки. Однако метод APS также содержит некоторые недоработки и спорные моменты:

1. Планирование начинается с определения потребности в материалах. Потребность рассчитывается по каждому изделию, начиная с «головы» изделия. Для определения даты поставки материалов используется метод планирования, аналогичный MRP II, т.е. планирование ведется из будущего в прошлое. Соответственно необходимо знать дату выпуска изделия. При этом эта дата не гарантирует того, что план не перейдет текущую дату. Это потребует проведения перепланирования и сдвиг сроков поставки материалов.

2. Если при планировании «назад» достигнута текущая дата, то метод планирования меняется. Производится перепланирование «вперед» от текущей даты. Расстановка операций производится по уровням, начиная с самого нижнего. Если операция не может быть поставлена в план из-за занятости ресурса (рабочего центра или группы рабочих центров), то ищется свободное «окно», при этом дата и время начала и окончания операции сдвигаются. Такое постоянное изменение времени требует запоминания и сдвигов времени выполнения всех следующих операций и изделий, производимых после планируемой операции.

3. Расстановка операций производится по уровням, начиная с нижнего. Не производится оценка длительности выполнения операций. Возможно, длительные операции располагаются не на нижних уровнях. При таком подходе могут быть значительные задержки и простои при сборке из-за отсутствия требуемых деталей.

4. После расстановки всех операций появляется новая дата окончания производства изделия и производится перепланирование сроков закупок материалов и комплектующих. Необходима корректировка составленного плана. Таким образом, план составляется несколько раз и несколько раз изменяется в связи с изменением сроков выполнения операций.

5. При необходимости можно производить перепланирование разработанного плана производства. Перепланирование производится только для изделий не запущенных в производство. При перепланировании возможен сдвиг сроков производства изделий и выполнения заказов. При позаказном производстве с покупателем заключается договор на выполнение работ с определением срока отгрузки готовой продукции. Таким образом, операция перепланирования может нарушить условия договора с покупателем. 6. Оптимизация плана выполняется для уже спланированных и запущенных в производство изделий. Изменение плана и нарушение последовательности и сроков выполнения работ и операций может привести к неразберихе в производстве и срыву сроков выполнения работ. Соответственно оптимизация возможна только при моделировании плана, после утверждения план должен стать законом, не подлежащим изменению.

Таким образом, когда очередь доходит непосредственно до оперативно календарного планирования производства, заданные сроки в процессе объемно календарного планирования практически не оставляют возможности моделирования плана. В единичном и мелкосерийном производстве при постоянно изменяющейся номенклатуре производства бывает достаточно сложно определить корректно сроки производства очередного изделия.

Поэтому составление расписания для единичного производства происходит практически вручную, несмотря на то, что эффективность составления расписания зависит от многих факторов, учесть которые при ручном составлении расписаний невозможно. Известные методы составления расписаний предлагают решение частных задач для определенных производств и определенных условий.

На основании анализа публикаций и применяемых методов можно сделать вывод о том, что проблема определения эффективных методов решения задач составления расписаний по-прежнему остается актуальной, особенно в связи с начавшимся возрождением промышленности.

Представление и анализ функциональной модели управления на существующих предприятиях

В течение веков человечество вырабатывало различные подходы и методики конструирования, однако до сих пор этот процесс остается весьма неопределенным и во многом зависит от личных способностей и опыта конкретного человека. Многофакторность процесса создания даже «несложных» конструкций пока не позволяет его формализовать, однако в существующих методиках выделяются некоторые типовые этапы этого процесса. В СССР во второй половине прошлого столетия разработаны Единая система конструкторской документации (ЕСКД) и Единая система технологической документации (ЕСТД). Эти системы рассматривают вопросы документальной фиксации как конструкционных, так и технологических особенностей изделия. Каждая из них служит каркасом для «выстраивания» цепочки действий при разработке новых изделий.

В 2006 году межгосударственный Совет по стандартизации, метрологии и сертификации (МГС) ввел в действие два стандарта «ГОСТ 2.051-2006: ЕСКД. Электронные документы. Общие положения» [26] и «ГОСТ 2.053-2006: ЕСКД. Электронная структура изделия. Общие положения» [16].

В ГОСТ 2.053-2006, утверждается, что стандарт устанавливает общие требования к выполнению электронной структуры изделий (ЭСИ) машиностроения и приборостроения и распространяется на все стадии жизненного цикла изделия (ЖЦИ) [16].

Для одного и того же изделия, в зависимости от стадии ЖЦИ и назначения ЭСИ, могут разрабатываться и применяться разновидности ЭСИ, выполняемые с целью определения конкретных аспектов описания изделия. Номенклатуру, техническое содержание и соответствующую ему модель данных ЭСИ устанавливает разработчик, если это не определено в техническом задании. При этом предлагаются различать, как правило, следующие основные разновидности ЭСИ: функциональную, конструктивную, производственно-технологическую, физическую, эксплуатационную и совмещенную.

Как указано в ГОСТ 2.053-2006 электронная структура изделия представляет собой конструкторский документ, содержащий состав сборочной единицы, комплекса или комплекта и иерархические отношения (связи) между его составными частями и другие данные в зависимости от его назначения [16].

Основными параметрами в представлении образа изделия выступают обозначение и наименование составных частей. Под составными частями (СЧ) изделия ГОСТ 3.1122-84 рассматривает детали и сборочные единицы - ДСЕ (parts and assembly units) [21].

Согласно ГОСТ 2.053-2006 [16] ЭСИ используют для: - представления информации о составе изделия и об иерархии составных частей; - представления интегрированной разнотипной информации о свойствах (характеристиках) изделия и его составных частей; - представления вариантов состава и структуры изделия; - организации и структурирования проектной и рабочей конструкторской документации на изделие; - представления информации о правилах применяемости и заменяемости (в том числе взаимозаменяемости) составных частей; - классификации и формирования обозначений изделия и его составных частей; - управления разработкой изделия; - документирования изменений в конструкции изделия и его составных частей, их свойств (характеристик); - получения текстовых документов на изделие и его составные части (детали, сборочные единицы, комплексы, комплекты) в электронной и/или бумажной формах. ГОСТ 2.053-2006 рекомендует представлять структуру изделия в виде - ориентированного ациклического графа, вершины которого соответствуют компонентам (ДСЕ), а ребра, соединяющие вершины, -отношениям (связям) между компонентами. Вершина, соответствующая изделию в целом, называется начальной или конечной в зависимости от выбранной системы ориентации [16]. - в форме многоуровневого списка, в котором верхний уровень образуют составные части, входящие в состав изделия непосредственно (СЧ прямого вхождения), второй уровень - СЧ, входящие в состав СЧ первого уровня, третий уровень - СЧ, входящие в состав СЧ второго уровня и т. д. вплоть до уровня, на котором СЧ полагаются далее неделимыми.

Пример представления структуры изделия в виде ориентированного графа показан на рисунке 8. Вершинами графа (обозначены латинскими символами) являются ДСЕ, а дугами указаны взаимосвязи между ними. Цифры рядом с дугами указывают входимость ДСЕ в верхний уровень, иными словами количество деталей или сборочных единиц применяемых в узле на который указывает стрелка. В данном примере вершина «А» в соответствии с направлением дуг (стрелок) является конечной.

Ориентированный граф - это пара (V, E), где V - конечное множество вершин (узлов, точек) графа, а E - некоторое множество пар вершин, т.е. подмножество множества V V или бинарное отношение на V. Элементы E называют ребрами (дугами, стрелками, связями). Для ребра е = (u,v)eE вершина и называется началом е, а вершина v - концом е, говорят, что ребро е ведет из и в v. Таким образом, состав изделия описывается параметрами множества V, а множество Е содержит структуру изделия в виде описание отношений составных частей.

В ориентированном графе полустепень исхода вершины - это число исходящих из нее ребер, а полустепень захода - это число входящих в данную вершину ребер.

Заметим, что в ориентированном графе может быть ребро вида (и, и), называемое петлей, а в неориентированном петель не бывает.

Это представление позволяет легко проверять наличие ребер между заданными парами вершин. Для поиска всех соседей, в которые ведут ребра из вершины Vj, необходимо просмотреть соответствующую ей /-ю строку матрицы AG, а чтобы найти вершины, из которых ребра идут в v, необходимо просмотреть ее /-ый столбец.

Общая (принципиальная) модель составления плана (расписания)

В литературе и современных предприятиях на сегодняшний день принята трехуровневая модель планирования [5, 11, 68, 70, 78, 80, 82], детализируемая на каждом уровне. Верхний уровень планирования – это составление объемно-календарного плана, который детализируется до укрупненного плана производства подразделений предприятия. В этом плане определяется номенклатура, объем и сроки производимой продукции, и ресурсы, необходимые для его выполнения. Расписание загрузки оборудования составляется только на третьем шаге исходя из укрупненного плана.

Этот подход к планированию использовался и используется в массовом и крупносерийном производстве. И в этих случаях он себя полностью оправдывает, поскольку при таком типе производства уже отлажены все производственные бизнес-процессы, они не меняются с течением времени. Для функции планирования здесь есть вся необходимая информация: известно, что производить, как производить и в какие сроки производить. Производственный цикл изготовления изделия полностью определен, не меняется. Аналогичный подход к планированию применяется и в мелкосерийном и единичном производстве. Однако при таком типе производства этот подход дает сбои. Проблема кроется в особенностях типа производства.

Для мелкосерийного и единичного типа производства характерна большая номенклатура производимой продукции, практически отсутствует повторяемость производимых изделий. Из этого следует отсутствие четко определенного, известного цикла производства изделия, а соответственно трудно или даже невозможно адекватно определить сроки его изготовления.

Коэффициент закрепления операций для мелкосерийного и единичного типа производства составляет более 30. Это означает, что на одном оборудовании выполняются разные операции для разных изделий. Соответственно при изготовлении одного и того же вида изделий выполнение операции может производиться на разном (аналогичном) оборудовании и разные детали могут изготавливаться на одном оборудовании. Это означает, что в любой момент времени сложно точно определить будет ли занято оборудование или нет.

В результате нет уверенности, что при составлении расписания загрузки рабочих центров удастся уложиться в сроки, отведенные укрупненным планом. Исходя из этого, возникает сомнение в адекватности и возможности применения на практике такого планирования.

Трехступенчатый подход к планированию необходимо модифицировать, учитывая изменившиеся условия работы предприятий. Условия, в которых сегодня работают предприятия с мелкосерийным и единичным типом производства: - позаказное производство, когда нет четких планов на длительную перспективу. Появившийся сегодня заказ необходимо поставить в план производства и объявить заказчику дату изготовления продукции. При этом должна быть уверенность, что заказ действительно будет выполнен к объявленному сроку. - большая номенклатура или большое количество модификаций основных изделий. Часто заказчик хочет выполнения каких-то особых требований. Это могут быть индивидуальные размеры изделия или конструкции, это может быть отдельная технология изготовления и т.д. - высокое значение коэффициента закрепления операций, что требует частой переналадки оборудования на другие операции и учета времени этих переналадок. - использование различных технологических процессов, что не позволяет однозначно определить последовательность использования оборудования и его загрузку, а также длину производственного цикла. - переменная длина производственного цикла, которая зависит от загрузки оборудования. При приеме заказа от покупателя определение сроков изготовления продукции возможно только с учетом текущей загрузки оборудования.

В этих условиях необходимо использовать другие подходы к планированию производства. Руководителю предприятия необходимо иметь информацию о том, сможет ли предприятие выполнить заказ и в какие сроки, какие материалы и комплектующие и когда необходимо приобрети для выполнения заказа, какова загрузка производства не только сегодня, но и завтра, через месяц, год; какое оборудование недозагружено сегодня и в перспективе.

Имея такую информацию, появляется возможность планирования деятельности маркетинговой службы, службы работы с заказчиками, выбор определенных направлений для поиска клиентов и заказов.

В данной работе процесс планирования представляется в виде функции преобразующей исходные данные в расписание (график) производства. Входными данными для процесса планирования является информация от покупателя о составе заказа, конструкторская информация, содержащая электронную структуру изделия, технологическая информация, содержащая технологические процессы изготовления изделия, а так же информация о текущем состоянии производства, отраженная в графике загрузки оборудования. В результате функции планирования исходная информация преобразуется в выходную информацию, представляющую собой план-график работы производства или, иными словами, расписание загрузки производственного оборудования.

Формально процедура планирования описывается следующим образом. Имеется множество рабочих мест R:={rh г2, ..., гт}. Их способность выполнять некоторые работы характеризуется интервалом доступности, т.е. режимом работы оборудования или рабочих мест. Режим работы устанавливается на предприятии в виде определенного регламента, определяющего продолжительность работы, количество смен, обеденные и прочие перерывы и т.д. Соответственно, время доступности всех рабочих мест может быть описано множеством T\={tr,tr,...,tr }, где каждому рабочему месту соответствует его режим работы.

Занятость рабочего места означает выполнение на этом рабочем месте технологической операции, которая характеризуется длительностью выполнения. Совокупность выполняемых операций на рабочем месте и определяет загрузку или расписание работы рабочего места [42].

Характеристика предприятия во времена СССР

В современных исследованиях нет точного определения алгоритма, это понятие дается интуитивно и, соответственно, имеет несколько интерпретаций. Смысл, тем не менее, заключается в том, что алгоритм представляет собой конечную последовательность шагов или инструкций, приводящих к решению поставленной задачи. Исследованиями алгоритмов занимались многие ученые, теоретические разработки по этой теме изложены в теории алгоритмов [4, 31, 39, 77]. Для оценки алгоритмов существует много критериев. Основными параметрами алгоритмов, по которым производится их оценка являются [4, 77]: - конечность (сходимость, вычислимость); - эффективность; - сложность.

Конечность или вычислимость алгоритма подразумевает получение решения поставленной задачи. «Алгоритм считается правильным, если на любом допустимом (для данной задачи) входе он заканчивает работу и выдает результат, удовлетворяющий требованиям задачи. В этом случае говорят, что алгоритм решает данную вычислительную задачу» [51]. Утверждения о вычислимости алгоритмов базируются на тезисе Черча: «Алгоритм для нахождения значений функции, заданной в некотором алфавите, существует тогда и только тогда, когда эта функция вычислима» [32]. Многочисленные исследования ученых показали, что во всех случаях существования алгоритма для вычисления значений функции, эта функция оказывалась вычислимой, т.е. для нее находилась подходящая вычисляющая машина Тьюринга.

«Алгоритм, трудоемкость которого (число шагов) ограничена полиномом от характерного размера задачи, называется эффективным» [31].

«Сложность задачи оценивают, как правило, с точки зрения затраты времени, необходимого машине Тьюринга-Поста для того, чтобы вычислить функцию, посредством которой находится решение рассматриваемой задачи» [31]. Сложность рассматривается временная и мкостная. Временная сложность связана со временем, затрачиваемым алгоритмом на решение, и зависит от размерности задачи. Ёмкостная сложность рассматривает объем памяти, необходимый алгоритму для решения задачи.

«Двумя важными мерами сложности алгоритма являются временная и мкостная сложности, рассматриваемые как функции размера входа. Если при данном размере и качестве меры сложностей берется наибольшая из сложностей (по всем входам этого размера), то она называется сложностью в худшем случае. Если в качестве меры сложности берется «средняя» сложность по всем входам данного размера, то она называется средней (или усредненной) сложностью» [4, 77]. Размер входа зависит от конкретной задачи, им может быть число элементов на входе, общее число битов входной информации, число вершин графа и т.д.

Чаще всего рассматривается время в худшем случае. Зная это время, можно гарантировать, что работа алгоритма закончится не позже этого времени [51].

Исследования алгоритмов проводятся двумя способами: теоретическим, представляющим математическое доказательство свойств алгоритма, и эмпирическим, представляющим тестирование алгоритма с последующим анализом результатов.

Задачи о составлении расписаний относятся к классу NP-полных задач, содержащем трудноразрешимые задачи. Многие из этих задач изучались математиками и специалистами по вычислениям в течение десятилетий, и для них не удалось построить какие-то математические доказательства, исследования этих алгоритмов чаще всего производятся эмпирически [4, 77].

В современной программной инженерии алгоритмы, как методы решения задач, занимают ведущее место по сравнению с традиционной математикой. Причем не важно, существует или нет чистое алгоритмическое решение в абстрактных моделях алгоритмов. Если решение задачи необходимо, широко используется эвристика, а «доказательством» работоспособности алгоритма является успешное его тестирование. Это отражено во многих работах, например в [1, 5, 53, 56].

Существует следующая оценка количества расписаний, которые могут быть составлены при сформулированных выше условиях (n!)m. Несмотря на то, что эта оценка не является абсолютно точной и реальное количество вариантов расписаний может получиться как несколько меньше, так и больше указанной оценки, она показывает общую размерность и сложность задач составления расписаний [49].

Исходя из этого, можно отметить, что точные, математически доказанные решения задач составления расписаний существуют для упрощенных задач, которые на практике почти не встречаются.

Кроме основных параметров оценки алгоритмов – конечности и сложности – вводят критерии оценки эффективности. Подбор этих критериев зависит от области и целей применения алгоритмов.

Разработкой эффективных алгоритмов планирования производства заняты многие исследователи, как в нашей стране, так и за рубежом. Существует достаточно большое количество алгоритмов планирования, в том числе и единичного дискретного машиностроительного производства. Поэтому актуальным становится вопрос выбора наиболее эффективного алгоритма. Процесс выбора основывается на значениях некоторых критериев, отражающих важные или требуемые качества алгоритма. Для определения эффективности разработанной системы и используемых алгоритмов проведено ее сравнение с существующими системами MRP II, APS, MES и алгоритмами, используемыми в них. Важным вопросом для сравнения являлась возможность и удобство использования систем и алгоритмов для мелкосерийного и единичного машиностроительного производства.