16. 2. Организационные структуры массового производства

В основе организационных структур массового производства лежит поточный метод их организации, при которой предмет труда передается немедленно после выполнения какой-то операции на последующую.

Поточный метод экономически эффективнее других методов организации производства, т. к.

• создает предпосылки для использования специализированного высокопроизводительного оборудования;

• происходит повторяемость одних и тех же операций, что упрощает систему планирования и регулирования, ведет к росту производительности труда;

• ведет к сокращению длительности производственного цикла, НЗП, т. е. к увеличению скорости оборота оборотных средств;

• сокращает потребность в производственных площадях;

• достигается высокая ритмичность производства.

Все это обеспечивает снижение себестоимости продукции.

Однопредметные непрерывные поточные линии (ОНПЛ).

На таких линиях t_шт примерно одинаково на всех операциях (отклонение ± 10-12%), постепенно отклонения минимизируют.

r = T/N – ритм,

Т – плановый период, N – программа выпуска,

- количество рабочих мест на операции j.

ОНПЛ, как правило, создаются с помощью конвейеров, скорость которых согласована с параметром r.

Однопредметные прерывные поточные линии (ОППЛ).

На таких линиях t_{шт, j} ≠ r.

Создание из таких линий ОНПЛ нет смысла, т. к. нет должного объема производства. Поэтому на таких линиях имеют место задачи согласования работ на операциях (организация работы многостаночников) уменьшения оборотных заделов.

Многопредметные поточные линии.

На таких линиях одновременно или последовательно обрабатываются предметы различных наименований, но сходные по конструкции и технологии их изготовления.

16.3. Использование моделей оптимизации и имитации в оперативном управлении производством

Влияние системы оперативного управления производством на экономику предприятия представим на рис 16.3.1.

Затраты

Капвложения (КВ)

Тек + Е × КВ, Е – норма

прибыли

Приведенные затраты

Текущие издержки (Тек)

Обычные системы ОПП

Согласование планов-графиков произв-ва c помощью ЭММ и ЭВМ, MRP

«Канбан»

Степень согласованности технологического процесса, автоматизация производства

Рис. 16.3.1. Влияние системы оперативного управления

на экономику предприятия

Исследование существующей системы ОПП приводят к следующему выводу: для того, чтобы уйти от проблемы оперативного управления производством (ОУП) необходимо организовать производство на принципах полной автоматизации и специализации участков производства. Тогда технологический процесс будет представлен множеством непересекающихся потоков движения деталей по операциям. Пересечение – на сборке.

Технологическая синхронизация устраняет проблему календарного планирования, но требует значительных капитальных вложений и ориентирована на массовый выпуск продукции. Такое производство трудно диверсифицировать при необходимости. В условиях, когда на промышленном предприятии нет средств на подобную автоматизацию, следует создать самонастраивающуюся систему, организованную на лучших элементах действующих систем, ориентированную на прогнозный и фактический спрос, стремящуюся постепенно, по мере совершенствования организации, автоматизации производства, к системам типа «Канбан» и «Точно в срок». При этом согласование маркетинговых исследований с системой ОУП может быть приближенно осуществляться на основе непрерывной корректировки функции спроса в самой системе ОУП. Стохастичности спроса ставится в соответствие страховые запасы.

Концептуальное представление схемы системы оперативного

управления производством

Концептуально система ОУП может быть представлена так:

Верхний уровень:

• оценка прогнозного платежеспособного спроса на 1-2 года;

• оценка платежного спроса на текущий горизонт планирования с учетом уже поступивших фактических заказов (горизонт планирования не меньше длительности производственного цикла);

• решение задачи объемно-календарного планирования (ОБКП) по распределению заказов по календарно-плановым периодам, технико-экономических и финансовых показателей;

• формирование плана-графика суточного выпуска готовой продукции на сборке под обеспечение откорректированного спроса с учетом страховых запасов на сборке.

Межцеховой уровень:

• межцеховое (и межфирменное для объединений) оперативно-календарное планирование (ОКП). Согласование планов-графиков выпуска продукции по цехам и участкам производства (и между фирмами объединения, корпорации), по внешней кооперации. Планирование потребностей в ресурсах.

Уровень цеха, участка:

• оперативное управление на участках производства, построение сменно-суточного графика работ по операциям технологического процесса, оперативный учет, согласование планов со службами материально-технического снабжения, подготовки производства.

Корректировка прогнозного спроса

Корректировка прогнозного спроса в системе ОУП представлена на рис. 16.3.2. Суть корректировки заключается в том, что на основе фактического уровня спроса за период, примерно равный времени, на которое формируется прогноз, изменяется прогнозный уровень спроса (но характер его сохраняется). При этом на основе данных, имевших место за прошедшие периоды, уточняется уровень возможных отклонений факта от прогноза.

Спрос

Ранее заданный спрос

Возможные отклонения

Откорректированный спрос

Отклонения

Фактический

спрос

Периоды

Прошед-ший период

Горизонт планирова-ния

Рис. 16.3.2. Корректировка прогнозного спроса.

Таким образом, на горизонт планируемого периода фиксируется прогнозный спрос – b_i (например, на ближайший квартал по изделию i).

Задача объемно-календарного планирования

Задача объемно-календарного планирования фиксируется так:

min S

при условиях:

i I, (b_i - квартальный план);

; где - среднемесячная загрузка.

Здесь а_li - затраты мощности группы оборудования l на выпуск единицы продукции i,

=  а_li b_i λ _μ, l  L, μ = 1,2,3,

ⁱ

- желаемый уровень использования мощностей по месяцам кваратала,

λ_μ - уровень распределения эффективного времени работы оборудования по месяцам квартала,

сg_i - прямые затраты основной заработной платы, материальных ресурсов вида g , g ≠ 1, на единицу продукции i,

b_iμ – объем обязательных поставок продукции i в месяце μ,

S - 1 - относительное максимальное отклонение фактических затрат мощности, основной заработной платы, ресурсов от «идеального» плана.

Расчетное значение S, на 3-5% отличающееся от 1, вполне приемлемо для практики, так как неритмичность производства и затрат может достигать 30-40%.

Задача объемно-календарного планирования позволяет распределить производственную программу выпуска продукции по планируемым периодам с учетом спроса в эти периоды, минимизируя отклонения загрузки оборудования, других технико-экономических показателей от равномерных во времени. Для производства желательно реализовать стратегию равномерного производства продукции и использования ресурсов. Именно такая стратегия обеспечивает минимум затрат.

Информационное согласование объемно-календарного планирования

с оперативно-календарным планированием

Решение задачи ОБКП трансформируется в , т.е. плановому выпуску готовой продукции в периоде t составится в соответствие план-график выпуска готовой продукции по рабочим дням. При этом задаются таким образом, чтобы равномерно по трудоемкости загрузить сборочные участки. В первую очередь в плане-графике сборки учитывается та продукция, на которую уже имеются договора о поставках.

Горизонт планирования

Пусть ДЦП не превышает 1 месяц, следовательно, в периоде t формируется план-график выпуска готовой продукции на месяц t + 2. В базовом периоде t = 0 уже осуществляется создание незавершенного производства для выпуска готовой продукции как в месяце t = 0, так и в t = 1. Горизонт же планирования расширяется за счет подключения периода t = 2. Как показано на рис. 16.3.3, согласование планов-графиков хода производства может быть осуществлено достаточно просто: под выпуск готовой продукции в периоде t = 2 в последовательности обратной технологической формируется график движения партий деталей по цехам, участкам, операциям.

Базовый период t = 0 t = 1 t = 2

Планы-графики хода

производства под выпуск

готовой продукции,

планирование

потребностей

Текущий

момент

времени

Рис. 16.3.3. Согласование планов ОКП во времени

Как показано на рис. 16.3.3, при ДПЦ около месяца, процесс планирования производства затрагивает три смежных месяца. При этом, если на месяц t = 2 не сформирован еще портфель заказов полностью, то производство ориентируется на прогнозный спрос, т.к. из-за ДПЦ приходится уже в периоде t = 0 планировать производство, обеспечивать его материальными ресурсами, инструментом и др.

Формирование плана потребности сборки в деталях

Пусть , t = 2 в рассматриваемом случае. Тогда, зная входимость θ_ik деталей k в изделие i, определяется потребность сборки в деталях, узлах: .

Страховой запас перед сборкой определен опережением в днях – О_k, отсюда

, τ = r-O_k .

Организация межцехового оперативно-календарного планирования

Представим согласование плана производства на сборочных участках с другими участками.

Для периода t = 2 сборочный участок представим в виде календаря рабочих дней. Для каждого рабочего дня задана потребность в готовых деталях и сборочных узлах

Сборочный участок, t = 2

Транспортировка P_kτ O_k Потребность сборки закрывает

Завершающий 1-ая партия деталей, потом

участок 2-ая и т.д.

Выпуск n _k1 n _k2

первой партии V_k1

деталей

V _k2

Технология производства на завершающем участке:

Ведущая операция

Срок запуска Z_kq h_kl Срок выпуска V_kq

Т ранспортировка

П роизводство

на другом участке

Z_kq+1 V_kq+1

О_k,q+1 – опереж. зап. вып.

.

Здесь h_kl - продолжительность выполнения ведущей операции партии деталей k на ведущей, лимитирующей производство группе оборудования,

- продолжительность обработки партии деталей k на участке l до ведущей операции,

- продолжительность обработки партии деталей k на участке l после ведущей операции до выхода с участка,

Z_kq - срок запуска партии деталей на участке производства,

V_kq - срок выпуска партии деталей с участка производства.

Тогда традиционные методы ОКП (в том числе MRP) строят планы графики производства по опережениям:

Выпускающий участок

Участок 2

Участок 1

Построение плана графика с учетом загрузки ведущих групп оборудования:

Как видим, когда выделяются только ведущие операции (резко снижается размерность решаемой задачи, появляется возможность учесть загрузку ведущих групп оборудования - как показано на схеме партия деталей q₂ сдвигается во времени так, чтобы не мешать обработке партии деталей, которая ближе к завершению работ, к сборке (приоритеты могут быть и другими).

Таким образом, на основе моделирования (с использованием имитационной модели оперативно-календарного планирования) производственного процесса строится план-график движения партий деталей по участкам производства и ведущим операциям.

Результат расчетов: , т.е. для каждой партии деталей задан ее норматив n_kq , срок запуска и выпуска по участкам производства - график производства с учетом загрузки ведущих групп оборудования.

Указанная постановка оперативно-календарного планирования позволяет сформулировать оптимизационную модель ОКП.

Оптимизационная модель оперативно-календарного планирования

,

т.е. минимизируется уровень незавершенного производства.

Здесь С_k – себестоимость готовой партии деталей;

- средняя себестоимость партии деталей;

- ;

- срок запуска на первом участке по ходу технологического процесса.

Необходимо выполнение следующих ограничений.

Сборочный процесс должен быть обеспечен партиями готовых деталей в соответствии с планом:

- количество выпущенных на завершающих участках готовых партий деталей k в период τ;

В_kτ – план потребности в партиях деталей на сборке нарастающим итогом.

Далее следует учесть загрузку лимитирующих групп оборудования:

Обязательным является выполнение технологической последовательности обработки партии деталей, а также производство одной партии деталей с одним и тем же индексом по всем основным операциям технологического процесса:

- для последнего соотношения,

здесь l_γ , l_γ+1 отражают последовательность прохождения партий деталей по ведущим операциям (на ведущих группах оборудования),

T_l^k – рабочий календарь участка l (его ведущей группы оборудования) по производству детали k.

В данной постановке задачи фиксируется все множество возможных запусков-выпусков партий деталей.

Подобная постановка задачи календарного планирования, как основной задачи исследования операций, опубликованная в 1976 г. [3], является, видимо, единственной, позволяющей находить оптимальные решения достаточно большой размерности задачи целочисленного программирования с помощью соответствующего программного обеспечения [38].

Моделирование ОКП по корректировке оперативных планов

Имитационная модель, используемая для межцехового оперативно-календарного планирования может быть использована и для построения плана-графика хода производства от текущего момента времени на весь горизонт оперативного планирования. Суть моделирования показана на следующей схеме.

Текущий момент времени

Ведущие операции

Z V

Z V

Используются приоритеты партий деталей, изменяются размеры партий деталей n_k, длительности производственного цикла и опережения (О_k) – делается все, чтобы подать партии деталей вовремя на сборку. Однако для реализации подобной имитационной модели необходимо иметь автоматизированную систему оперативного учета, так как на текущий момент времени перед началом расчетов необходимо располагать информацией о наличии партий деталей на той или иной операции. Только после анализа такой информации с помощью имитационной модели, используемой для межцехового оперативно-календарного планирования, могут быть проведены соответствующие расчеты.

Имитационная модель функционирования участка производства

Для участка производства заданы параметры Z_kq, V_kq, n_kq, т.е. план-график хода производства на горизонт планирования. В ходе реализации плана все нарушается. На что ориентироваться? Либо необходимо ежесуточно пересчитывать план-график работы всего предприятия (как делается в американских системах ОУП), либо участок должен работать как самонастраивающаяся система. В этом случае модель участка должна работать автономно. Выручает система непрерывного оперативно-производственного планирования (созданная на Новочеркасском электровозостроительном заводе, НЭВЗ). В модели имитируется использование картотеки пропорциональности. Определяется - среднесуточный выпуск деталей.

Тогда срок выпуска S _kλ партии деталей kλ с участка определяется так:

, x_kλ→ min.

Здесь - фактический размер партии деталей, которая пришла на участок в момент времени S_k,λ-1. Количества деталей этой партии хватит на S_k,λ - S_k,λ-1 периодов, S_k1 – фиксировано, x_kλ – некратные Р_kr остатки.

Далее с помощью имитационной модели строится план-график работ по всем детале-операциям на ближайшие сутки.

Используются приоритеты: π _kλ= S _kλ – t _kλ(η) – t(η _kλ),

η – смена, t _kλ(η) – длительность обработки предстоящих работ, t(η _kλ) – текущий момент времени.

Наиболее эффективен относительный параметр - π _kλ / t _kλ (η).

Рассмотренный подход позволяет реально подойти к решению проблемы ОУП, существенно снизив размерность решаемых задач, используя элементы оптимизации, оперативной корректировки.