Содержание к диссертации
Введение
1. Постановка задачи исследования 10
1.1. Общая характеристика отрасли машиностроения 10
1.2. Описание функционирования ремонтной службы на предприятии 15
1 3 Анализ существующих методов планирования ремонтов оборудования на предприятии 21
1 4 Анализ эффективности внедрения системы управления ремонтами оборудования на предприятиях 31
1.5. Содержательная постановка задачи исследования 36
1.6. Математическая модель системы управления ремонтом оборудования предприятия 39
1.7. Выводы по главе 1 43
2. Системный анализ системы управления ремонтами 46
2.1. Анализ методов проектирования информационных систем 46
2 2 Разработка структурно-функциональной модели системы управления ремонтами 60
2.3. Разработка модели потоков данных системы управления ремонтами 71
2.4. Разработка информационной модели системы управления ремонтами 79
2.5. Выводы по главе 2 92
3 Разработка подсистемы календарного планирования ремонтов оборудования предприятия 94
3.1. Математическая модель задачи календарного планирования ремонтов 94
3.2. Анализ методов решения задач календарного планирования 100
3.3. Разработка алгоритма решения задачи 112
3 4 Описание подсистемы ведения нормативно-справочной информации оборудования и построения календарных графиков 119
3.5. Выводы по главе 3 125
4 Оценка качества систем управления ремонтами оборудования для предприятия 127
4.1. Анализ методов оценки качества программных систем 127
4.2. Методика решения задачи 133
4.3. Разработка метрики характеристик качества системы управления ремонтами 134
4.4. Результаты согласования экспертных оценок 139
4.5. Оценка качества систем управления ремонтами оборудования 148
4.6. Результаты решения задачи классификации систем управления ремонтами оборудования 157
4.7. Выводы по главе 4 159
Заключение 161
Список литературы 163
Приложение 1. Диаграммы потоков данных системы управления ремонтами 172
Приложение 2. Диаграмма классов программного комплекса «Планирование ремонтов оборудования предприятия на основе генетического алгоритма» 177
Приложение 3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ 178
Приложение 4. Сводная таблица сравнительных характеристик качества системы управления ремонтами 179
Приложение 5. Результаты согласования экспертных оценок 185
Приложение 6. Графики распределения экспертных оценок 189
Приложение 7. Акт использования результатов диссертационной работы в ОАО «Кондитерский концерн Бабаевский» 199
Приложение 8. Акт использования результатов диссертационной работы в учебном процессе ФБГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» 200
Приложение 9. Акт о внедрении программного комплекса «Планирование ремонтов оборудование предприятия на основе генетического алгоритма» 201
- Анализ существующих методов планирования ремонтов оборудования на предприятии
- Разработка структурно-функциональной модели системы управления ремонтами
- Анализ методов решения задач календарного планирования
- Оценка качества систем управления ремонтами оборудования
Введение к работе
Машиностроение является одной из основных отраслей экономики. Развитие этой отрасли подразумевает внедрение инновационных технологий, сложного высокотехнологического оборудования, накопление опыта производства, развитие отечественных технологий. Машиностроительная отрасль включает большое количество разнопрофильных предприятий. Для выживания в условиях рынка от предприятий требуется снижение затрат на всех этапах процесса производства, а также обеспечение его непрерывности. Одним из способов обеспечения непрерывности производства является повышение надежности работы оборудования. Внедрение автоматизированной системы управления ремонтами на предприятии позволяет: систематизировать информацию об имеющихся технологических линиях, агрегатах, единицах оборудования, инструментах, запасных частях и хранение этой информации в электронном виде; планировать профилактические и ремонтные работы, контролировать исполнение этих работ; формировать наряды на производство ремонтных работ с указанием детального перечня работ; планировать закупки элементов оборудования, инструментов, запасных частей и принадлежностей; создавать отчетные документы в соответствии с установленными формами; вести учет аварий и внеплановых остановок оборудования. Вопросами повышения надежности работы оборудования путем совершенствования системы управления ремонтом и обслуживанием оборудования занимались следующие ученые: Акбердин Р.З., Смирницкий Е. К., Ахумов А.В., Борисов Ю.С., Власов Б.В., Кришкевич В.А., Гельберг Б.Т., Григорьев С.Н., Пекелис Г.Д., Кабаков B.C., Соловьева М.Х., Логунова Н.Ю., Антоков Н. Н., Дягин Д.С., Анцева Н. В., Климов А.Н., Колегаев Р.Н., Сондалини М., Ховард В., Мур Б., Багадия К. и др.
Опыт зарубежных компаний свидетельствует об чрезвычайно высокой отдаче инвестиций в системы управления ремонтами оборудования и выгоды от их внедрения. Подавляющее большинство проектов окупается менее чем за
полтора-два года. Типовым результатом является сокращение на 20% затрат на ремонтные работы. Анализ исследований зарубежных консалтинговых компаний показал, что внедрение систем управления ремонтами оборудования позволяет получить предприятию следующие технико-экономические результаты: повышение производительности работ; сокращение складских запасов; сокращение аварийных работ; сокращение срочных закупок запчастей. Таким образом, система управления ремонтами оборудования является одним из важнейших элементов для повышения эффективности работы современного предприятия.
Целью работы является повышение эффективности производства за счет совершенствования системы управления ремонтом и обслуживанием технологического оборудования предприятия.
Объектом исследования является система управления ремонтом и обслуживанием технологического оборудования предприятия.
Предметом исследования являются модели и методы анализа и проектирования системы управления ремонтом и обслуживанием технологического оборудования предприятия.
Методы исследования. Теория систем и системный анализ, теория множеств, методы функционального моделирования, моделирования потоков данных, информационного моделирования, методы теории расписаний, методы решения комбинаторных задач, методы оценки качества программных средств, методы экспертных оценок.
Основными задачами исследования, которые необходимо решить для достижения поставленной цели:
Анализ процессов и потоков данных системы управления ремонтом и обслуживанием технологического оборудования предприятия и установление связей между ними.
Анализ методов и методологий проектирования систем управления предприятиями. Разработка комплекса структурных моделей системы управления ремонтом и обслуживанием технологического оборудования
предприятия.
Разработка математической модели и обоснование метода решения задачи составления календарного плана ремонтов и обслуживания технологического оборудования.
Разработка алгоритма и создание программного комплекса для решения задачи календарного планирования ремонтов оборудования предприятия.
Проведение оценки качества и сравнения систем управления ремонтом оборудования и выработка рекомендаций по внедрению на предприятии.
Научная новизна исследования состоит в достижении следующих результатов:
На основании выявленных связей между процессами, отдельными функциями и потоками данных системы управления ремонтом и обслуживанием оборудования предприятия, разработан комплекс структурных моделей: структурно-функциональная модель, модель потоков данных и инфологическая модель системы.
Разработана математическая модель задачи календарного планирования ремонтов и обслуживания технологического оборудования предприятия. Предложены три критерия оптимизации: минимизация функции стоимости, максимальное использование трудовых ресурсов, минимизация общей длительности простоя линий предприятия при ремонте.
Проведен анализ методов решения данного класса задач и обоснован выбор метода решения. Разработан алгоритм решения задачи календарного планирования ремонтов оборудования предприятия.
Практическую ценность работы составляют следующие полученные результаты:
Разработан программный комплекс, предназначенный для автоматизированного составления оптимальных календарных планов ремонта и обслуживания оборудования предприятия.
Разработана структура и определены весовые коэффициенты метрики
для проведения комплексной оценки качества системы управления ремонтом и обслуживанием оборудования предприятия.
3. Проведена оценка качества и классификация восьми систем управления ремонтом оборудования. Даны рекомендации по выбору системы управления ремонтом оборудования для конкретного предприятия.
Апробации работы. Основные результаты выполненных исследований были представлены на следующих выставках и научных конференциях: Всероссийская научно-практическая конференция «Стратегическое управление организациями: Проблемы и возможности современной экономики», г. Санкт-Петербург, 2009 г.; XIII, XIV Международная научно-практическая конференция «Системный анализ в проектировании и управлении», г. Санкт-Петербург, 2009 г., 2010 г.; Всероссийская научно-техническая конференция-выставка «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации»; Общеуниверситетская научная конференция молодых ученых и специалистов, г. Москва, 2009 г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Стратегическое управление организациями: теория и практика инновационного развития», г. Санкт-Петербург, 2011 г.
Реализация работы. Научные и практические результаты работы были использованы в ОАО «Кондитерский концерн Бабаевский» при выполнении хоздоговорной НИОКР по разработке и внедрению комплексной системы управления ремонтами оборудования. Разработанный комплекс структурных моделей использован в учебном процессе ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» при подготовке инженеров по специальности 230201 «Информационные системы и технологии», бакалавров и магистров по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника». Разработанный программный комплекс внедрен в ООО «КОНЭКС» для составления календарных планов ремонта оборудования. На программный комплекс получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011617958 РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 89 наименований и 9 приложений.
6 Содержит 48 иллюстраций, 5 таблиц, общий объем 201 страница.
Анализ существующих методов планирования ремонтов оборудования на предприятии
Если проанализировать существующие методы планирования ремонтов оборудования, то можно выделить два основных:
Система планово-предупредительного ремонта.
Ремонт по техническому состоянию оборудования. Системой ППР технологического оборудования называется совокупность организационных и технических мероприятий по надзору, уходу и всем видам ремонта, производимых в порядке профилактики по заранее разработанному плану в целях обеспечения бесперебойной работы оборудования, обслуживающих его транспортных устройств и средств механизации и автоматизации [69].
Система ППР включает в себя осуществление следующих основных мероприятий:
межремонтное профилактическое обслуживание технологического оборудования и его ремонт;
применение при ремонте современной передовой технологии, обеспечивающей высокое качество и долговечность восстанавливаемых деталей и узлов и эстетику внешнего вида оборудования;
проведение при ремонте оборудования модернизации отдельных узлов и механизмов, направленных на повышение производительности, улучшение качества продукции, условий труда и безопасности обслуживания;
организацию снабжения предприятия запасными частями, деталями, узлами и техническими материалами, их хранения и учет;
организацию контроля качества ремонта оборудования и порядка обслуживания его в процессе эксплуатации.
В систему ППР технологического оборудования входят следующие виды работ и ремонта: техническое обслуживание оборудования в межремонтный период, текущий ремонт, капитальный ремонт и аварийный ремонт при аварийных ситуациях.
Техническое обслуживание оборудования называется технический уход за оборудованием, который осуществляется в межремонтный период, т. е. период работы оборудования между двумя ближайшими плановыми капитальными ремонтами или между вводом в эксплуатацию оборудования и первым капитальным ремонтом. Техническое обслуживание оборудования осуществляется силами обслуживающего персонала предприятия. К обслуживающему персоналу относятся дежурные слесари, электрики, теплотехники, работники КИП (контрольно-измерительных приборов), а также рабочие (или бригада рабочих), за которыми закреплено оборудование. В перечень основных работ по техническому обслуживанию оборудования входят: наблюдение за техническим состоянием оборудования путем его осмотра; обтирка, промывка, чистка оборудования и содержание в чистоте рабочего места; периодическая проверка смазочных устройств и смазка оборудования; наблюдение за состоянием подшипников, работой КИП и автоблокировки; контроль за натяжением и состоянием приводных ремней, тросов, цепей, особенно в местах их соединения и крепления; проверка состояния болтовых, шпоночных и клиновых соединений, наличия и исправности защитных устройств; контроль за стыковыми и сальниковыми уплотнениями, действием тормозов и приспособлений для аварийной остановки машин; устранение мелких неисправностей и дефектов, выявленных в процессе работы смены; регулировка и наладка оборудования. Техническое обслуживание оборудования персонал производит в точном соответствии с имеющимися для каждого рабочего места должностными инструкциями, правилами технической эксплуатации оборудования, правилами и требованиями безопасности труда. Контроль за соблюдением правил эксплуатации оборудования в межремонтный период осуществляет главный механик (механик), начальник производства, мастер смены и бригадир. Дефекты оборудования, ликвидация которых во время осмотра не представляется возможной, записываются в сменный журнал и устраняются в период ближайшего ремонта. Ответственность за незамеченные при приемке дефекты или поломки несет смена, принявшая оборудование.
Текущий ремонт проводят в процессе эксплуатации оборудования между плановыми капитальными ремонтами. Этот вид ремонта предназначен для поддержания оборудования в работоспособном состоянии и проводится путем замены или ремонта отдельных деталей (кроме корпусных и базисных) при минимальном объеме разборочно-сборочных работ. В перечень основных работ при текущем ремонте оборудования входят: замена быстроизнашивающихся деталей, износ которых достиг установленного максимального предела; устранение мелких дефектов оборудования; зачистка поверхностей трущихся деталей с целью устранить забоины и задиры; притирка кранов и клапанов; подтяжка крепежных деталей и пружин, регулирование зазоров, проверка и чистка подшипников, чистка смазочных устройств; проверка и замена изношенных фрикционных тормозных лент, тросов, цепей, ремней; замена набивок сальников и прокладок в трубопроводах, промывка редукторов; проверка и чистка воздуховодов; исправление или замена износившейся арматуры; контроль и исправление предохранительных и блокирующих устройств контрольно - измерительных приборов. Текущий ремонт осуществляют на месте установки оборудования силами ремонтного и дежурного персонала цеха. Механик цеха (или бригадир) руководит ремонтом и отвечает за его качество и своевременность. Продолжительность текущего ремонта устанавливается заранее по каждому цеху годовым графиком планово-предупредительного ремонта. При этом учитывают, что текущий ремонт должен выполняться в нерабочее время, а если неизбежен простой оборудования, то он не должен превыщать установленных норм. Объем текущего ремонта составляет около 20% капиталъного.
Капитальный ремонт предусматривает полное восстановление технических параметров оборудования и доведение производителъности и точности работы оборудования до пределов, предусмотренных паспортом. Капитальный ремонт оборудования проводят силами ремонтно-механических мастерских или ремонтным персоналом производственного цеха соответственно в ремонтно-механических мастерских предприятий или непосредственно на месте его установки в сроки, предусмотренные графиком ремонта. В перечень основных работ при капитальном ремонте оборудования входят: полная разборка всех узлов и механизмов; тщательная проверка узлов и деталей - дефектация, составление дефектной ведомости и сметы; замена износившихся узлов и деталей или их реставрация; тщательная выверка, центрование, балансировка узлов машины; ремонт базовых деталей в целях восстановления первоначальных параметров (точность, мощность, производительность), утраченных в процессе эксплуатации оборудования; выверка станины (рамы) машины; приведение размеров допусков и посадок сопряженных деталей и узлов в соответствие с техническими условиями; отладка и регулирование всех приборов автоматики и управления; ремонт привода; сборка, наладка и обновление внешнего вида (окраска оборудования) с восстановлением всех необходимых надписей; испытание, сдача, приемка оборудования по техническим условиям и оформление документации. Во время капитального ремонта может быть произведена модернизация оборудования. Прошедшее капитальный ремонт оборудование по своим техническим параметрам должно соответствовать новому оборудованию, а в случае его модернизации отдельные параметры (точность, мощность, производительность) могут превышать параметры нового оборудования. Капитальный ремонт оборудования производят только при полном обеспечении его материалами, запасными деталями и рабочей силой. Капитальный ремонт оборудования в зависимости от вида и сложности осуществляют один раз в 2-—3 года. При капитальном ремонте обязательно составляют дефектную ведомость на каждую единицу оборудования, которую, как правило, составляют по утвержденной заводской форме мастер по ремонту или технолог вместе с бригадиром слесарей, ремонтирующих данное оборудование. При разборке оборудования каждую деталь рекомендуется маркировать в соответствии с номером детали по дефектной ведомости. Номера можно наносить клеймением на нерабочих поверхностях деталей или привязывать к деталям бирки с номерами. Такая маркировка облегчает подбор деталей при сборке, а также контроль за прохождением ремонта. Кроме текущего и капитального ремонтов на предприятиях могут проводиться средний и восстановительный ремонты, а также внеплановые ремонты. Среднему ремонту в настоящее время подвергается только уникальное и крупногабаритное оборудование.
Аварийный ремонт. С позиции подготовки к выполнению, аварийными можно считать ремонты, которые не планировались заранее. Как правило, аварийные ремонты выполняются, если оборудование или его отдельные элементы достигают предельного состояния и разрушаются при реализации технологического процесса. Еще одним признаком аварийного ремонта можно считать малое значение интервала времени между обнаружением неисправности и выполнением ремонтного воздействия или остановки оборудования на ремонт. С позиции организации аварийные ремонты делятся на: выполняемые дежурным персоналом и выполняемые ремонтными бригадами.
В случае выполнения ремонта дежурным персоналом подготовка к нему практически отсутствует. Принято считать, что дежурный персонал обладает знаниями, материальными ресурсами и инструментами, необходимыми для выполнения аварийного ремонта. Принятие решения о необходимости ремонта, разработка его технологии, а также выполнение непосредственно ремонта осуществляется дежурным персоналом. Данные о проведенном аварийном ремонте записываются дежурным персоналом в журнал аварийных ремонтов. Ежесуточно этот журнал просматривает мастер участка, на котором установлено оборудование. При необходимости, мастер заносит данные о выполненном аварийном ремонте в агрегатный журнал.
Разработка структурно-функциональной модели системы управления ремонтами
Разработка информационной системы управления предприятия начинается со сбора и анализа информации о функциях, процессах, документообороте, структуре предприятия. Стандартный подход к анализу предприятия предполагает построение и структурный анализ моделей деятельности предприятия [37].
Рассмотрим функциональную структуру системы управления ремонтами оборудования предприятия, разработанную по результатам проектного обследования промышленного предприятия (ОАО «Кондитерский концерн Бабаевский»). На рис. 2.4. изображена структурно-функциональная модель системы управления ремонтами. Все выполняемые системой функции объединены в 5 подсистем (блоки 1-5): «Ввод информации», «Анализ работы оборудования», «Планирование ремонтов», «Анализ выполнения ремонтных работ», «Планирование закупок материалов».
Подсистема «Ввод информации» (блок 1) служит для ввода и управления нормативно-справочной информации. Декомпозиция подсистемы «ввод информации» представлена на рис. 2.5. Функциями подсистемы является ввод информации: об оборудовании, обслуживающем персонале, нормативах на ремонтные работы, данных о трудоемкости работ.
Информация об оборудовании описывает его состав и комплектацию, содержит данные о чертежах, паспортных данных, физическом местоположении, типах оборудования. Данную информацию вводят механики цехов, сотрудники отдела главного механика и технического отдела. Для правильного составления графиков ППР (планово-предупредительного ремонта) необходимы обоснованные нормативы межремонтных циклов оборудования, которые можно спрогнозировать на основании анализа накопленных статистических данных о работе и отказах оборудования.
Подсистема «Анализ работы оборудования» (блок 2), представленная на рис. 2.4, обеспечивает сбор статистики о работе оборудования на протяжении всего жизненного цикла его существования, начиная с момента монтажа и заканчивая списанием оборудования. Декомпозиция подсистемы представлена на рис. 2.6. Подсистема состоит из двух блоков: «Ведение журнала работы/простоя оборудования» и «Составление журнала отказа/поломок оборудования». Основными функциями подсистемы являются: ведение журнала работы/простоя оборудования, журнала отказов/поломок оборудования, отслеживание текущего технического состояния оборудования. Информация вносится механиками цехов и специалистами отдела главного механика. Входной информацией для подсистемы «Анализ работы оборудования» является:
данные о времени работы/простоя оборудования;
техническое состояние оборудования;
данные об отказах/поломках.
Управление для подсистемы «Анализ работы оборудования» является:
справочник оборудования;
справочник персонала.
Механизмы подсистемы «Анализ работы оборудования»:
пользователи (сотрудники отдела главного механика, механики цеха, наладчики, сотрудники технического отдела);
программное обеспечение;
сотрудники отдела главного механика.
На выходе из подсистемы «Анализ работы оборудования» представлена следующая информация:
техническое состояние оборудования;
журнал/отказов поломок;
журнал работы оборудования.
Подсистема «Планирование ремонтов» (блок 3) осуществляет формирование годовых и оперативных графиков ПНР, рассчитывает затраты на закупку запчастей, ведет календарь ремонтных работ и формирует заявки на ремонтные работы. Функции подсистемы выполняют сотрудники отдела главного механика. Результатом декомпозиции блока 3 на рис. 2.4 является структурно-функциональная модель подсистемы «Планирование ремонтов», представленная на рис. 2.7. Основные функции подсистемы: «Формирование годового графика ППР», «Формирование оперативного графика ПНР», «Ведение календарей ремонтных работ», «Формирование заданий на ремонтные работы».
Функции «Формирование годового графика ППР» и «Формирование оперативного графика ППР» состоят из следующих этапов: составление планов ремонта оборудования, составление графиков ППР и корректировка планов. Функция «Формирование годового графика ППР» также производит расчет затрат на закупку запчастей. Эти данные необходимы для составления бюджета затрат на приобретение запасных частей. Планы составляются на основании анализа следующей информации: журнала работы оборудования, журнала отказов/поломок, журнала выполненных ремонтных работ и технического состояния оборудования. Графики ППР составляются в соответствии нормативами на ремонтные работы и данными о трудоемкости работ. Составлением графиков ГШР занимается отдел главного механика. Они согласовываются и утверждаются техническим директором. Функция «Ведение календарей ремонтных работ» служит для составления перечня работ в соответствии с графиками ППР. Выходной информацией является годовой и оперативный календарь работ. Данная работа выполняется отделом главного механика. Функция «Формирование заданий на ремонтные работы» описывает составление последовательности выполнения ремонтных работ на производственных линиях предприятия. Выходной информацией являются заявки на ремонтные работы. Формированием заявок на ремонтные работы занимается отдел главного механика.
Структурно-функциональная модель основных процессов подсистемы «Анализ выполнения ремонтных работ» представлена на рис 2.8. Процесс «Анализ состояния оборудования», выполняется отделом главного механика и механиком подразделения цеха и включает следующие виды работ: анализ технического состояния, согласование внеплановых ремонтных работ с графиком ППР, формирование списка необходимых запасных частей. Входной информацией процесса служит информация об оперативном графике ППР, информация о техническом состоянии оборудования и журнал отказов/поломок. Основными видами выходной информации процесса анализа состояния оборудования являются, техническое состояние оборудования, перечень необходимых ремонтных работ и перечень необходимых запчастей.
Процесс функциональной модели «Оперативное планирования (еженедельное)», выполняется отделом главного механика, техническим отделом и механиком подразделения цеха. Он включает следующие этапы работ: анализа наличия запчастей, анализ и согласование этих ремонтных работ и назначение нарядов на ремонтные работы. Входной информацией служат перечень необходимых ремонтных работ, перечень необходимых запчастей и данные о наличии материалов. Основным видом выходной информации процесса оперативного планирования ремонтных работ являются наряды на ремонтные работы и заявки на недостающие запчасти. Процесс функциональной модели «Учет выполнения ремонтных работ» выполняется наладчиками и механиком подразделения цеха. Входной информацией служит информация о техническом состоянии оборудования, списке выполненных ремонтных работ, списке использованных запасных частей, параметрах отчета и данные о наличие материала. Выходной информацией являются отчеты о выполнении ремонтных работ, журналы выполненных ремонтных работ и использованных запасных частей, техническое состояние оборудования.
Декомпозиция структурно-функциональной модели подсистемы «Планирование закупок запчастей» представлена на рис. 2.9. Подсистема содержит 5 блоков: «Формирование заявки на запчасти», «Согласование заявки на запчасти», «Формирование заказа на изготовление запчастей», «Формирование заказа на приобретение отечественных запчастей», «Формирование заказа импортных деталей». На основании графиков ППР, данных о наличии запчастей и заявок на недостающие запасные части формируются заявки на изготовление или приобретение деталей.
В процессе согласования заявок принимается решение об изготовлении деталей на предприятии, или о заказе деталей на отечественном предприятии, или заказе импортных деталей. Заявки согласовывают заместитель начальника цеха, главный механик и техническая дирекция. Если принимается решение об изготовлении детали на предприятии, то проводится поиск чертежа детали в архиве или составляется новый чертеж детали. После этого чертеж передается в механический отдел для изготовления детали. Формирование заказа на приобретение отечественных запчастей производит отдел материально-технического обеспечения на основании заявок на приобретение отечественных запчастей. Формирование заказа импортных запчастей осуществляет технический отдел на основании заявок на заказ импортных запчастей.
Анализ методов решения задач календарного планирования
Задачи календарного планирования возникают в различных сферах деятельности, в частности при выполнении каких-либо проектов, составлении расписаний движения поездов, самолетов, планирование графиков выпуска и доставки товаров и т.д. В данной диссертационной работе рассматривается задача календарного планирования ремонтных работ на предприятии при ограниченных ресурсах.
Математические модели и методы календарного планирования изучаются в рамках теории расписаний. Рассматриваемые в теории расписаний задачи обычно формулируются в терминах обслуживания требований в системе, состоящей из одного либо нескольких обслуживающих приборов. Под термином «требования» подразумеваются обрабатываемые детали, вычислительные программы, проекты, транспортные средства и т.п. Под термином «приборы» подразумеваются станки, вычислительные машины, группы исполнителей проектов, участки дорог и т.п. Приборы являются одним из ограниченных ресурсов. Требованию сопоставляется некоторое множество приборов, каждый из которых может или должен обслуживать данное требование. Если каждое требование может быть полностью обслужено любым из этих приборов, то обслуживающая система называется одностадийной (с одним или несколькими параллельными приборами). Если требование должно быть обслужено последовательно несколькими приборами, то говорят о многостадийных системах обслуживания.
Построить расписание означает тем или иным способом указать для каждой пары «требование-прибор» интервал времени, в котором этот прибор обслуживает данное требование. При этом должен быть соблюден ряд ограничений, например, требование не может обслуживаться двумя и более приборам одновременно; на множестве требований может быть задано отношение частичного порядка, которое нельзя нарушать и т.п.
Интерес обычно представляет построение не любых расписаний, а лишь тех из них, которые являются оптимальными относительно того или иного критерия. Критерием может быть минимизация момента завершения обслуживания всех требований, среднего времени пребывания требований в системе, суммарных затрат, суммарного либо максимального отклонения моментов завершения обслуживания требований от заданных директивных сроков и т.п. [20].
Задача, рассматриваемая в данной диссертационной работе, является задачей календарного планирования с ограниченными ресурсами. В задаче календарного планирования с ограниченными ресурсами задано множество работ, связанных друг с другом условиями предшествования. Эти условия задают технологию выполнения работ и на множестве работ порождают частичный порядок. Для каждой работы задана длительность ее выполнения и объем потребляемых ресурсов. Суммарный объем каждого ресурса считается известным в каждый момент времени. Требуется найти расписание выполнения работ, удовлетворяющее условиям предшествования, ограничениям по ресурсам и минимизирующее суммарное отклонение фактического начала выполнения работ от директивных сроков. Сформулированная задача является NP-трудной. Вопросами решения задач календарного планирования занимается наука теория расписаний. Левин В. И. в статье [27] проводит исследование развития теории расписаний. Теория расписаний стала формироваться в середине 50-х годов, когда была опубликованы работы Веллмана и Джонсона, рассмотревших задачу двух станков [70,78]. Развитие теории расписаний проходило в нескольких направлениях. Первое направление использование комбинаторных методов для анализа и синтеза расписаний. Представители этого направления - Шкурба, Танаев, Конвей, Шварц, Джонсон [22,62,78,88] и т.д. В рамках этого направления разработан перестановочный метод, получен непрерывно-логический аппарат (включая теорию логических определителей), развит матричный синтез расписаний, выделены варианты сводимости составления расписаний высокой размерности к составлению расписаний малой размерности, выделены случаи и условия доминирования расписаний, позволяющие исключить из рассмотрения неперспективные расписания. Второе направление применение для построения оптимальных расписаний методов ветвей и границ [86,87]. Третье направление использование для анализа и синтеза расписаний методов статистического моделирования [74,81]. Суть методов состоит в улучшении имеющегося расписания путем выбора из каждых последующих рассматриваемых множеств наилучшего. Следующее направление поиска оптимальных расписаний состояло в использовании методов математического программирования [24,28]. Проблема развития данного направления состояла в том, что задачи теории расписаний имели слишком большую размерность для методов математического программирования [27]. Так же проблемами теории расписаний и в частности решением задач календарного планирования с ограниченными ресурсами занимались такие ученые как Брукс ПН, Брукер П, Гордон В.С., Шафранский Я.М, Прилуцкий М.Х., Норенков И.П, Лазарев А.А и др. [54,71,72,76,77,87].
Если рассмотреть классическую постановку задачи календарного планирования с ограниченными ресурсами, то выглядит она следующим образом [62]. Задан проект, состоящий из множества работ фиксированной длительности. На этом множестве определено отношение частичного порядка, которое отражает технологию выполнения проекта. Каждая работа требует определенных ресурсов. Объем ресурсов, выделяемый в каждый момент времени считается известным. Выделение и потребление ресурсов равномерно. Работы выполняются без прерывания. Требуется найти расписание (порядок выполнения работ), минимизирующее общее время выполнения проекта и удовлетворяющее условиям предшествования и ограничения по ресурсам.
Задача состоит в определении значений sj, j е J, удовлетворяющих условиям предшествования, ограничениям по ресурсам и мимнимизирующим время окончания всех работ. Целевая функция задает время завершения проекта. Первое ограничение соответствует условиям предшествования, второе - выделяемым ресурсам [62].
Поиск оптимального или близкого к оптимальному расписания для данной задачи осуществляется с помощью одного из 4 подходов:
- математического программирования;
- комбинаторного;
- статистического (вероятностного);
- эвристического.
На рисунке 3.1 представлены методы решения задачи календарного планирования.
Оценка качества систем управления ремонтами оборудования
На основе составленной экспертами метрики характеристик качества систем управления ремонтами был проведен расчет комплексных показателей, характеристик и критериев качества оцениваемых систем.
Оценка значений показателей качества систем управления ремонтами оборудования проводилась методом экспертной оценки на основе открыто рекламируемых свойств систем, демо-версий ПО, опыта и знаний экспертов. Сравнительной оценке качества и классификации были подвергнуты следующие 8 систем управления ремонтами оборудования, представленные на российском рынке программного обеспечения: Ремонт-Эксперт (1C), ИСТОиР (ITM), iMaint (DPSI), АСУ РТО (ЭнТехЭко), Datastream (Datastream Solutions CIS), АстроСофтМ (АстроСофт), Global-EAM (Бизнес Технологии), IFS ТОиР (IFS).
Ремонт-Эксперт (1C) разработан на базе самой популярной в России платформе 1C, знакомой широкому классу ИТ-специалистов. Ремонт-Эксперт ведет учет всего оборудования и иерархических связей (предприятие, площадка, цех, участок, установка, станок, узел, оборудование), вместе с необходимой эксплуатационной документацией. В системе отражается организационная структура ремонтных служб предприятия. Например, службы главного механика, главного энергетика и метролога. Указываются непосредственные исполнители ремонтов и их разряды. Определяется обеспеченность трудовыми ресурсами весь объем ремонтных работ, а также стоимость трудовых ресурсов. Это информация важна для формирования бюджета и контроля его исполнения. В системе предусмотрено ведение типовых ремонтов, графиков часов работы, способов выполнения ремонтов, видов ремонтов, единиц измерения (счетчиков), измеряемых показателей, складов, заводов изготовителей, исполнителей ремонтов, видов дефектов, состояния оборудования, материалов. В системе Ремонт-Эксперт автоматически формируется график планово-предупредительных ремонтов и обслуживания. График оптимизируется и допускает ручную коррекцию. Формируются наряды и необходимые допуски на все работы. Пользователь получает полный комплект документации для проведения ремонта, формирования договоров, заявок на МТО, расчет бюджета и данные для бухгалтерского учета. Основные пользователи системы: Служба главного механика. Служба главного энергетика. Служба КИША, АСУ ТП, Служба главного метролога.
Информационная Система Технического Обслуживания и Ремонта ИСТОиР (ITM TRIM PMS) предприятия является инструментом для информационного обеспечения работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования. Область применения ИСТОиР - любые предприятия и организации, в которых требуется автоматизировать функции технического учета оборудования, хранения технической документации, планирования процессов эксплуатации и ремонта. Пользователю системы доступны следующие функции: описание и ведение структуры основных производственных фондов, учет и описание объектов ТОиР; создание и использование справочника запасных частей и материалов; ведение каталога запчастей с навигацией по их изображениям на чертежах; планирование периодических работ по техническому обслуживанию и ремонтам; планирование затрат по людским ресурсам, сторонним организациям.
Требуемым запчастям и материалам; учет остатков складских запасов; формирование потребности в запасных частях и материалах; заказ запасных частей для работ; оформление прихода/расхода товаров; ведение журнала запланированных и выполненных работ; регистрация, классификация и анализ дефектов, ведение журнала дефектов; планирование работ по устранению дефектов; ввод отчетов о выполнении плановых работ, и работ по устранению дефектов; списание запасных частей, использованных при выполнении работ; формирование актов инвентаризации и списания; учет наработки оборудования по счетчикам; регистрация текущих значений технических параметров состояния оборудования; учет состояний работоспособности оборудования; анализ работоспособности оборудования; анализ эффективности планирования ТОиР; анализ затрат на ТОиР (план/факт); анализ отказов, их видов, причин, и последствий и критичности; ведение технической документации.
iMaint (DPSI) - комплексная программа управления ТОиР (ЕАМ-система), разработанная американской компанией DPSI, уже более 30 лет специализирующейся на создании систем управления техническим обслуживанием и ремонтами. Она решает полный комплекс задач связанных с техническим обслуживанием и ремонтами оборудования, закупками материалов и комплектующих для ремонтов, управлением складами запчастей, расчетом себестоимости ремонтных работ. Система iMaint используется более чем в 6000 компаний в 50 странах мира, из них более 400 компаний, входящих в список Fortune 500. Среди компаний, использующих iMaint, такие, как Coca-Cola, Pepsi-Cola, Motorola, Honeywell, Philips и другие. Решения на базе iMaint используются практически во всех отраслях промышленности и поддерживают работу как небольших и средних предприятий, так и крупных, распределенных компаний с несколькими тысячами одновременно работающих пользователей. Управление основными фондами означает идентификацию, контроль состояния, определение местонахождения, техническое обслуживание и анализ использования оборудования, особенно того, которое напрямую связано с получением прибыли предприятием. iMaint ЕАМ обеспечивает всеми необходимыми данными об основных фондах и делает эти данные легко доступными для анализа, планирования и принятия решений. Такая информация, как спецификации оборудования, текущие статусы его работы, местонахождение, гарантийные обязательства поставщиков, необходимые процедуры технического обслуживания, история расходов на ремонты и запчасти, планы проведения ремонтных работ и многое другое, позволят использовать оборудование максимально эффективно и продлить срок его эксплуатации без значительных затрат.
АСУ РТО (ЭнТехЭко) - это информационная система, предназначенная для автоматизации управления техобслуживанием и ремонтами оборудования предприятий. АСУ РТО принадлежит к новому поколению систем CMMS/EAM-классов и объединяет необходимую функциональность с детальным соответствием условиям СНГ. Использование АСУ РТО помогает уменьшить затраты на содержание оборудования, свести к минимуму потери от аварийных остановов, обеспечить бесперебойную работу машин и механизмов. Благодаря этому возможно реальное снижение себестоимости продукции и повышение рентабельности предприятия. Внедрение АСУ РТО обеспечивает персонал предприятия оперативной информацией об оборудовании и его состоянии, позволяет оптимизировать планирование и проведение технического обслуживания, улучшить его качество и, в конечном итоге, повысить надежность эксплуатации оборудования предприятия и уменьшить затраты на производство продукции. Функции системы соответствуют организационно-технологическим функциям ремонтной деятельности предприятия и позволяют решать такие задачи, как создание баз данных, содержащих информацию об оборудовании предприятия, его технических, технологических и ремонтных характеристиках (паспортизация оборудования); создание баз данных нормативной ремонтной документации (нормы времени, технико-экономические нормативы и др.); создание баз данных графической технологической и конструкторской документации (технологические схемы, чертежи и др.); планирование ремонтных работ и технического обслуживания; контроль состояния оборудования предприятия, регистрация отказов и дефектов оборудования, контроль их устранения и анализ причин возникновения и развития; поддержка выполнения функций различных видов ремонта и технического обслуживания оборудования; определение потребностей в материальных ресурсах на ремонты, анализ и контроль их использования; формирование архивов ремонтов и отказов оборудования. Существенным отличием системы АСУ РТО является наличие ГИС-модуля, ГИС - технология геоинформационных систем - позволяет АСУ РТО эффективно работать с территориально распределенными объектами. Для повышения эффективности планирования работ по ТОиР система АСУ РТО может быть интегрирована с системами календарно-сетевого планирования Microsoft Project или Primavera. Это позволяет выполнять тонкую доводку графиков работ и планов использования ресурсов в процессе выполнения ТОиР.
