Разработка методов и средств повышения эффективности автоматизированного управления производственным заказом в мелкосерийном машиностроительном производстве

В последние годы в мировой практике накоплен значительный опыт автоматизации мелкосерийного производства, удельный вес которого во всем валовом мировом продукте, по данным Международного центра технологии машиностроения, составляет 7 0 процентов. На сегодняшний день направление развития автоматизации на машиностроительных предприятиях определена концепцией Компьютеризированного интегрированного производства (КИП), включающего информационную технологию в качестве важнейшего компонента производственного процесса .

Вопросам оперативного планирования и управления в интегрированных машиностроительных производствах посвящены работы многих отечественных ученых: Белянки-на П.Н., Митрофанова В. Г., Соломенцева Ю. М., Сосонки-на В.Л., Султан-Заде Н.М., Третьякова Э. А., Фролова Е. Б., Чудакова А. Д. и др. Основным результатом работ этих ученых явилось создание методологических основ построения многоуровневых систем управления, соответствующих различным условиям и требованиям отечественных машиностроительных производств.

Вместе с тем в последние годы возникли новые тенденции в организации и управлении производством. Чтобы быть конкурентоспособными и вести успешную экономическую деятельность, организациям и поставщикам необходимо применять высокоэффективные и результативные системы управления своей деятельностью. Использование таких систем управления должно вести к постоянному улучшению качества и повышению удовлетворенности потребителей и других заинтересованных лиц организации (работников, владельцев, субподрядчиков, общества). Поэтому были разработаны международные стандарты на элементы системы управления организациями в области качества — системы качества. Применимые к основным отраслям промышленности и экономики, они образуют так называемое семейство стандартов ISO 9000 (в РоссииГОСТ ИСО 9000).

В соответствии с общей идеологией системы стандартов ISO 9000, деятельность организации представляет собой сеть процессов: производства продукции, документооборота, финансовых процессов, маркетинга, сбыта, закупок и других, которыми необходимо эффективно управлять (всеми вместе и каждым в отдельности). В качестве минимального требования, стандарты предписывают поставщику идентифицировать и спланировать процессы производства, монтажа и технического обслуживания, непосредственно влияющие на качество продукции, и обеспечить выполнение их в управляемых условиях.

В настоящее время уже появились автоматизированные системы комплексного управления изготовлением изделий в цехе, позволяющие организовать и сам этот процесс, и управление им в соответствии с требованиями ISO 9000. Однако достижение наивысшей эффективности использования таких систем возможно только в том случае, если в соответствие с требованиями ISO 9000 будут приведены также организация и управление процессом выполнения производственного заказа на всех предшествующих и последующих его этапах.

Необходимость сертифицировать на соответствие требованиям ISO 9000 не только продукцию, но и производственный процесс для типичного российского машиностроительного предприятия означает, в частности, необходимость планирования, а значит — формализации и документирования, всех этапов этого процесса для обеспечения возможности качественного управления производством .

Мелкосерийное производство (особенно — на крупных предприятиях) характеризуется сложной структурой заказа и множеством подразделений, участвующих в его выполнении, деятельностью которых необходимо координировано управлять. В этих условиях обеспечить эффективное планирование и управление на всех этапах процесса выполнения производственного заказа с помощью традиционных оптимизационных алгоритмов невозможно.

Данная диссертационная работа посвящена разработке методов организации эффективного автоматизированного управления производственным заказом на подготовительных стадиях его выполнения на основе построения и анализа комплексной имитационной модели процесса.

Целью работы является повышение эффективности автоматизированного управления выполнением производственных заказов на подготовительных стадиях за счет разработки и внедрения автоматизированной системы управления, основанной на комплексном моделировании связанных с заказом информационных и материальных потоков .

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие научные и практические задачи:

1.исследование и оценка состава необходимых изменений в традиционной организации управления процессом выполнения производственного заказа на подготовительных стадиях, обусловленных требованиями ГОСТ ИСО 9000 и внедрением соответствующих им комплексных систем оперативного управления изготовлением изделий в цехе;

2.разработка методов комплексного имитационного моделирования информационных и материальных потоков, связанных с производственными заказами на подготовительных стадиях их выполнения;

3.разработка методов повышения эффективности автоматизированного управления производственными заказами на подготовительных стадиях их выполнения, основанных на использовании комплексной имитационной модели этого процесса;

4.разработка и внедрение программных средств комплексного моделирования и управления выполнением производственных заказов на подготовительных стадиях.

В соответствии с этими задачами в первой главе дается общий обзор современного состояния рассматриваемой проблемы, проводится анализ существующих путей ее решения их практических реализаций. Во второй главе рассматриваются основные особенности выполнения производственного заказа на подготовительных стадиях в мелкосерийном машиностроительном производстве. Определены основные условия повышения эффективности автоматизированного управления производственным заказом на подготовительных стадиях. Показана возможность единообразного подхода к описанию материальных и информационных потоков, связанных с производственным заказом, что позволяет построить комплексное представление производственного заказа. В третьей главе рассмотрены методы построения комплексной имитационной модели процесса выполнения производственного заказа и применения ее для повышения эффективности управления этим процессом на подготовительных стадиях. В качестве аппарата имитационного моделирования предложены модифицированные Раскрашенные сети Петри. Рассматриваются основные этапы моделирования выполнения заказа с помощью модифицированных раскрашенных сетей Петри. В четвертой главе рассматриваются вопросы построения и функционирования комплекса программных средств, обеспечивающих эффективное автоматизированное управление подготовительными стадиями производственного выполнения заказа в соответствии с методикой, предложенной в третьей главе. В заключении приводятся основные выводы и результаты работы.

В приложении приводятся справки, подтверждающие использование результатов работы в реальном производстве .

Научная новизна работы заключается в следующем:

1.в результате анализа специфики мелкосерийного и единичного производства и требований, предъявляемых ГОСТ ИСО 90 00 к организации управления производством, установлено, что производственный заказ имеет две равнозначные взаимосвязанные и взаимозависимые составляющие: собственно изделие и комплект документов заказа, изготовление которых должно быть должным образом спланировано и синхронизировано;

2.предложен и обоснован единообразный подход к описанию компонентов изделия и комплекта документов заказа и процессов их изготовления с помощью двух аналогичных по составу комплектов спецификаций;

3.разработана методика комплексного имитационного моделирования информационных и материальных потоков, связанных с производственным заказом, основанная на использовании аппарата модифицированных Раскрашенных сетей Петри;

4. на базе построенной комплексной имитационной модели процесса выполнения текущих производственных заказов разработаны методы повышения эффективности автоматизированного управления ими на подготовительных стадиях их выполнения;

5.разработаны общие принципы построения и функционирования комплекса программных средств, обеспечивающих эффективное автоматизированное управление подготовительными стадиями выполнения заказа.

Практическая ценность работы заключается в следующем. В качестве минимального требования стандарт ГОСТ ИСО 9000 предписывает поставщику идентифицировать и спланировать процессы производства, монтажа и технического обслуживания, непосредственно влияющие на качество продукции, и обеспечить выполнение их в управляемых условиях. Применение предложенных методов моделирования и управления к процессу выполнения производственного заказа позволяет выполнить указанное требование. Это в значительной мере способствует приведению производственного процесса на предприятии в соответствие с требованиями стандартов ISO 9000 и получению соответствующего сертификата. Расширяются возможности руководителей производства по планированию и отслеживанию хода выполнения заказа в режиме реального времени. За счет возможности проведения экспериментов на имитационной модели повышается гибкость планирования и управления распределением материальных, людских и прочих ресурсов, необходимых для выполнения заказа.

Работа выполнена на кафедре Информационных технологий и вычислительных систем Московского Государственного технологического университета.

Теоретические результаты работы и разработанный на их основе первый прототип автоматизированной системы управления выполнением заказа в мелкосерийном производстве были использованы:

• при разработке системы управления производством и подготовке его к сертификации на соответствие стандартам ISO 9000 на «Московском монетном дворе»;

• при разработке системы управления производственным заказом на технологическую оснастку на AMO «ЗИЛ» и АО «Москвич».

Отдельные результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

1. Всероссийское совещание-семинар «Высокие технологии в региональной информатике» (Воронеж, 17 — 19 июня 1998 г.) ;

2.Международная конференция «Информационные средства и технологии» (Москва, 20 — 22 октября 1998 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

В результате проведенных исследований получено научно-обоснованное решение задачи, имеющей важное народнохозяйственное значение. А именно — разработаны методы и средства обеспечения эффективного автоматизированного управления подготовительными стадиями выполнения производственного заказа в мелкосерийном машиностроительном производстве.

Выполненные исследования и практическая работа позволили получить следующие выводы и результаты:

1.Разработано комплексное представление производственного заказа, особенностью которого является единообразный подход к описанию компонентов изделия и комплекта документов заказа и процессов их изготовления.

2.Разработана методика комплексного имитационного моделирования информационных и материальных потоков, связанных с производственным заказом, основанная на использовании аппарата модифицированных Раскрашенных сетей Петри.

3.Разработаны методы повышения эффективности автоматизированного управления текущими производственными заказами на подготовительных стадиях их выполнения, основанные на использовании комплексной имитационной модели этого процесса.

4.Разработаны общие принципы построения и функционирования комплекса программных средств, обеспечивающих эффективное автоматизированное управление подготовительными стадиями выполнения заказа.

5.Разработан прототипный вариант автоматизированной системы управления производственными заказами на подготовительных стадиях их выполнения и доказана его эффективность при решении практических задач на АО «Москвич», AMO «ЗИЛ» и государственном предприятии «Московский монетный двор».

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1.Коган Ю. Г. «Исследование поведения внешней среды функционирования организации в рамках предпроектных исследований при разработке корпоративной информационной системы» // Сб. «Проектирование технологических машин», выпуск 7, Москва: МГТУ «СТАНКИН», 19 97 г., стр. 2 6 -30.

2.Коган Ю. Г. «Использование иерархических раскрашенных сетей Петри при разработке и анализе вариантов структуры проектируемой автоматизированной системы» // Сб. «Всероссийское совещание-семинар „Высокие технологии в региональной информатике“ (г. Воронеж, 17 — 19 июня 1998 г.): Тезисы докладов. Часть 1», Воронеж: ВГТУ, 1998 г., стр. 18 — 19.

З.Коган Ю. Г. «Применение метода объектно-ориентированного анализа в автоматизированном проектировании в машиностроении» / Электронный журнал «Автоматизация и управление в машиностроении», № 5, Москва: МГТУ «СТАНКИН», 1998 г., http://magazine.stankin.ru/art/.