Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современные тенденции развития промышленных предприятий связаны с необходимостью постоянного освоения новых технологий и техники, повышением ее гибкости во всех производственных звеньях: на уровне цехов, участков, бригад, рабочих мест. Хотя требования гибкости зависят от уровня производства, его технического оснащения, но методология организационного обеспечения гибкости должна быть единой. Следует отметить, что гибкость представляет собой один из самых сложных процессов взаимного приспособления к изменяющимся условиям производства и продукции, связанным с техническим оснащением производства, его технологией и организацией. В этой связи является целесообразным выделить техническую, технологическую и организационную гибкость. Организационную гибкость можно оценить, как отношение времени работы системы к сумме времени работы и времени адаптации (переналадки) системы.
В условиях рыночной экономики производственная система (ПС) функционирует в динамичной среде, в которой происходят постоянные изменения, а система должна гибко перестраиваться под постоянно меняющиеся изделия. Изменения в многономенклатурном производстве всегда сопряжены с риском потери сформированных механизмов планирования, принятием неоптимальных управленческих решений, несвоевременной переналадкой оборудования и осуществлением неадекватных действий на всех уровнях ПС. Для решения данных проблем, в первую очередь, нужно обеспечить устойчивость функционирования ПС за счет оптимизации загрузки оборудования и уменьшения объемов незавершённого производства (НЗП). Во вторую очередь, должна быть создана автоматизированная система моделирования принимаемых управленческих решений в ПС с изменением структуры.
Создание методов и моделей проектирования, функционирования и математического моделирования оптимальных организационно-технических структур цехов с адаптацией к условиям многономенклатурного производства становится актуальной научно-технической темой исследования.
Степень разработанности темы. В настоящее время процесс организационного управления ПС в условиях многономенклатурности на уровне цеха изучен и математически формализован недостаточно полно. Прежде всего, это связано с недостаточной степенью формализации процесса функционирования цеха как объекта управления применительно к разным типам организации многономенклатурных ПС. Существующие подходы и методы решения обозначенной проблемы носят общий характер.
На сегодняшний день невозможность сформировать модели организационного управления адекватными производственными процессами обусловлена результатом регламентации стандартных моделей управления производства информационной моделью ERP и серией международных стандартов производственного оборудования MEK, что приводит к отсутствию в этих моделях подробной формализации производственных и технологических процессов в цехе, при своевременной переналадке оборудования.
Большой вклад в теорию организации и оптимизации производственных процессов машиностроительных ПС внесли В.П. Вороненко, Ю.М. Соломенцев, А.И. Сердюк, В.Г. Засканов, Г.М. Гришанов, В.В. Морозов, Н. John, J. Koren и др. Проблемам организации и моделирования производственных процессов посвящены работы Д.В. Антипова, Г.Н. Калянова, А.А. Багриновского, И.Н. Хаймович, E.R. Hart и др. Исследованиям в области проектирования и автоматизации ПС посвящены работы А.И. Сергеева, В.Н. Васильева, В.Ф. Горнева, В.В. Емельянова, Дж. Хартли и других ученых. Наиболее эффективные решения для производственных систем предложены разработчиками программного обеспечения МГТУ «Станкин», СПРУТ – технология, Simens PLM, Smarteam Dassault Systems, AnyLogic Company.
Область исследования соответствует п. 3 «Разработка методов и средств информатизации и компьютеризации производственных процессов, их документального обеспечения на всех стадиях» и п. 11 «Разработка методов и средств планирования и управления производственными процессами и их результатами» паспорта специальности 05.02.22 – Организация производства (по отраслям).
Объект исследования. Организация производственной системы цеха в условиях многономенклатурного машиностроительного предприятия.
Предмет исследования. Механизмы формирования и использования цеховых производственных ресурсов.
Целью диссертационного исследования является повышения эффективности управления производственными процессами в цехе за счет математического моделирования загрузки оборудования, уменьшения незавершенного производства и имитационного моделирования принимаемых технологических решений.
Для достижения цели настоящей работы поставлены и решены следующие задачи исследования:
-
Провести анализ существующих моделей и методов организации ПС в цехе, которые нашли применение в производстве в условиях многоменклатурно-сти предприятий машиностроительного профиля, выявить основные проблемы организации в условиях многономенклатурности на цеховом уровне.
-
Обосновать подход и разработать метод структурного анализа и интеграции технологических, производственных и информационных элементов ПС с учетом критерия оценки гибкости для создания формализованной модели организации производственного процесса.
-
Сформировать модель, позволяющую обосновать организационное обеспечение гибкости производственных процессов цеха путем их автоматизации при переналадке, уменьшении времени технологической подготовки и уменьшения количества НЗП по «узким» местам в условиях многономенклатур-ности предприятий машиностроительного профиля.
-
Сформировать концептуальное управленческое решение, позволяющее адекватно учитывать все параметры производственной системы для ликвидации занятости оборудования путем выявления всех формализованных параметров технологического процесса изготовления разных деталей на уровне цеха.
5. Разработать методические подходы к созданию имитационной модели рациональной работы цеха по принятому управленческому решению в условиях многономенклатурности на предприятиях машиностроительного профиля.
Научная новизна диссертационной работы определяется следующими положениями:
обоснован подход к созданию формализованной модели организации производственных процессов в цехе с учетом коэффициента гибкости, отличающийся тем, что впервые формализовано решена задача интеграции структур технологических, организационных и информационных процессов на основе вероятностных характеристик взаимодействия ресурсов в цехе в условиях многономенклатурно-сти;
разработан метод структурного моделирования материальных и информационных ресурсов в цехе, отличающийся тем, что впервые математическая модель производственного процесса цеха, основывающаяся на вероятностных характеристиках, отражает особенности отклонений при взаимодействии ресурсов;
разработан математический аппарат организации ПС в цехе, в основе которого лежит структурная модель Маркова, реализующая комплексное управленческое решение по рационализации производственных факторов в явной форме, и как следствие отображающее все воздействия при изменении технологического процесса в цехе;
разработана имитационная модель управленческого решения, позволяющая повысить эффективность технологических процессов в условиях многоно-менклатурности на предприятиях машиностроительного профиля на цеховом уровне за счет уменьшения времени переналадки оборудования и, как следствие, сокращение НПЗ и предотвращения занятости производственных мощностей в рамках информационно-имитационной модели.
Степень достоверности и обоснованности научных положений диссертационной работы обусловлена корректным применением методов теории организационного управления (производственного менеджмента), методов структурного моделирования, методов параметрического анализа показателей промышленных предприятий и др. Достоверность предложенных решений подтверждается также положительным экономическим эффектом от их внедрения в систему управления производством ОАО «Кузнецов». Научные результаты не противоречат известным результатам, опубликованным в специальной литературе.
На защиту выносятся:
-
Формализованный подход к построению интегральной модели ПС с последовательно-параллельной организацией в условиях многономенклатурного производства на уровне цеха.
-
Математическая модель организации ПС с учетом коэффициента гибкости, обеспечивающая максимальную загрузку оборудования на каждой операции.
-
Метод структурного анализа и интеграции технологических процессов и элементов ПС в условиях многономенклатурности на основе вероятностных характеристик.
-
Модель организации производственных процессов в цехе с учетом «узких» мест, основанная на моделировании работы элементов ПС с учетом модели Маркова.
-
Алгоритм организации рациональной работы цеха в условиях многоно-менклатурности с учетом вероятностного подхода и ликвидации «узких» мест на основе прогнозного концептуального управленческого решения.
Практическая значимость работы определяется реализованной оптимизацией цеха заготовительного литья на предприятии ОАО «Кузнецов», а также возможностью применения разработанных методов на машиностроительных предприятиях, использующих в производственном процессе значительное количество материальных ресурсов, как по номенклатуре, так и по объему.
Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования докладывались на 6 Международной студенческой электронной научной конференции «Студенческий научный форум» в 2014 году, на международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением», (БГТУ «ВОЕНМЕХ» в г. Санкт-Петербург 2014 г.). А так же на конференции «Металлдеформ» (ФГБОУ «Самарский государственный университет» в г. Самара 2015 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ, из которых 2 статьи в рецензируемых научных журналах ВАК и 1 статья в издании, индексируемых базой Scopus.