Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время методы технической подготовки производства, основанные на применении интерактивных имитационных моделей (ИМ), приобретают всё большее распространение при организации производства не только на зарубежных, но и на российских верфях. Это требует необходимости разработки и внедрения в сферу организации и подготовки производства новых информационных технологий и методов ИМ различного класса и назначения. За последнее время разработано множество систем ИМ, которые за счёт своей проблемной ориентации предоставляют пользователю набор удобных средств, упрощающих процесс построения модели. Среди них можно выделить AnyLogic, GPSS, SIMULA, AVEVA, SIMULINK. В перечисленных и аналогичных им программных комплексах (ПК) потребности исследования сложных систем и разработки методов их моделирования, приводят к рассмотрению в рамках единого процесса моделирования процедур построения модели, организации и проведения имитационного эксперимента и формирования процедур принятия решений. Претендуя на универсальность, существующие ПК, тем не менее, обеспечивают генерацию моделей ПС верфи лишь по формальным признакам, без учёта индивидуальных особенностей ПС конкретной верфи, сложившихся взаимосвязей между основными производственными показателями. Такие ПС логично представлять как производственные логистические системы, а создание их ИМ осуществлять на базе законов производственной логистики.
Решению этих проблем посвящены работы многих отечественных и зарубежных учёных, в том числе: Б.Я Советова, В.П. Строгалёва, М.А. Долматова, Е.К. Ведерникова, А.А. Васильева, М.М. Румянцева, Ю.Г. Кулика, Е.Г. Бурмистрова, Н.П. Бусленко, Дж. Клейнея, А.Г. Варжапетяна, В.В. Логвинца, С. Карлина и др. Несмотря на значительный объём выполненных исследований ряд задач, в частности, в области ИМ ССП потоковых производственных процессов и формализации взаимосвязей между их основными показателями, до настоящего времени не получил удовлетворительного решения. В связи с этим, актуальным является разработка и внедрения в сферу организации и подготовки производства научно обоснованных методик моделирования ССП позволяющих снизить трудоёмкость технической подготовки ССП и повысить эффективность производства.
Областью исследований являются техническая подготовки судостроительного производства с использованием компьютерных технологий, совершенствование организации судостроительного производства на основе математических методов и компьютерных технологий.
Целью работы является разработка методик моделирования интерактивных имитационных моделей потоковых процессов сборочно-сварочного производства, позволяющих снизить трудоёмкость технической подготовки ССП и повысить эффективность производства.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1. Применительно к особенностям сборочно - сварочного производства выработать научно обоснованные подходы к повышения эффективности ССП и алгоритмизировать процедуры разработки ИМ проектирования и организации потоковых процессов предварительного изготовления сборочных единиц и их поставок на стапель.
2. Разработать математические модели ПС ССП формализующие взаимосвязи между ритмом, тактом, длительностью производственных циклов, маршрутами движения предметов труда, целесообразным перечнем основных технологических операций, составом применяемых средств технологического оснащения (СТО), коэффициентами загрузки и сменности оборудования и производственных рабочих и сроками выполнения работ.
3. Провести имитационно - экспериментальные исследования разработанных математических моделей ПС ССП.
4. Разработать методику комплексной ИМ, оптимизирующую взаимосвязи между основными производственными показателями верфи, движениями материальных потоков в производстве, с дальнейшей визуализацией основных технологических операций с целью их согласования и взаимоувязки для конкретной верфи.
Научная новизна работы:
1. Предложено представлять виды производства в судостроении, как логистические производственные системы, а движение предметов труда в них рассматривать как потоковые производственные процессы.
2. С учётом специфики отечественного судостроения разработано математическое описание взаимосвязей между основными производственными показателями логистической системы ССП верфи и их математической оптимизации.
3. Средствами ИМ выполнены имитационно-экспериментальные исследования ПС ССП. По результатам опытов получены соответствующие графические зависимости и уточнены эмпирические коэффициенты, входящие в основные уравнения математической модели.
4. Впервые разработана и научно обоснована методика моделирования потоковых процессов ССП верфи на базе законов производственной логистики, методов ИМ и с учётом характерных особенностей отечественного судостроения.
Практическая ценность работы заключается в создании и обосновании на примере ССП методики моделирования потоковых процессов основных производств верфи на базе законов производственной логистики и методов ИМ.
Практическое использование результатов исследований позволяет:
совершенствовать процедуры, связанные с организацией и технологической подготовкой производства в судостроении;
оптимизировать варианты и технологические маршруты движения предметов труда и ресурсов всех видов в производственном процессе, а также взаимосвязи между основными производственными показателями логистических производственных подсистем;
для каждой конкретной верфи с учётом индивидуальных специфических особенностей организации производственного процесса разрабатывать множество альтернативных вариантов организации производства и применения тех или иных форм организации труда с последующей их оптимизацией по выбранным критериям эффективности.
Внедрение результатов исследований производилось на базе ОАО «Завод Нижегородский теплоход» (г. Бор), ООО «СнабРемФлот» (г. Нижний Новгород). В практику работы указанных судостроительных заводов внедрены: 1) «Метод оптимизации взаимосвязей между основными производственными показателями верфи по выбранным критериям эффективности»; 2) «Рекомендации по оптимизации технологических маршрутов движения предметов труда» в основных производствах верфи. Теоретические результаты исследований внедрены в учебный процесс и используются в ФБОУ ВПО «ВГАВТ» при чтении цикла технологических дисциплин студентам, обучающимся по специальности 180101 – Кораблестроение.
Достоверность научных результатов обеспечена применением апробированных методов теоретических и экспериментальных исследований, совокупностью данных компьютерных и натурных экспериментов и сопоставимостью полученных аналитических и опытных результатов. Основные аналитические зависимости получены с применением методов математического анализа, теорий вероятности и планирования эксперимента, элементов теории адаптивного управления, математического моделирования динамических процессов. Обработка результатов исследований осуществлялась с применением методов математической статистики.
Апробация работы. Основные результаты диссертационных исследований опубликованы в периодических изданиях, в том числе рекомендованных ВАК РФ (НПЖ «Судостроение» 2013, № 2, №3), докладывались и обсуждались на Международных Форумах «Великие реки-2010-2013».
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
математические модели взаимосвязей между ритмом, тактом, производственным циклом, маршрутами движения предметов труда, составом применяемых СТО, коэффициентами загрузки и сменности оборудования и производственного персонала и сроками выполнения работ;
оптимизация взаимосвязей между основными производственными показателями верфи, технологическими маршрутами движения предметов труда в основных производствах верфи;
методика разработки комплексной ИМ потоковых процессов ССП верфи, применение метода 3D моделирования и визуализации имитационных моделей основных производств верфи;
Личный вклад автора. В диссертации изложены результаты исследований, полученных автором самостоятельно, а также совместно с доцентом Е.Г. Бурмистровым и инженером Н.В. Огневым. При этом автору принадлежат:
выбор методов теоретических и экспериментальных исследований;
разработка математических моделей;
планирование, организация и проведение эксперимента, обработка, анализ и обобщение полученных данных, обоснование выявленных зависимостей и формулировка полученных зависимостей;
непосредственное участие в подготовке и получении патента РФ на полезную модель №114285 RU.
Публикации. Список публикаций по материалам диссертации включает 10 работ, в том числе 2 статьи в журнале, реферируемом ВАК РФ и 1 патент на полезную модель.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 147 страницах машинописного текста и включает 45 рисунков, схем, графиков и 32 таблиц. Приложения содержат акты внедрения результатов работы, копию патента на полезную модель.
