Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время во всем мире большое внимание уделяется повышению эффективности промышленного производства. Этому в значительной степени способствуют современные методы планирования и построения расписаний работ. Для решения задач планирования на уровне отдельных цехов и участков уже разработано большое количество методов и программных продуктов, позволяющих достаточно быстро и с приемлемой точностью строить весьма эффективные планы работ.
Однако из планов работ отдельных цехов и участков, пусть и весьма эффективных, не всегда удается сформировать даже удовлетворительные планы работ предприятия. Существующие методы и системы, ориентированные в основном на планирование работ на уровне участков и цехов, оказываются практически непригодными для построения планов и расписаний работ на уровне предприятий из-за большой размерности и сложности возникающих задач, поскольку количество различных типов деталей, обрабатываемых на предприятиях, может достигать нескольких сотен тысяч и даже миллионов.
Кроме того, были построены примеры, показывающие, что последовательность выполнения сборок комплектующих узлов, сборочных единиц и выпускаемых изделий оказывает существенное влияние на длительность выполнения производственной программы предприятия. Поэтому для построения планов и расписаний, позволяющих повысить эффективность работы предприятий, необходимо не только планировать и строить расписание обработки комплектующих деталей, но и правильно определять последовательности выполнения сборок, как комплектующих узлов, так и выпускаемых изделий. Наличие узловых сборок в цехах предприятий затрудняет построение расписаний работ даже на уровне цехов, поскольку не определены условия, позволяющие формировать наиболее выгодные порядки выполнения таких сборок.
Учитывая, что количество предприятий, имеющих цеха, в которых помимо механообработки производится также сборка узлов разных типов для изготовления производимой продукции, оказывается значительным, тематика исследований, направленная на разработку методов, позволяющих строить календарные планы и расписания работ на уровне предприятий и с учетом порядка выполняемых сборок, представляется весьма важной и актуальной.
Объектом исследования являются методы и системы календарного планирования и управления производственными процессами и их результатами на машиностроительных предприятиях.
Предметом исследования являются методы, позволяющие строить календарные планы работ на уровне всего предприятия, а так же позволяющие выбирать последовательности изготовления узлов, сборочных единиц и изделий, позволяющие сократить общее время выполнения производственной программы.
Целью диссертационной работы является разработка новых методов, позволяющих строить календарные планы и расписания работ на уровне машиностроительных предприятий, изготавливающих большое количество комплектующих деталей, узлов и изделий с использованием значительного количества обрабатывающего оборудования.
Методы исследования. Для достижения поставленных в работе целей использовались методы теории расписаний, исследования операций, методы управления и оптимизации.
Научная новизна работы заключается в следующем:
На основе методов агрегирования информации разработан алгоритм построения согласованных планов и расписаний работ для обработки комплектующих деталей на уровне предприятия.
Разработан вариант алгоритма построения согласованных планов и расписаний работ, позволяющий распараллеливать вычисления.
Разработаны методы, оценочные модели, продукционные правила и алгоритм для планирования работ на предприятиях с параллельной сборкой готовых изделий.
Определены условия и сформулирована теорема, позволяющая формировать оптимальный порядок изготовления узлов в «каркасных» расписаниях, когда сборка может начаться после обработки комплектующих.
Определены условия и сформулирована теорема, позволяющая формировать оптимальный порядок изготовления сложных узлов и выпускаемых изделий в «каркасных» расписаниях, когда сборка производится параллельно с обработкой комплектующих.
Разработан алгоритм построения согласованных планов и расписаний работ для обработки комплектующих деталей и сборки из них узлов и выпускаемых предприятием изделий, а также вариант этого алгоритма, позволяющий распараллеливать вычисления при построении расписаний работ.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в разработке моделей, методов и систем планирования, направленных на совершенствование деятельности машиностроительных предприятий и позволяющих:
строить эффективные планы и расписания работ выполнения производственных программ предприятий с учетом обработки комплектующих деталей и сборки из них узлов и выпускаемых изделий;
обеспечить возможность детализации построенных планов работы предприятия до отдельных операций по обработке любой детали и сборке любого узла;
определить загрузку обрабатывающего оборудования предприятия и на основе анализа использования оборудования повысить эффективность работы предприятия.
Апробация. Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2009 – 2011 г.г.), на 51-й, 54-й и 55-й научно-технических конференциях МФТИ (Москва, 2008, 2011, 2012 г.г.), на шестнадцатой международной научно-технической конференции МЭИ (Москва, 2010 г.), на IV международной конференции «Управление развитием крупномасштабных систем MLSD’2010» (ИПУ РАН, 2010г.), на V международной конференции «Параллельные вычисления и задачи управления» (ИПУ РАН, 2010 г.), на VI международной конференции «Управление развитием крупномасштабных систем MLSD’2012» (ИПУ РАН, 2012 г.), на научном семинаре в ИПУ РАН (2012 г.).
Основные результаты исследований были использованы при проектировании компанией «Нью Лайн Инжиниринг» цеха обработки трубопроводов на заводе Воронежского акционерного самолетостроительного общества.
Публикации. Основное результаты диссертационной работы опубликованы в 5 статьях в журналах, рекомендованных ВАК, 10 тезисах докладов на различных российских и международных конференциях, методических указаниях по выполнению лабораторных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов и результатов, списка использованной литературы из 118 наименований, трех приложений. Объем основной части работы составляет 127 страниц, включая 49 рисунков и 11 таблиц.
