Автоматика и телемеханика, № 2, 2015
А втоматизированные информационно-управляющие системы, системы управления производством
© 2015 г. К.С. ПАВЛОВ (konstantin.pavlov@phystech.edu) (Московский физико-технический институт, Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, Москва),
Е.Н. ХОБОТОВ, д-р техн. наук (e_khobotov@mail.ru) (Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, Москва)
МОДЕЛИ ВЫБОРА И ЗАМЕНЫ ОБОРУДОВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Рассматриваются задачи выбора и замены оборудования при создании и модернизации производственных систем на предприятиях с дискретным характером производства. Для их решения предлагаются модели и методы, позволяющие формировать несколько проектов создаваемых или модернизируемых систем, модельно проверять их работоспособность и на основе проводимых проверок и сравнения достоинств и недостатков каждого проекта выбирать наиболее подходящий проект.
1. Введение
На современном этапе развития экономики заметно сокращается жизненный цикл производимой продукции, расширяется ее ассортимент и усиливается конкурентная борьба, что вызывает необходимость постоянного повышения конкурентоспособности продукции и совершенствования технологии изготовления. Это, в свою очередь, приводит к необходимости значительно чаще обновлять и совершенствовать производимую продукцию, модернизировать действующее производство, чаще решать такие задачи. В связи с этим наряду с задачами планирования работы производственных систем и управления ими, задачи проектирования и модернизации становятся более актуальными.
Использование традиционных методов математического моделирования [1-4] для решения этих задач вызывает большие затруднения, поскольку пока не удается построить оптимизационные модели, адекватно описывающие процессы обработки заданий, а использование методов имитационного моделирования затруднено большой размерностью таких задач и наличием достаточно сложных ограничений.
В [5-7] для моделирования производственных систем был предложен оптимизационно-имитационный подход, в котором организуется совместная
работа оптимизационных и имитационных моделей. Такой подход оказался весьма продуктивным, и на его основе были построены модели и методы, позволяющие производить выбор оборудования при проектировании [8, 9] и при модернизации [10, 11] производственных систем и участков.
Однако создание производственных систем и участков на основе только одного расчета модели выбора оборудования является весьма рискованным, поскольку стоимость современного оборудования и его монтажа для таких систем является достаточно высокой, а устранение выявленных просчетов и ошибок в процессе работы неудачно спроектированной системы может потребовать весьма значительных дополнительных затрат.
В данной статье предлагается схема, в соответствии с которой целесообразно формировать несколько проектов создаваемых или модернизируемых систем, модельно проверять их работоспособность и на основе проводимых проверок и сравнения достоинств и недостатков каждого проекта выбирать наиболее подходящий проект для создаваемой производственной системы. Для формирования таких проектов предлагаются модели выбора оборудования для производственных участков и систем, а также модели модернизации действующих участков и систем, которые были построены с использованием идей, высказанных в [6—11]. Кроме того, приводятся результаты вычислительных экспериментов с рассмотренными моделями, которые показали их достаточно высокую эффективность.
2. Постановки задач
Рассмотрим некоторые из постановок задач выбора оборудования, которые возникают при проектировании производственных систем и участков.
В одной из таких постановок требуется выбрать оборудование и технологические маршруты обработки деталей, включенных в заданную производственную программу. Причем выбор следует производить таким образом, чтобы при заданных ограничениях на стоимость приобретаемого оборудования максимизировать прибыль от обработки производственной программы в течение заданного интервала времени и минимизировать затраты на обслуживание оборудования создаваемой системы за это время.
В другой постановке требуется выбрать оборудование, производственную программу и технологические маршруты обработки деталей таким образом, чтобы при заданных ограничениях на стоимость приобретаемого оборудования максимизировать ожидаемую прибыль от обработки выбранных партий деталей из производственной программы в течение заданного интервала времени и минимизировать затраты на обслуживание оборудования системы за это время.
Оборудование для производственной системы выбирается из множества доступного оборудования, а наиболее выгодные партии деталей выбираются из имеющейся производственной программы. Потребность в выборе наиболее выгодных партий деталей обычно возникает в тех случаях, когда из-за ограничений на стоимость приобретаемого оборудования всю производственную программу в течение заданного времени выполнить невозможно или же когда из-за необходимости обработки каких-либо деталей, часто приносящих
незначительную прибыль, приходится приобретать дорогостоящее оборудование, загрузка которого оказывается недопустимо малой.
Известна постановка, в которой для изготовления заданной производственной программы требуется выбрать оборудование из множества доступного оборудования и технологические маршруты обработки деталей, включенных в производственную программу. Этот выбор следует осуществить таким образом, чтобы при заданных ограничениях на стоимость приобретаемого оборудования сократить время выполнения этой производственной программы.
В задачах выбора оборудования при модернизации производственных систем и участков также можно рассматривать несколько постановок.
В одной из постановок для изготовления производственной программы требуется выбрать технологические маршруты обработки деталей, включенных в программу, а также оборудование, которое целесообразно исключить из модернизируемой системы и приобрести для нее. Оборудование и технологические маршруты обработки следует выбрать таким образом, чтобы при заданных ограничениях на стоимость приобретаемого оборудования максимизировать ожидаемую прибыль от обработки производственной программы в течение заданного интервала времени и минимизировать затраты на обслуживание оборудования системы за это время.
В других постановках задач модернизации, как и в приведенных выше задачах выбора оборудования при проектировании производственных систем, возможен выбор наиболее выгодных партий деталей из производственной программы, а также сокращение времени выполнения производственной системы.
Модели выбора оборудования, позволяющие решать указанные задачи, будут рассмотрены в разделе 4.
Создаваемая или модернизируемая система должна обеспечивать, по возможности, успешное выполнение плановых заданий в течение достаточно длительного времени работы системы, включая и периоды допустимых изменений в ее производственных программах, без преждевременной модернизации из-за допущенных просчетов при выборе оборудования системы.
В связи с этим возникают проблемы, связанные с выбором наиболее подходящего оборудования для создаваемой производственной системы или участка, а также с проведением убедительных проверок, которые могли бы либо подтвердить работоспособность и эффективность системы или участка, либо указать на недостатки схемы или на просчеты в их проектировании.
Кроме того, при выборе оборудования для формируемой производственной системы возникают проблемы, связанные с тем, что модели выбора оборудования, которые удается построить, позволяют формировать схемы производственных участков и систем только на основе плановых заданий, рассчитанных на ограниченное время исполнения, обычно не более одного-двух месяцев. Это вызвано сложностью и большой размерностью возникающих оптимизационных задач. По этой же причине не удается произвести выбор оборудования для производственных участков и систем с учетом всех особенностей собранных плановых заданий.
3. Структурная схема системы выбора оборудования
Для устранения ошибок и просчетов при создании и модернизации производственных систем и участков выбор оборудования и организацию проверок функционирования создаваемых систем предлагается проводить в соответствии со схемой, представленной на рисунке.
Вывод результатов
Схема выбора оборудования для производственных систем.
На первом этапе работы по такой схеме производится сбор и анализ исходных данных. В результате этого определяются:
- количество типов деталей, которые предполагается обрабатывать в системе;
- типы оборудования, на котором могут быть обработаны эти партии деталей;
- стоимость каждой единицы пригодного для системы оборудования;
- стоимость обслуживания каждой единицы такого оборудования;
- технологические маршруты обработки каждой партии деталей на всем оборудовании, на котором могут быть обработаны эти партии деталей;
- времена и последовательности обработки всех типов деталей на всем используемом оборудовании;
- времена переналадок каждого типа оборудования для обработки всех обрабатываемых на нем деталей,
- стоимости обработки деталей всех типов на всем используемом оборудовании и стоимости переналадки этого оборудования и т.д.
Кроме указанной информации должна собираться и изучаться информация о текущих и возможных производственных программах создаваемой системы (или участка), поскольку эта информация оказывает существенное влияние на выбор оборудования. Дело в том, что при решении задач, связанных с выбором оборудования для производственных систем и участков, возникает чрезвычайно важная и интересная проблема, которая вызвана, с одной стороны, требованием создания систем и участков, способных обеспечивать выполнение плановых заданий в течение достаточно длительного времени без существенной модернизации. С другой стороны, в настоящее время удается создавать модели выбора оборудования, позволяющие работать только с плановыми заданиями, рассчитанными на выполнение в течение существенно меньшего времени.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.