4.2. Выбор параметра для характеристики типа структур

Заслуживает внимания подход, в котором рассмотрены структуры и типы структур, введен параметр – коэффициент связности:

который определяет количество связей, приходящихся в среднем на один объект (станок) в системе. Здесь под связями подразумевается взаимодействие между объектами на уровне материальных потоков. При определении коэффициента связности внешние связи не учитываются. В качестве материальных потоков подразумевается, прежде всего, перемещение продукции (например, деталей).

Введенный параметр C_ характеризует типы структур, а не отдельные структуры.

Если рассмотреть несколько примеров (рис. 3.4), то видно, что для приведенных разных структур коэффициенты связности имеют одну и ту же величину. Как показывает расчет для этих разных по виду структур, коэффициент связности будет одинаков – равный 2.

Проблемы структурирования характерны для различных отраслей промышленности. Целесообразно рассмотреть данную проблему на примере отрасли машиностроения.

Рис. 3.1. Представление участка в виде схемы и графа

		1	2	3	4
	1	0	1	0	1
	2	0	0	1	0
	3	0	0	0	1
	4	0	0	0	0

	1	2	3	4
1	0	1	0	1
2	1	0	1	0
3	0	1	0	1
4	1	0	1	0

Рис. 3.2. Представление в виде Рис. 3.3. Представление в виде

направленной матрицы ненаправленной матрицы

4.3. Типы структур и границы выбора типов структур

В работах рассматриваются 4 типа структур: с независимо работающими позициями, линейный, сетевой и пространственный. Каждому из них соответствует определенный характер производства.

Тип структур с независимой работой позиций определяет производственные участки, в которых отсутствуют внутренние связи между объектами, имеются связи элементов участка с внешними объектами.

К таким участкам можно отнести участки, где на каждом рабочем месте производится одна или несколько операций над изделиями, и далее изделие перемещается на последующие участки или в склад. В данных подразделениях реализуется схема (рис. 3.5).

Здесь С1–С7– работающие объекты в структуре; А, B, C– внешние объекты. В качестве объектов могут быть другие участки по технологическому маршруту, складские помещения, заготовительные участки, участки сборки и др. Взаимодействие этих объектов можно показать таким образом:

Внешний объект С_i Внешний объект.

В структурах с независимо работающими позициями связи между объектами отсутствуют.

С точки зрения транспортных передвижений в структурах данного типа они могут быть интенсивными и со значительными расстояниями между объектами по сравнению с другими типами структур.

Кроме того, для данного типа структур необходимы накопительные устройства: межстаночные накопители или участковые в виде центрального склада.

Рис. 3.4. Примеры структур с коэффициентом связности 2

Рис. 3.5. Структура с независимо работающими позициями

Рис. 3.6. Схема транспортирования продукции

В последнем варианте возможна следующая структура (в упрощенном варианте рис. 3.6).

Грузы поступают на поз.1, затем через робот–штабелер (РШ) – в склад. Со склада детали поступают на работающие станки С1…С4 и снова возвращаются в склад через РШ. При появлении транспортных средств на поз. 2 РШ транспортирует готовую продукцию, и она передается далее на другие участки.

В данной схеме возникают задачи определения емкости склада или пристаночных накопителей, производительности РШ, транспортных средств на поз.1 и поз.2. Решение подобной задачи необходимо связывать с процессами, происходящими на смежных участках.

Если представить зону выбора структур с независимо работающими позициями на диаграмме (рис.5.10), где n – число станков в структуре, то это будет точка М с координатами С_=0 и n=1.

Уместно отметить, что данный тип структуры имеет высокую степень гибкости и практически мало зависит от степени гибкости каждого станка.

Это связано с отсутствием связей между объектами, и возможностью наращивать количество станков с увеличением номенклатуры деталей при условии обеспечения требуемой степени загрузки станков.

К этому типу структур можно относить те участки, у которых может быть не только одинаковое по технологическим признакам оборудование (по одинаковым операциям), но и оборудование для выполнения разных операций, не имеющих технологических связей между собой. Такие структуры могут появляться в случаях, когда отдельные операции не вписываются в участки, построенные по технологическим маршрутам, и объединяются в отдельные участки.

С точки зрения транспортных операций подобные участки создают определенные трудности и, естественно, транспортные затраты в них будут значительными.

Однако расположение оборудования на этих участках тесно взаимосвязано с положением внешних объектов с точки зрения транспортных затрат. Задача оптимизации пространственного расположения оборудования по критерию транспортных затрат для данного типа структур также является актуальной.

Линейный тип структур характеризуется однонаправленными связями между объектами и сравнительно невысокими значениями коэффициента связности. Предельные значения коэффициентов связности C_ колеблются от 2 до 4 (рис. 3.10 кривые 1, 2). Эти предельные значения определены в производственных условиях на основе анализа статистических данных. Если минимальную границу линейного типа структур легко установить на примере простейшей структуры (рис. 3.11), а коэффициент связности для нее:

,

то верхняя граница, равная 4, определена на основании статических данных.

Реальные участки с линейным типом структур – это поточные и автоматические линии с серийным и крупносерийным характером производства.

Рис. 3.7. Пример линейной структуры с С_=2,3

Рис. 3.8. Пример линейной структуры с С_=2,4

На рис. 3.7 и 3.8 приведены примеры линейных структур в реальных условиях предприятий. На рис. 3.7 – это структура участка для изготовления 5 наименований деталей арматуры с годовым выпуском 74.000 деталей в год, со временем обработки каждой детали в среднем 10,6 мин. В среднем по 5 операций на деталь.

На рис. 3.8 представлена структура участка обработки 5 наименований валов грузовых автомобилей с годовым выпуском 3200 штук в год, 5,9 операций в среднем на 1 деталь, 117 мин в среднем на изготовление одной детали.

Если структура на рис. 3.7 близка к классическим линейным схемам за исключением 7 связей на предпоследнем станке, то структура на рис. 3.8 имеет связь (a, b, c), что характерно для сетевой структуры. Однако это не обратная связь, а движение потока деталей по линии II на III по связям «а» и с III на II по связям «b» и «с».

Что касается примера на рис. 3.9, то здесь хотя представлены однонаправленные связи, однако это значение С_ сохраняется при увеличении n по одной координате.

Рис. 3.9. Пример линейной структуры

Здесь:

;

.

Если увеличивать n по второй координате, то С_ будет возрастать, и при n С_ будет стремиться к 6. Следовательно, с точки зрения значения С_ эта структура не является примером линейной структуры с предельным значением , а характерна для сетевого типа структур.

Относительно транспортных перемещений можно сказать, что транспортные затраты для линейных структур будут невелики. С увеличением С_ транспортные затраты будут возрастать.

Для сетевых структур характерным является наличие обратных связей между объектами и изменение предельных значений C_ от 2 до 5. Нижняя граница может быть определена на примере простейшей структуры (рис. 3.11) аналогично линейным структурам при наличии обратных связей, а верхняя граница также определена на основании статических данных (кривые 1,3, рис. 3.10).

Сетевые структуры применяются в серийном и мелкосерийном производствах в условиях многономенклатурной обработки с ограниченными возможностями оборудования по взаимозаменяемости. Маршруты выполнения операций на оборудовании заранее определены и в процессе работы изменяются не столь часто. Структуры производственных участков также остаются неизменными. Этот тип структур встречается в гибких производственных системах, робототехнических комплексах с невысокой степенью гибкости.

Простейшими структурами можно принять аналогичные для линейного типа структур при наличии обратных связей между объектами.

Рис. 3.10. Взаимосвязь между степенью связности C и количеством станков n

В качестве реального примера сетевой структуры можно рассмотреть следующий вариант (рис. 3.12):

Характеристика структуры:

количество станков – 9;

коэффициент связности С_ = 3,8;

количество наименований деталей – 364;

программа выпуска – 364000 дет. в год;

время обработки (в среднем на 1 деталь) –34 мин/дет.

Рис. 3.11. Простейшая структура линейного типа

На этом участке ведется обработка мелких деталей (призматические шпонки, планки, рычаги и др.)

Анализ связей между объектами в структуре показывает, что часть связей характерна для линейных структур, часть – для сетевых и часть – для пространственных. Однако по значению С_=3,8 это может быть линейной или сетевой структурой. По формальным признакам при наличии обратных связей эта структура характеризуется как сетевая.

В качестве вывода можно сказать, что в реальных структурах могут быть признаки разных типов структур. Однако окончательное определение типа структур производится по совокупности признаков и по их значимости.

Характерной особенностью пространственного типа структур является вероятностный характер связей между объектами. Нижняя граница пространственного типа структур совпадает с верхней границей сетевых структур, а верхнюю границу легко определить на примере фрагмента структуры (рис. 3.13) с максимально возможным значением C_.

Пространственные структуры, как и сетевые, применяются в мелкосерийном и серийном производствах в условиях многономенклатурной обработки с широкими возможностями оборудования по взаимозаменяемости.

Маршруты выполнения операций на оборудовании носят случайных характер, структуры в процессе работы могут изменяться. Эти особенности характерны для производств с высоким техническим уровнем, с высокой степенью гибкости оборудования. Фрагмент структуры пространственного типа представлен на рис. 3.13.

Коэффициент связности для данного типа структур можно определить:

.

Рис. 3.12. Пример реальной сетевой структуры

В данном примере показаны возможные связи станка С1 с другими станками. Если предположить аналогичную картину и для других станков, то вывод подтверждается приведенной формулой.

В анализе типов структур имеется ряд недостатков: теоретически не обоснованы значения верхних границ для сетевых и линейных структур; не подтверждена возможность совпадения нижней границы пространственного типа структур с верхней границей сетевого типа структур.