Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Методы формирования производственных структур 9
1.1. Роль и место задачи формирования производственных структур в системе планирования производства 9
1.2. Методы формирования производственных структур 16
1.3. Подход к совершенствованию формирования производственных структур на основе имитационной системы моделей 28
Глава 2. Методические основы формирования производ ственной структуры участка с использованием имитационной системы моделей 44
2.1. Постановка задачи 44
2.2. Система моделей формирования производственных структур 60
2.3. Мэдель (дисперсионная) оценки результатов имитации 88
Глава 3. Экспериментальная апробация имитационной системы моделей формирования производствен ных структур 102
3.1. Анализ объекта исследования 102
3.2. Методика организации процесса имитации системы моделей формирования производственных структур 109
3.3. Экспериментальная проверка имитационной системы моделей и анализ ее результатов 120
3.4. Экономическое обоснование эффективности вариантов производственных структур 137
Заключение 145
Литература
- Методы формирования производственных структур
- Подход к совершенствованию формирования производственных структур на основе имитационной системы моделей
- Система моделей формирования производственных структур
- Методика организации процесса имитации системы моделей формирования производственных структур
Введение к работе
Актуальность проблемы. На современном этапе развитии нашей страны ставится задача интенсификации и обеспечения более высоких результатов производства при условии меньших затрат и экономии ресурсов. Решению данной задачи, как отмечалось на ХХУІ съезде КПСС, "должно быть подчинено все: ускорение научно-технического прогресса, совершенствование структуры общественного производства, улучшение планирования и управления, повышение уровня хозяйствования"*. Для решения поставленной задачи требуется разработка единой системы мер, охватывающих основные стороны руководства хозяйством. Среди таких мер важнейшей является совершенствование производственных структур (ПС), которое должно соответствовать динамическому характеру производства, возрастанию роли интенсификации в наращивании экономического потенциала страны. Совершенствование ПС создает реальные предпосылки для рационального использования производственных ресурсов и сокращения тем самым затрат на выпуск продукции.
К настоящему времени имеется теоретический и практический опыт по формированию производственных структур на уровне объединений и предприятий. Однако для комплексного решения задачи интенсификации необходима глубокая проработка вопросов совершенствования ПС на внутризаводском уровне применительно к широко распространенным типам производств серийному и мелкосерийному.
Производственная структура (состав и организационно-технологические связи оборудования) любого производства является х Материалы ХКУІ съезда КПСС. - М.: Политиздат, 1981, 224 с. доминирующим фактором, определяющим эффективность его функционирования. Решающее значение здесь имеет степень адекватности варианта ПС структуре выполняемых работ. Тем не менее производственная структура является инерционным объектом, так как создается практически на 10-15 лет. И вследствие резкого расширения номенклатуры производства, роста темпов ее обновления диспропорции между ПС и выполняемой структурой работ к моменту устойчивого периода производства, достигают внушительных размеров. Таким образом складываются значительные объемы неоправданных затрат на производство, перерастающие в масштабе всего народного хозяйства в миллионы рублей непроизводительных расходов.
Сложившееся положение вещей вызвано отсутствием механизма совершенствования ПС на уровне цехов и участков, закрепленного в методических положениях, и соответствующих экономико-математических постановок задач, которые бы способствовали устранению объективно обусловленного научно-техническим прогрессом диалектического противоречия между динамикой производства и статичностью производственных структур.
Быстрое обновление номенклатуры приводит к принципиально новому взгляду на эффективность производственных структур с точки зрения гибкого управления производственными ресурсами, требует введения в АСУ новых задач текущего и оперативного планирования.
Объектом настоящего исследования выбран механоо обрабатывающий участок с серийным и мелкосерийным производством, для которого проблема рационального использования производственных ресурсов является наиболее актуальной.
Цель работы - разработка подхода к формированию ПС механо-о Срабатывающего участка в условиях нестабильности номенклатуры с помощью имитационной системы моделей (ИСМ). ИСМ предназначена для использования в качестве инструмента исследования вопросов организации, планирования и управления производством, поиска вариантов адаптации ПС к выполняемой номенклатуре, а также механизма принятия решений в процессе формирования и функционирования производственных структур.
Для достижения цели решались следующие задачи: разработка подхода к совершенствованию ПС на основе анализа роли и места задачи формирования ПС в системе производственного планирования, анализа современного состояния методов формирования ПС; построение системы моделей формирования ПС, разработка принципиальной схемы имитационного моделирования и алгоритмов конкретных процедур ИСМ, программная реализация ИСМ на ЭВМ; разработка методики организации имитационного эксперимента и принятия решений по формированию рационального варианта ПС на примере участка одного из предприятий машиностроения.
Методологическая база данной работы - основные положения марксистско-ленинской теории, материалы съездов и пленумов КПСС. В диссертации использованы достижения науки в планировании и организации производства, теории расписаний и распознавания образов, математического программирования, регрессионного и дисперсионного анализа, имитационного моделирования.
Натчная новизна работы. В связи с актуальностью рассматриваемой проблемы в настоящее время существует целый ряд экономико-математических моделей, предназначенных для решения задач совершенствования ПС механообрабатывающего участка. ЕЬнкретные решения задач отражены в публикациях В.А. Петрова, Ф.И. Парамонова, И.П. Щубкиной и других авторов.
В настоящей работе впервые построена имитационная система моделей, которая представляет собой адекватное описание формирования ПС на основе связей, порождаемых структурой номенклатуры, формой организации и функциями планирования производственного процесса. Совершенствование ПС с использованием системы моделей заключается в периодическом согласовании структурного соответствия ПС выполняемой номенклатуре работ в контуре оперативного планирования. Согласование осуществляется путем взаимной адаптации организационных, технологических связей и функций планирования с учетом динамики технико-экономических показателей производства в процессе принятия плановых решений.
Принципиальное отличие предлагаемого подхода к совершенствованию ПС от уже известных заключается в следующем: а) введение задачи формирования ПС в контур оперативного планирования; б) представление модели формирования ПС в виде системы локальных моделей; в) исследование влияния управляющих факторов (классифи кации деталей на однородные группы, структурных подсистем ПС - например поточных линий, распределения программы деталей по подпериодам и очередности их движения) производственной систе мы на технико-экономические показатели; г) выбор производственной структурной единицы многономен клатурной поточной линии, образуемой фиксацией технологических связей без перемещения оборудования. _ 7 -
Практическая ценность работы определяется возможностью использования ИСМ для решения следующих задач:
Исследование механизма взаимосвязей формирования и функционирования ПС в целях разработки корректных моделей АСУ и совершенствования системы планирования производства.
Формирование на текущий период планирования конкретной формы адаптации связей ПС к выпускаемой номенклатуре продукции.
Автоматизированное управление потоками деталей механо-ообрабатывающего участка в рамках системы ОШ.
Предложенная методика формирования ПС может быть рассмотрена и с более общих позиций: а) изменение состава управляющих и управляемых факторов, ограничений, модификации моделей; б) присоединение к системе других моделей, предварительно согласованных с информацией входа-выхода общей системы моделей.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены на проблемных конференциях НИИ экономики (Свердловск, 1979-1980), а также на научных семинарах лаборатории и отдела ЦЭМИ АН СССР.
Система моделей экспериментально проверялась на информации конкретного механоосрабатывающего участка, использовалась в исследовательской практике НИИ экономики (Свердловск) для разработки методических рекомендаций по эффективному использованию оборудования. Программа "Классификация объектов" сдана в Отраслевой фонд алгоритмов и программ.
Структура и объем работы, диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Материал изложен на 147 стр., содержит 13 таблиц и 6 рисунков. Список литературы включает 118 наименований.
Дубликавди. Основные положения диссертации изложены в 7 работах, общий объем которых составляет 4,2 печ. л.
Методы формирования производственных структур
Вопросам изучения производственных структур посвящено довольно много исследований, среди которых можно выделить работы СЕ. Каменицера, Ф.С. Демьянюка, С А. Соколицина, О.В. ВЬзловой, В.А. Петрова, СП. Митрофанова, Ф.И. Парамонова. Сущность работ указанных авторов заключается в содержательном описании проблемы, обобщении опыта анализа закономерностей и характеристик производственного процесса как с методологической, так и практической точки зрения. Основной и принципиальный подход к формированию ПС выражается в оценке взаимного соответствия определенных производственно-технических условий выпуска продукции организационным и технико-эксплуатационным свойствам производственных структур (ПС).
В проводимых исследованиях одни авторы берут ряд основных признаков, характеризующих производимую продукцию, и отыскивают соответствующие ей градации структурных единиц укрупненно. В качестве характеристик продукции берут масштаб и трудоемкость производства, типаж применяемого оборудования, а в качестве структурных единиц - подразделения непрерывного, смешанного, группового и переменно-поточного производства. Для уточнения ПС используются технико-экономические сравнения возможных вариантов. Другие авторы более подробно исследуют качественные характеристики структурных единиц и производимой продукции, получая более узкий класс возможных вариантов ПС, в результате увязывания производственно-технических условий выпуска продукции и свойств определенных структурных единиц. При большой номенклатуре проводятся дополнительные исследования конструктивных и технологических характеристик производимой продукции, которые обобщают, сводя в определенные группы так, чтобы они соответствовали какому- го классу структурных единиц.
В настоящее время, в связи с использованием экономико-математических методов, появились исследования, суть которых состоит в формализации условий (характеризующих производственный процесс), выбранных в зависимости от цели и поставленных задач, и разработке соответствующих алгоритмов для их решения/ 5, 7, 15, 26, 27, 70, 73, 74, 99, ПО, II2J, позволяющих более глубоко и разносторонне исследовать совершенствование ПС и планирование производственного процесса.
Анализ исследований по совершенствованию ПС позволил выделить отдельные задачи, решение которых дает возможность достичь определенного уровня эффективности производства: 1. Выбор периода длительности функционирования ПС. 2. Проведение классификации номенклатуры деталей. 3. Определение форм организации производственного процесса. 4. Выбор вариантов технологии выпускаемой продукции. 5. Формирование технологической структуры с учетом закрепляемой номенклатуры деталей. 6. Определение последовательности расстановки оборудования. 7. Обоснование экономической эффективности сформированной П( данные задачи, объединенные в единую систему, представля ют общую модель формирования ПС. Необходимым условием решения общей задачи совершенствования ПС является выбор рациональных связей между производственными структурными единицами с учетом функциональности ПС относительно производственного процесса, осуществляемого под непосредственным воздействием технико-эко номического планирования и управления. Поэтому процесс решения задачи совершенствования ПС заключается в исследовании и кон кретизации механизма связей ее элементов в следующих аспектах: - функциональном, раскрывающем функции ПС и их взаимосвязи с планированием производства; - элементном, показывающем технологическую структуру ПС, способы взаимодействия структурных единиц; - коммуникационном, выявляющем адаптацию взаимосвязей в пределах общей системы управления объектом; - факторном, раскрывающем источники, факторы развития и совершенствования производственной системы.
Практически же при формировании ПС просто решается тот или иной набор перечисленных выше задач: это объясняется тем, что весьма велико число условий формирования вариантов производственных структур и принятие во внимание полного комплекса свойств и связей обуславливающих организационно-технологический процесс, порождает порой непреодолимые трудности, заключающиеся в переработке огромного объема информации.
Подход к совершенствованию формирования производственных структур на основе имитационной системы моделей
Производственная структура (состав и организационно-технологические связи оборудования) любого производства является доминирующим фактором, определяющим эффективность его функционирования. Очевидно, что достижение производственных целей - выполнение заданного объема и номенклатуры работ - может быть обеспечено с весьма различными экономическими результатами. Решающее значение здесь имеет степень адекватности варианта ПС структуре выполняемых работ.
Основной недостаток применяемых в настоящее время методов формирования и совершенствования ПС заключается в том, что они оказываются неадекватными динамическому характеру условий функционирования ПС, в котором и проявляется существенная значимость комбинаторно-календарных взаимосвязей выполняемых операций, единиц оборудования, сроков запуска-выпуска и т.д. Именно отсюда берет свое начало феномен возникновения узких мест на, казалось бы, идеально спроектированных производствах, и, как его прямое следствие, - высокий уровень незавершенного производства, нарушение плановых сроков, обилие сверхурочных работ и т.п.
Практически ПС создаются на длительный период планирования, хотя темпы обновляемости номенклатуры деталеопераций в механообработке даже серийного производства гораздо выше. В лучшем случае при внедрении научных исследований на участках создаются различного типа поточные линии, условиями организации которых являются прежде всего определенная серийность и объем выпускаемой продукции. Однако проектанты недоучитывают экономические последствия работы поточных линий при постоянном обновлении номенклатуры, и в результате нередко на участках серийного производства после годичной эксплуатации они прекращают свое существование, даже не окупив затраты на установку [зб]. Прямоточное расположение оборудования часто вступает в противоречие с экономическими интересами производства, и возникает необходимость проектирования и внедрения более гибких в управлении поточных линий, т.е. таких, которые быстро и без больших затрат могут адаптироваться к изменяющейся номенклатуре.
Таким образом, при формировании ПС статическими методами полностью игнорируется будущая управляемость производства в условиях нестабильности номенклатуры, а значит, сохраняются большие объемы неоправданных затрат, причины которых - диспропорции в загрузке оборудования, высокий уровень незавершенного производства, незначительный эффект специализации и др.
Другой характерной чертой исследований по совершенствованию ПС, определяющей существующий уровень практических разработок проблемы, является отсутствие системного подхода к решению задач: классификации деталей, специализации производственных структурных единиц и др. Вместе с тем, вопросы организации, специализации и планирования образуют настолько тесное единство, что раздельно решать их просто нельзя. Необходимо всестороннее исследование взаимосвязей ПС, выделение факторов, наиболее значимых с точки зрения того или иного критерия.
Исходя из сказанного для совершенствования производственных структур предлагается подход, основанный на периодическом согласовании структурного соответствия между выполняемой номенклатурой работ и ПС. Согласование осуществляется путем адаптации организационных, технологических связей и функций планирования, которые обеспечивают наилучшие значения технико-экономических показателей производства. Таким образом, речь идет о переходе от одноразового (весьма редкого) либо несущественного совершенствования производственной структуры к целенаправленному управлению ею.
Средствами подобного совершенствования ПС без коренной ее ломки на уровне участка (при заданной номенклатуре работ) могут быть следующие периодически повторяющиеся мероприятия: а) генерирование и выбор с использованием ЭВМ комбинаторно календарных взаимосвязей формирования и функционирования ПС; б) переспециализация рабочих мест; в) перестройка организационно-технологических связей рабо чих мест посредством организации линий поточной обработки без перестановки оборудования; г) регулирование закрепления групп деталей за поточными линиями и очередности запуска.
Перечисленные выше средства совершенствования ПС разнообразны по своему функциональному назначению, но взаимосвязаны во влиянии на технико-экономические показатели производства. Поскольку существуют трудности в приспособлении действующих методов регулирования производства к эффективному функционированию ПС, необходимо получить представление о механизме их взаимодействия в целях адаптации.
Система моделей формирования производственных структур
Каждая модель в отдельности предназначена для оптимизации функций формирования ПС с учетом их локальных условий. Выбор конкретных моделей осуществляется исходя из анализа практических и теоретических разработок соответствущих областей. В принципе любая модель может быть заменена с учетом информации входа-выхода системы формирования ПС.
Выбор модели "Группировка" (блок I) Формирование (выбор) рационального варианта производственной структуры начинается с изучения конструктивно-технологической характеристики объектов производства и возможностей их группировки по различным признакам.
Совокупность деталей по своей природе сложна и противоречива и выступает как множество однотипных и как множество варьирующихся, изменяющихся явлений. Теоретически число признаков, характеризующих как предметы труда, так и орудия труда, очень велико. Отсюда возникает проблема объективности выбора для классификации наиболее эффективных признаков.
Предложенные и апробированные на практике различные методы классификации деталей могут быть (достаточно условно) разделены на две группы: ручные и с использованием ЭВМ.
Особенность ручных методов j23, 32, 61, 103J состоит в поэтапном отборе групп в соответствии с признаками конструктивного, организационного и технологического порядка. Несмотря на ряд положительных моментов (выбор этапов, признаков, структурных единиц), их общий недостаток заключается в субъективизме, отсутствии предельности в обеспечении максимальной однородности деталей, необоснованности с экономической точки зрения. Методология отбора признаков основана на частоте их использования в предыдущих работах. Однако было бы более правильно устанавливать признаки путем анализа задач, которые предполагается решить.
В работах [15, 26, 62, 63, 70J для группировки с помощью ЭВМ и анализа делается выбор из всей номенклатуры деталей-представителей, сочетающих различные конструктивно-технологические признаки. Исходя из этой информации составляется классификатор, и множество деталей разделяется на группы, однородные в конструктивно-технологическом отношении. Процесс разделения реализуется частными алгоритмами. В одних случаях оно представляется в виде графа-дерева, где вершины определяют наличие конкретных деталей в каждом подмножестве; в других - детали объединяются в группы с использованием критериев однородности (времени наладок, отношения средневзвешенного числа признаков, общих для любой пары деталей группы, к суммарному весу признаков).
Эта краткая характеристика практикуемых способов группировки деталей позволяет сделать вывод, что все они преследуют одну цель: обеспечить максимально возможную степень общности предметов для их совместного производства, которая определяется совокупностью признаков, причем исходным является конструкция детали. Наборы классифицирующих признаков, методы группировки, критерии - различны; оценки влияния вариантов классификации на результаты работы подразделений в целом не определяются. Из этого возникает необходимость в совершенствовании методов решения задач группировки с точки зрения объективности выбора признаков описания, методов решения и их оценки.
С этой точки зрения некоторое развитие получила задача классификации в работе 52J, где для ее решения предлагается комплекс эвристических алгоритмов, основанных на использовании локальных правил предпочтения. Апробирование различных правил предпочтения, несомненно, позволяет добиться желаемого эффекта в решении задачи. Однако дополнительные ограничения, накладываемые на параметры однородных групп (число переналадок, трудоемкость), не совсем объективны с точки зрения исследуемой в диссертации проблемы, поскольку число переналадок зависит прежде всего от структуры трудоемкости еще не известной группы.
В практике социально-экономических исследований существует большое разнообразие методов решения задачи классификации, именуемых в совокупности методами распознавания образов ІІ7, 18, 25, 36, 55, 85, 86, 87j. Разнообразие задач классификации можно охарактеризовать тремя моментами: способом, которым представляется исходное множество объектов, типом правила их классификации и видом описания классифицируемых объектов.
Методики, позволяющей определять структуру задачи для заранее заданной практической ситуации, не существует, - здесь надо исходить из содержательного анализа конкретной ситуации.
Для совокупности деталей характерно сочетание двух типов зависимостей: дискретной, описывающей типологическую структуру, и непрерывной, описывающей зависимость показателей трудоемкости от параметров деталей внутри типа. Для подобных ситуаций наиболее адекватным является аппарат дискретно-непрерывного моделирования (ДИМ). ДНМ основано на совместном использовании методов регрессионного анализа и распознавания образов в статистическом моделировании. Преимущество ДИМ заключается в том, что появляется возможность методами распознавания образов сформировать группы деталей с учетом регрессионной зависимости трудоемкости их обработки от конструктивно-технологических признаков (характеристик) описания деталей.
Методика организации процесса имитации системы моделей формирования производственных структур
На эффективность систем управления, в том числе и автоматизированных, определенное влияние оказывают методы и средства принятия решений, удачный выбор которых позволяет в той или иной степени снизить затраты на их создание и повысить к.п.д. В связи с этим особое внимание должно уделяться разработке методик по построению гибкой системы моделирования процессов организации, планирования и управления производством, позволяющих уже на стадии проектирования проводить эксперименты (имитацию) на ЭВМ по исследованию свойств объекта с целью внедрения в производство корректных моделей. Существующие задачи управления (адаптации) ПС в цехе, на участке достаточно однородны по типу осуществляемых процессов и на удовлетворительном уровне абстрагирования могут быть отнесены к одному постановочному классу задач, решаемому методом имитационного моделирования. Система моделей формирования ПС, рассмотренная в гл. 2, по взаимосвязи элементов производственного процесса, общности и специфике решаемых вопросов является представителем соответствующего постановочного класса задач. Для этой системы в данном параграфе разработана методика организации имитационного эксперимента, которая раскрывает этапы последовательного получения взаимосвязанной информации с использованием процедур обработки результатов.
Методика имитационного эксперимента по выбору управляющих факторов системы моделей формирования производственной структуры заключаются в следующем:
1. Имитационный эксперимент проводится с участием лица, принимающего решения, на которое возлагается выбор уровней управляющих факторов, оценка получаемых результатов и решение вопроса о повторении или прекращении расчетов.
2. Предварительно анализируется работа исследуемого меха-нообрабатывающего участка с целью выявления факторов, способствующих повышению эффективности производства, и конкретизации (вариации) их в соответствии с принципами моделируемой системы, рассмотренной в гл. 2.
3. Расчеты по моделям проводятся с использованием процедур математического обеспечения ЭВМ, которые позволяют осуществлять: а) преобразование выходной информации одной модели во вход ную информацию другой модели данной имитационной системы; б) решение системы моделей с вариацией управляющих факторов; в) оценку каждого решения совокупностью показателей. 4. Результаты обрабатываются процедурами дисперсионного анализа. 5. Эксперимент проводится по этапам: а) имитируются варианты конструктивно-технологических группировок деталей (модель "Группировка"); б) эффективные варианты, которые являются входной информа цией для других моделей, выбираются с использованием процедур дисперсионного анализа; в) имитируются варианты технологической структуры и плани рования производственного процесса (модели "Закрепление групп деталей за линиями""Статика" и "динамика"); г) с использованием процедур дисперсионного анализа выби раются эффективные варианты, совмещающие с заданным уровнем ве роятности интересы выходных показателей работы участка; д) рассчитывается значение функции полезности с учетом доверительного интервала, в зависимости от которого эксперимент заканчивается или продолжается с предварительным определением числа повторений на основе статистики предыдущих данных; е) окончательный выбор эффективного варианта ПС устанавли вается с использованием сравнительного экономического анализа.
6. В качестве управляющих факторов в имитационной системе рассматриваются: конструктивно-технологические признаки описания деталей, технологическая структура (число поточных линий, станков), критерии распределения номенклатуру по периодам, критерии очередности обработки деталей; в качестве управляемых -обобщающие технико-экономические показатели (табл. 3.2.1).
Похожие диссертации на Имитационная система моделей формирования производственных структур механообрабатывающих участков с мелкосерийным производством
