Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 8 Аналитический обзор информационныхисточников 8
1.1. Обзор информационных источников... 8
1.1. 1. Предприятие как производственная система . 8
1.1.2. Структурный анализ производственных систем 13'
1. 1.3. Типы ресурсов предприятия. 22
1.1.4; Затраты производства-предприятия: 23
1.1.5. Формы специализации производственных систем. 26
1.1.6. Выбор оптимального вида специализации: предметной или технологической. 33
1.1.7. Показатели эффективности производственной системы. 42'
1.2. Постановка цели и задач исследования: 50
ГЛАВА2. Исследование зависимостей в: модели; оптимальной специализаций производственной системы . 69
2.1. Двухуровневая модель оптимизации ПС. 69
2.2. Критерий оптимизации и ограничения во взаимосвязи с видом специализации . 71
2.2.1. Целевая функция оптимизации 71
2.2.2. Ограничения во взаимосвязи с видом специализации. 75
2.3. Анализ факторов эффективности при выборе специализации ПС... 76
2.4. Установление вида качественных зависимостей в модели оптимальной специализации ПС 85
2.5. Обоснование технологической специализации ПС в условиях сильных ограничений по ресурсам. 92
ГЛАВА 3 Исследование зависимостей в модели оптимизации структуры производственной системы (ПС) 95
3.1. Факторы эффективности оптимальной структуры ПС 95
3.2. Установление качественных зависимостей в модели оптимизации структуры производственной системы 97
3.3. Установление количественных зависимостей в модели оптимизации по методу Монте-Карло 101
3.4. Установление оптимального числа ЦТК в модели оптимизации... 108
ГЛАВА 4 Разработка методики построения промышленного предприятия на принципах технологической специализации
4.1. Алгоритм построения промышленного предприятия в условиях сильных ограничений по ресурсам ПО
4.2. Обоснование применимости ПИМ-структуры в СУ технологически специализированных ПС 113
4.3. Проведение экспертизы и обработка её результата 116
4.3.1. Содержание собранных данных 116
4.3.2. Обработка собранных данных 120
4.4. Разработка предложений по совершенствованию промышленных предприятий 129
Основные результаты диссертационной работы 134
Выводы 135
Список литературы
- Предприятие как производственная система
- Критерий оптимизации и ограничения во взаимосвязи с видом специализации
- Установление качественных зависимостей в модели оптимизации структуры производственной системы
- Обоснование применимости ПИМ-структуры в СУ технологически специализированных ПС
Введение к работе
В настоящее время наблюдается быстрый рост потребностей человека. Это означает,.что используемые человеком продукты постоянно и с большой скоростью изменяются, что отражается в увеличении частоты смены производимых продуктов. Любое предприятие теперь с точки зрения эффективности может быть разорённым, если, оно изготовляет только один тип продукций; или постоянную номенклатуру продукций; Отсюда* стремление предприятия, быстро удовлетворять потребности;; населения? продуктами^ многообразием типов, размеров? форм; и с высоким качеством; Однако переход от изготовления^ одной продукции к;другой очень сложен:. Он включает много вопросов. Такой переход приводит к изменению технологической подготовки производства,, т.е. к изменению^ не только* технологических процессов производства' но также и; к реорганизации производства. В'большинстве случаев при переходе от изготовления-одной? продукции к другой; нужно дополнительное вложение: капитал а -для; покупки^ необходимого оборудования; соответствующего технологическим процессам:' изготовления новой; продукции: При- большой* частоте смены номенклатуры: продуктов нужно также часто переоснащать. и- реорганизовывать производство; Переоснащение и реорганизация производства будет эффективным и: даже неизбежным при- крупносерийном и массовом? производствах. Однако переоснащение и реорганизация^ производства ввиду больших и частных затрат будут не эффективными» при мелкосерийном их среднесерийном производствах.. Переоснащение и реорганизация производства проводятся только на предприятиях с большим;экономическим? потенциалом (большой или бесконечный капитал вложения). В: то же время: большинство предприятий не; имеют достаточный инвестиционный потенциал. Особенно это^ касается таких и других развивающихся страну регионов как Вьетнам. Почтивсе предприятия во Вьетнаме малые и средние. Их потенциал недостаточно высок. Большинство из используемого оборудования были сделано в GGGP в 70ых годах предыдущего века. Как
правило, такие предприятия являются мелкосерийными и среднесерийными. Относительная слабость организации и управления производством также не отвечают требованиям быстрой реорганизации производства при большой частоте смены, номенклатуры продуктов. В этих условиях перед производителями поставлена большая задача: как и что надо делать, чтобы предприятия' действовали эффективно на основании имеющегося оборудования и в условиях изменения номенклатуры продуктов, в условиях ограничения инвестиций. В этом- случае применение предметной специализации производства не эффективно. Предметная специализация? заключается, в профилировании предприятия^ на выпуске продукции однотипной по конструкции, габариту, весу и технологии производства. Предметная специализация была и остается- весьма эффективной, при массовом производстве изделий стабильной номенклатуры. В современных условиях преимущественно- мелкосерийного производства быстро сменяющейся-номенклатуры изделий.проявляются органические недостатки предметно-специализированных производств. Это особенно ярко проявляется в процессе перехода предприятий к производству новой продукции.
Переход к технологической специализации в этом случае действительно оправдан. Технологическая специализация заключается в выделение производств по видам используемых технологических процессов (литья, ковки, штамповки, сборки-сварки...) или отдельных технологических операций. Преимущества технологической специализации известны:
эффективная загрузка оборудования и производственных площадей;
высокая гибкость производства;
высокая производительность труда;
высокое качество продукции;
высокая мобильность производства.
Для того чтобы применять эффективно технологическую специализацию, нужна хорошо разработанная методическая поддержка
выбора структуры организации производства. Данная работа преследует цель исследования и разработки методов оптимизации технологических комплексов в условиях сильных ограничений по ресурсам.
Целью исследования является разработка методов и модели оптимальной структуры промышленного предприятия на основе его технологической специализации при ограничениях ресурса.
Для реализации поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:
Формирование критериев оптимизации технологических комплексов (ТК) в условиях сильных ограничений по ресурсам.
Установление структуры модели оптимизации.
Установление зависимости производственных затрат и структуры ТК.
Установление фактических конструктивно-технологических характеристик действующего производства (обработка статистических данных).
Проведение экспертизы с целью установления технологических процессов и необходимого состава оборудования для заданного продуктового ряда.
6. Решение двухуровневой оптимизации виртуального технологического
комплекса.
7. Разработка предложений по совершенствованию промышленных
предприятий.
В качестве объекта исследования выступает промышленное производство отдельного региона в условиях сильных ограничений по ресурсам.
Предметом исследования являются модели и методы оптимизации структуры ТК.
Для решения поставленных в работе задач использовались теория оптимизации, моделирование технологических комплексов, теория систем, теория структурных преобразований промышленности, теория экспертных систем.
Научная новизна проведенной работы состоит в следующем:
1. Исследована и разработана двухуровневая модель оптимизации ТК.
Установлена зависимость производственных затрат и структурных характеристик ТК.
Установлен главный фактор эффективности ТК - частота смены номенклатуры продукции.
4. Установлен технологический тип специализации производства в условиях
ограничении по инвестиции.
5. Установлена типовая схема взаимодействия технологических
специализированных структур.
Основные научные результаты исследования заключаются в следующем:
1. Выбор вида специализации в условиях сильных ограничений.
2. Построение модели двухуровневой оптимизации виртуального
технологического комплекса.
3. Модель оптимизации структурных элементов.
Оптимальное число центров технологической компетенции (ЦТК) с помощью ПИМ-структуры.
Рекомендации по оптимальному варианту реорганизации действующих заводов во Вьетнаме.
Практическую значимость представляют собой рабочие методики повышения эффективности промышленного производства в условиях безинвестиционного развития.
Предприятие как производственная система
Важную роль для проведения поставленных исследованийиграет анализ работ [1, С.382-386]. В частности, в работе [1, С.542-545] описано, что системы на любом уровне определяется совокупностью элементов, необходимых для выполнения всех действий, требуемых для изготовления І изделия. Таким образом, производственная система, в общем случае, должна включать в себя системы, выполняющие действия (модули действий).
При этом любую производственную структуру, независимо от иерархического уровня, можно описать выражением: где R, - система, реализующая действие получения (модуль получения); S, -система, реализующая действие хранения (модуль хранения); Т, - система, реализующая действие перемещения (модуль перемещения); С, - система, реализующая действие преобразования (модуль преобразования).
Производственная система может и не выполнять все типы действий. Соответственно, в ней будут отсутствовать и элементы, необходимые для выполнения таких действий. Кроме того, в производственных системах могут быть элементы, выполняющие несколько типов действий одновременно (например, роторные машины, выполняющие одновременно хранение, перемещение и преобразование).
Функционально-структурное описание производственной системы проводится в работе [1, С.382-386]. Сложные системы можно анализировать, концентрируя внимание либо на объектах, либо на процессах. Удобно рассматривать систему как упорядоченную совокупность объектов, которые в процессе взаимодействия друг с другом обеспечивают функционирование системы как единого целого. Поэтому при системном решении ряда задач, ПС могут рассматриваться как дискретные, т.е. состоящие из отдельных элементов, взаимодействующих между собой в определенные моменты времени. Элементы ПС принимают участие в выполнении определенных действий, имеющих временную протяжённость (отдельное действие имеет событие начала и событие окончания). Рассмотрение ПС как дискретной сводится к тому, что ее состояние меняется лишь в начале действия и при его окончании.
В этой же работе показано, что при рассмотрении процесса в ПС можно выделить действие как отдельный модуль, определив его содержание, связанные с ним события и ресурсы. Однако в ПС действия протекают параллельно, асинхронно и используют общие (как правило, ограниченные) ресурсы ПС. Необходима некоторая методология представления (спецификации) действий и определения диаграммы их взаимосвязей (потоков ресурсов и информации). Построение такой диаграммы является вспомогательным шагом формализации знаний о действиях в ПС, так как позволяет проанализировать полноту множества действий и проверку их взаимосвязей.
Считается [1, С.382-386], что для этих целей может быть использована CASE-технология (Computer-Aided Software Engineering), представляющая собой компьютерно-ориентированную технологию разработки программного обеспечения. То есть CASE-технология - это совокупность методологий проектирования и сопровождения программного обеспечения на всем его жизненном цикле. Она получила широкое распространение и активно внедряется на рынке информационных технологий. Методологическую основу CASE-технологий представляют различные реализации метода структурного анализа.
В GASE-технологии: наиболее представительным по объему реализаций является: направление SADT (Structural Analysis and Design Technique) -техника и средства структурного анализа; и проектирования?систем. Одно из направлений его развития; - это IDEF (Integrated; Computer Aided DEFinitiom Method) - метод интегрального описания; интегральношспецификации.
SADT- методологиящолучилаширокое распространение благодаряітому, что-ориентирована на- комплексное представление; структуры материальных, информационных финансовых и управленческих потоков- на- отображение организационной структуры. В силу этого, SADT-методология; в болыпеш степени нацелена; на реорганизацию всей системы: управления; чем другие методологии функционального моделирования? основанные. на. использовании і диаграмм потоков данных,, главная? цель которых - проектирование: информационных процессов:.
Методология IDEE обеспечивает универсальность описания, простоту детализации описания вширь ив глубь процессовнакаждом уровне иерархии; описания;, что позволяет применить ее для? структуризации процессов в сложных системах.
Метод: IDEF относится; к структурным методам: Для? описания: предметной области в них используются графические языки типа блок-схем: Метод IDEF0 применяется для создания функциональноймоделщ являющейся; иерархическим, нисходящим структурным представлением действия/ некоторого; объекта (или множества действий), а также вещественных ш информационных объектов; (данных), необходимых дляї функционирования? или являющихся результатом этого функционирования: Для описания» декомпозируемых действий: и данных используются;так; называемые функциональные и информационные модели.
Критерий оптимизации и ограничения во взаимосвязи с видом специализации
Для любого предприятия постоянно сравниваются его доход и затраты. Производитель в любом случае хочет максимизировать свой доход. В первую очередь он стремиться достичь минимума производственных затрат. Затраты производства являются одним из главных факторов, влияющих на выбор видов специализации. Затраты возникают в процессе формирования необходимых ресурсов для достижения определенной цели и их рационального использования. Обычно они являются разнонаправленными, делятся на инвестиционные и текущие (операционные), связанные с непосредственным выполнением предприятием своей основной функции (миссии) изготовлением продукции (оказанием услуг).
Текущие затраты производства бывают цикличными и непрерывными. Первые повторяются с каждым циклом изготовления продукции (затраты на материалы, заработную плату производственных работников, инструменты и др.), вторые существуют постоянно и независимо от производства (содержание помещений, сооружений, оборудования, управленческого персонала и т. п.).
Затраты выражаются в натуральной и денежной формах. Планирование и учет затрат факторов производства в натуральной форме (количество, масса, объем, длина и т. п.) имеют важное значение для организации деятельности предприятия. Однако для оценки результатов этой деятельности важнейшим является денежное измерение затрат, поскольку оно выражает" стоимость продукции (услуг)
Понятно, что любые затраты всегда направлены на достижение определенного результата. Только это оправдывает их целесообразность. Относительно производственного предприятия этот общий принцип деятельности, положенный в основу определения себестоимости продукции, выражается формулой «Затраты — Выпуск» (Input - Output). Себестоимость продукции — это денежная форма затрат на подготовку производства, изготовление и сбыт продукции.
Отражая уровень затрат на производство, себестоимость продукции комплексно характеризует степень использования всех ресурсов предприятия, а, следовательно, и уровень техники, технологии и организации производства. Чем лучше работает предприятие, чем успешнее оно совершенствует технику, технологию и организацию производства, интенсивнее использует применяемые ресурсы, тем более низкой является себестоимость продукции. Поэтому себестоимость продукции является одним из важных показателей эффективности производства. Она очень тесно связана с рыночной ценой изделий (тарифами на услуги). Это проявляется в том, что себестоимость является базой цены товара (тарифов на услуги) и одновременно ограничителем для производства (никто не будет выпускать продукцию, себестоимость которой будет выше, чем рыночная цена).
Для определения себестоимости продукции важное значение имеет состав включаемых в нее затрат. Как известно, затраты предприятия возмещаются за счет двух собственных источников: себестоимости и прибыли. Поэтому вопрос о составе затрат, включаемых в себестоимость продукции, является вопросом распределения их между указанными источниками. Общий принцип этого распределения состоит в том, что путем включения в себестоимость возмещаются те затраты, которые обеспечивают простое воспроизводство всех факторов производства (предметов и средств труда, рабочей силы и природных ресурсов). В соответствии с этим в себестоимость продукции включают затраты по определенным функциональным направлениям деятельности производственного предприятия.
Принято различать общие (совокупные) затраты и затраты на единицу продукции. Общие затраты — это затраты на весь объем продукции за определенный период. Их сумма зависит от продолжительности периода и количества изготовляемой продукции. Затраты на единицу продукции рассчитываются как средние за определенный период, если продукция изготовляется постоянно или сериями. В единичном производстве затраты на изделие формируются как индивидуальные. Если общие затраты выразить как функцию объема продукции, то их предельный уровень будет первой производной этой функции. Это затраты на последнюю по времени изготовления единицу продукции. Показатель предельных затрат используется при анализе целесообразности изменения объема производства.
Затраты на производство в любой производственной системе будут складываться из затрат на выполнение необходимых действий соответствующими модулями: затраты на получение, затраты на хранение, транспортные затраты, затраты на преобразование, а также затраты на организацию и поддержание работоспособности производственной системы.
Анализ соотношения затрат в производственных системах различного вида специализации при различных производственных условиях позволяет определить эффективность выбора вида специализации. В условиях производства изделий постоянной номенклатуры, действия по получению в предметной специализации (ПСП) и технологической специализации (ТСП) носят одинаковый характер и выполняются одинаковыми модулями. Затраты обычно примерно равны, но в отдельных случаях может быть затраты в ТСП больше, чем в ПСП так как в технологически специализированном производстве выше уровень незавершённого производства. Количество хранимых предметов и средств труда в ПСП обычно меньше, чем в ТСП, соответственно в ПСП несколько меньше и трудоёмкость действий по хранению. С другой стороны, модули хранения в ТСП имеют более универсальный характер, чем в ПСП, соответственно стоимость нормо-часа действий по получению в ТСП ниже, чем в ПСП. Количество перемещений предметов труда в ТСП всегда больше, чем в ПСП, соответственно трудоёмкость действий по перемещению в ТСП будет выше. Стоимость нормо-часа действий по перемещению в ТСП и ПСП примерно одинакова. Следовательно, транспортные затраты в технологически специализированном производстве всегда выше. Действия по преобразованию в ПСП и ТСП носят одинаковый характер, хотя и выполняются модулями различного типа. Может отличаться и число таких модулей. Но стоимость нормо-часа действий по преобразованию в ТСП и ПСП примерно одинакова. Поэтому преобразующие затраты обычно примерно равны.
Установление качественных зависимостей в модели оптимизации структуры производственной системы
Исходя из двухуровневой модели оптимизации ПС, представленной на рис, 2.1, после выбора и обоснования специализации ПС, необходимо провести оптимизацию степени дифференциации ТК, т. е. выбрать оптимальное число ЦТК для случая технологической специализации. С этой целью первоочередной задачей является анализ факторов эффективности оптимальной структуры ЦТК.
Анализ факторов эффективности оптимальной структуры ПС удобно представить в виде следующий блок схемы (рис 3.1). Факторы эффективности оптимальной структуры. ПС в соответствии с проведённой схемой делятся на факторы трудозатрат ПС и факторы транспортных затрат ПС.
В трудозатратах находятся производительность процессов и структура техпроцессов. В то же время главным фактором, влияющим непосредственно на транспортные затраты ПС, является сеть перемещения материалов и информации. Главным фактором в структуре ПС является число структурных элементов ПС (ЦТК), которое связано с производительностью и транспортными затратами.
Из блок-схемы нарис. 3.1 видно, что противоречивым фактором является число структурных элементов ПС, т. е число ЦТК, поскольку с одной стороны уменьшение этого числа приводит к возрастанию трудозатрат при технологической подготовке производства (увеличение этого числа приводит к снижению трудозатрат при технологической подготовке производства). В то же время изменение числа структурных элементов по разному влияет на транспортные затраты. Структуру ЦТК удобно структурно представлено в виде сети перемещения материалов и информации ПС (рис 3.2).
Здесь под Sj понимается i-ый ЦТК, а Ру - транспортные затраты при перемещении из S, в Sj. На рис 3. 2 видно, что при увеличении числа ЦТК увеличиваются транспортные затраты, увеличиваются траектории перемещения (так как множество отношений между числами ЦТК увеличивается). Наоборот, при уменьшении числа ЦТК транспортные затраты уменьшаются.
Понятно, что исходя из противоречивости числа ЦТК, мы должны найти оптимальное число структурных элементов производственных систем - оптимальное число ЦТК. Для того чтобы определить оптимальное число ЦТК, мы должны сформулировать модель оптимизации, где центральным местом является необходимость определения оптимального числа структурных элементов.
Установление качественных зависимостей в модели оптимизации структуры производственной системы.
На рис 2. 1 представлена двухуровневая модель оптимизации ПС. В главе 2 было показано, что на существующем этапе развития промышленного производства нам удается установить только качественные зависимости в модели оптимизации специализации ПС. Для того чтобы решать задачу определения оптимального числа структурных элементов мы можем сформировать не только качественную, но и количественную модель определения числа ЦТК. Установление вида и качественных и количественных зависимостей необходимо провести по двум группам факторов. С одной стороны- зависимости, определяющие трудозатраты от числа структурных элементов. С другой стороны - необходимо установить зависимости, определяющие транспортные затраты от числа ЦТК. Рассмотрим качественный вид зависимости трудозатрат от числа структурных элементов. Представим трудозатраты в виде функции: где: m - число ЦТК; Е2труД - трудозатраты; Для установления этого вида зависимости используем известную кривую Эббингауза (рис 3.3) [71]
Известно, что в соответствии с этой кривой увеличение числа специализированных ячеек при деятельности человека приводит к росту производительности труда. При неспециализированном производстве наблюдается слабый рост производительности труда. Чем более специализированный труд человека, тем больше рост производительности труда. Это известное положение Эббингауза зафикровано в трудах многих учёных. Опираясь на эту экспоненциальную кривую Эббингауза, мы можем построить график, проведённый на рис. 3.3. Из графика видно, что с течением времени, т. е при бесконечном увеличении числа структурных элементов, производительность труда приближается к экспоненте. Можно построить обратную кривую Эббингауза и показать, что трудозатраты -величина, обратно пропорциональная производительности, т. е чем больше производительность, тем меньше трудозатраты.
Обоснование применимости ПИМ-структуры в СУ технологически специализированных ПС
В результате проведенных в главах 1, 2, 3 исследований разработан алгоритм построения промышленного предприятия в условиях сильных ограничений по ресурсам, блок-схема которого показана на рис 4.1.
Формирование цели проектирования и организации ПС: В этом блоке представлена цель проектирования и реорганизации производства предприятия на основе существующего оборудования (т. е сильных ограничений по ресурсам) и большой частоты смены номенклатуры продукции (существующие условия на рынке). Реорганизация выливается в перемещение оборудования по технологическим центрам (ЦТК). Число ЦТК должно быть оптимальным для того, чтобы минимизировать производственные затраты.
Формирование целевой функции и ограничений при оптимизации ПС: Целью любой ПС является повышение доходов (максимум прибыли) или минимум производственных затрат. Производственные затраты включают ряд различных компонент затрат. сум тран " труд " " Одр П1Ш Зтран - Транспортная затрата; Зтруд - Трудозатрат Здр - другие затраты Другие затраты в этом случае не учитываются: " " тран "" - труд ПИП где Зтра,, =/(м) , Зтруд = g(m) - т количество структурных элементов. m mmax; mmax - число возможных ЦТК для изготовления ряда продукций, m - целое число.
Сильные ограничения по ресурсам: Для того, чтобы уменьшать суммарные затраты, необходимо уменьшать каждую компонентную затрату. При условии большой частоты изменения номенклатуры продукции, требуется большой капитал на замену оборудования. Обычно при переходе к изготовлению новой продукции надо покупать оборудование, соответствующее техпроцессу изготовления этой продукции. Это является большой проблемой для многих предприятий. Можно сказать, что сильное ограничение по ресурсам — это практически полное отсутствие инвестиций. Достижение максимальной эффективности ПС путем ускоренной смены.номенклатуры продукции: как показано в пункте 2.4, предприятие не может получать максимальную прибыль, когда оно изготовляет только одну продукцию или постоянный ряд продукций. Для достижения максимальной эффективности, предприятие должно разнообразить свои продукты. Это и было рассмотрено в пункте 2.4.
Сравнение видов специализаций ПС на основе качественных зависимостей: в условии сильных ограничений по ресурсам и большой частоты смены номенклатуры продукции, на основе качественных зависимостей проведено сравнение видов специализаций ПС: предметной и технологической. После анализа и сравнения, выбрана технологическая специализация.
Технологическая специализация: (пункт 1.1.5) Построение ПИМ-структуры: (подробнее в пункте 4.2) ПИМ перманентно-изменяющая матрица. ПИМ-структура выбрана потому, что у неё следующие преимущества: - легко осуществить переход к любому другому продукту (продуктовому ряду). - Организация производства на принципах ПИМ-структуры позволяет переходить к новым продуктам в условии сильных ограничений. - Дальнейшее развитие производства будет осуществляться путём развития ЦТК, а не предметно-ориентированных производств.
Расчёт оптимального числа ЦТК: для расчёта оптимального числа ЦТК надо установить целевую функцию, качественные и количественные зависимости, потом на основе их построить модель оптимизации. Все расчёты были проведены в пункте 3.4.
Система управления технологически специализированной производственной системы опирается на матрицу управления, известную в различных видах деятельности человека. Матричную структуру удобно применять в управлении технологически специализированной ПС. В этом случае в виде строк матрицы используются различные виды оборудования. В качестве столбцов этой матрицы используются различные конструкции изделий, изготовляемых в производстве, (таблица 10).
Это предприятие, специализирующееся на том или ном технологическом направлении или процессе. Например, в качестве ЦТК могут быть ЦТК литейные, сварочные, механообработанные, фрезерные, токарные, сверлильные и.т.д. т. е все структурные ячейки различаются технологическим видом обработки. Наличие матричной структуры позволяет комбинировать из столбцов и строк своё виртуальное предприятие.
