Организация и планирование автоматизированных производств. Учебное пособие

Построить диаграммы Гантта для двух вариантов очередности запуска работ:

а) r1 = (a, b, c, d, e); б) r2 = (e, d, c, b, a).

Сравните показатели длительности выполнения работ для этих вариантов календарного плана. Поясните причину различий.

9. Решите задачу Джонсона для линии из двух машин. Требуется выполнить восемь работ, обозначенных латинскими буквами. Длительности операций (в условных единицах времени) приведены в следующей таблице

5.ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОРГАНИЗАЦИИ

ИПЛАНИРОВАНИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ПРОИЗВОДСТВ

5.1. Технология и управление – объекты автоматизации на современных предприятиях

Уровень и темпы социально-экономического развития страны, большой корпорации и отдельного предприятия определяются прогрессом в области технологии в широком значении этого термина. Ключевые направления в технологии в значительной мере, если не полностью, связаны с автоматизацией процессов на основе достижений в области микроэлектроники и информационных систем. Развитие таких систем, так же как и других сфер деятельности, направлялось, с одной стороны, стремлением к постоянному росту эффективности, качества, надежности средств удовлетворения растущих потребностей, с другой – возможностями, которые являются результатом научного и технологического прогресса.

Любое предприятие, независимо от направления и масштабов его деятельности, заинтересовано в повышении своей конкурентоспособности на тех рынках, где оно работает. Это значит, что оно вынуждено постоянно обновлять ассортимент продукции, повышать качество, совершенствовать технологию и организацию производства в целях сокращения затрат. Одним из основных инструментов в решении этих задач является автоматизация производственных процессов, т. е. возможное освобождение человека от выполнения тяжелых и монотонных физических и сложных умственных операций. Широкое внедрение на предприятиях автоматических и автоматизированных систем имеет большое социальное и экономическое значение. Современное автоматизированное оборудование требует высокой квалификации работников, ведет к перестройке системы образования и подготовки кадров, что, в конечном счете, изменяет социальную структуру общества, повышает уровень такого важного показателя, как

81

«человеческий капитал» предприятия, региона, страны в целом. Важными экономическими следствиями автоматизации производства является повышение производительности труда, сокращение различных видов потерь, обусловленных действием «человеческого фактора», сокращение длительности процессов разработки и производства новых изделий, повышение качества выполнения управленческих функций. Некоторые новейшие производственные отрасли, такие, например, как микроэлектроника или нанотехнологические производства в принципе не могли бы достичь современных масштабов без использования средств автоматизации.

Производственные процессы, как мы уже знаем, реализуются в результате взаимодействия неразрывно связанных между собой частей производственной системы – технологической и организационной. В каждой из частей выполняются многочисленные операции различного содержания, любая из которых может стать объектом автоматизации. Но, конечно, используемые средства и технические решения будут различными. Отдельные технологические операции часто могут быть автоматизированы с применением ограниченных по своим функциям и техническим возможностям «локальных» систем либо, в более сложных случаях, с применением цифровых систем микропроцессорного управления. Организационные или, более точно, управленческие операции, всегда имеющие информационный характер, требуют для своей автоматизации применения более мощной компьютерной техники и сложного программного обеспечения.

При построении систем автоматизации возможны два подхода: локальный, когда объект ограничен рамками одной операции, и системный, когда в качестве объекта автоматизации рассматривается совокупность связанных технологическими и информационными связями операций, часто имеющих различную природу (технологических, логистических, информационных).

Локальный подход может быть реализован весьма сложными техническими средствами, например, робототехническими комплексами, автоматически выполняющими в рамках производственного процесса одну из операций. Системный подход предполагает создание автоматизированной системы, выполняющей все или некоторые функции в контурах управления, как правило, несколькими операциями. Примерами таких систем могут служить автомати-

зированные системы управления технологическими процессами и автоматизированные системы управления предприятиями.

Подчеркнем, что комплексный взгляд на проблему автоматизации производства, присущий системному подходу, обеспечивает более высокий рост эффективности деятельности предприятия, чем локальный подход. В некоторых случаях локальная или, как говорят, фрагментарная, автоматизация отдельных операций, выполненная бессистемно, приводит к ухудшению ряда показателей производственного процесса. Например, внедрение на одной операции в технологической цепочке высокопроизводительного автомата без надлежащего повышения производительности звеньев, осуществляющих транспортировку,

82

упаковку и складирование изделий, нарушит согласованность звеньев процесса по производительности, приведет к образованию сверхнормативных запасов продукции, увеличению длительности производственного цикла.

Главным направлением в развитии современных средств автоматизации производственных процессов является создание комплексных систем, охватывающих информационными связями не только группы операций, но и многие функциональные области и уровни управления на предприятии. Такие комплексные системы называют интегрированными системами. Основные классы систем производственного назначения рассмотрены в следующем разделе.

5.2. Классы и типовые функции автоматизированных систем производственного назначения

Основные классы автоматизированных информационных систем, которые принято выделять в современных концепциях автоматизации, следующие:

–системы автоматизированного проектирования (САПР или CAD-сис-

темы);

–автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП) (к этому классу могут быть отнесены также CAD/CAM-системы,

вкоторых совмещены функции проектирования изделий и часть функций ТПП,

вчастности, подготовка программ для станков с числовым программным управлением (ЧПУ));

–автоматизированные системы управления производственными процессами и предприятиями;

–корпоративные системы;

–системы, поддерживающие взаимодействие между предприятиями (связи предприятия с поставщиками ресурсов, клиентами, партнерами).

Среди систем управления производственными процессами выделяют:

–системы управления локальными технологическими операциями и процессами (это системы локальной автоматизации, робототехнические комплексы;

–так называемые MES-системы (Management Execution System – системы управления исполнением));

–системы управления процессами на уровне цехов и отдельных производств (это системы, построенные по стандарту MRPII или MRP-системы (Manufacturing Resource Planning – управление ресурсами производства)).

Управление на уровне предприятий и корпораций поддерживается классом ERP-систем (Enterprise Resource Planning – управление ресурсами предприятия). Межфирменное взаимодействие поддерживается такими классами информационных систем, как SCM- (Supply Chain Management – управление отношениями с поставщиками или управление цепями поставок) и CRM-сис- темы (Customer Relationship Management – управление отношениями с клиентами). Эту классификацию нельзя назвать устойчивой – уже имеются и с развитием бизнеса и информационных технологий появляются новые классы систем, границы их не являются четкими, функции систем часто перекрываются. Об-

83

щий тренд в развитии информационных систем производственного назначения обусловлен усложнением продукции, усилением фактора глобализации бизнеса, нарастающей необходимостью для повышения эффективности производства управлять жизненным циклом продукции как целостным объектом.

Приведем для примера типовой состав функциональных подсистем (модулей) информационных систем промышленного назначения классов MRP и ERP.

MRP-системы ориентированы на управление производственными процессами на промышленном предприятии. Как мы знаем, производственный процесс представляет собой совокупность технологических, логистических, организационных и информационных операций, обеспечивающих и сопровождающих движение потока материалов при их преобразовании из исходного сырья в готовую продукцию. Потоки могут обладать различными характеристиками (например, непрерывные и дискретные, пакетные, одно- и многопредметные и т. п.). Специфика потоков предопределяет и некоторую специфику связанных с ними биз- нес-процессов, например, процессов планирования операций, учета, организации контроля движения и т. д. Системы, соответствующие стандарту MRPII (последняя версия данной идеологии) позволяет учитывать указанную специфику. В функциональную часть MRP-систем входят следующие подсистемы.

Управление данными о продукте. Когда говорят об управлении данными, имеют ввиду возможность выполнения таких операций, как генерация (создание) данных, доступ, просмотр, сортировка (упорядочение), формирование сводных документов, изменение, блокировка, удаление. Данные о продукте объединяют широкий набор сведений о номенклатурной позиции (готовое изделие, узлы, детали, материалы): назначение, код, параметры, состав и структура, а также данные о технологии получения, данные о рабочих местах, различные нормативно-справочные данные. Подсистема, по-существу, представляет собой базу данных с широким набором опций, к которой обращаются в процессе своей работы все другие подсистемы (концепция единой базы данных).

Планирование продаж, производства и закупок. Напомним, что логика планирования предприятия, работающего на рынок, предполагает на первом этапе на основании анализа спроса на продукцию и потенциала предприятия формирование плана продаж. На следующем этапе на основании плана продаж формируется план производства по всем номенклатурным позициям с детализацией по календарным периодам внутри интервала планирования (например, годовой план разбивается на квартальные планы, те, в свою очередь, на планы по месяцам, декадам, суткам, сменам). Далее проводятся расчеты потребностей в ресурсах, в частности, в производственных мощностях, материалах, комплектующих изделиях (узлы и детали, получаемые предприятием со стороны, от других предприятий-поставщиков). На основании анализа этих потребностей формируются планы обеспечения ресурсами (ввода новых мощностей, закупки материалов и других ресурсов).

84

Управление запасами. К производственным запасам относят запасы готовой продукции, сырья и других исходных материалов и комплектующих изделий, запасы незавершенного производства (материалов и полуфабрикатов, находящихся на разных стадиях производственного процесса). Запасы готовой продукции и исходного сырья аккумулируются в соответствующих местах хранения (чаще всего, это специально оборудованные склады), запасы незавершенного производства складываются из материалов и комплектующих изделий, находящихся в процессе обработки на технологическом оборудовании, в процессе транспортировки между операциями, в процессе ожидания обработки в межоперационных накопителях, бункерах, локальных складах. Совокупность мест хранения запасов всех видов образует систему складского хозяйства предприятия. Эта система может иметь иерархическую структуру специализированных складов, могут иметь место различные принципы размещения предметов хранения на складских местах (например, упорядоченное или «хаотическое» размещение). В складском хозяйстве реализуются различные бизнес-процессы: прием (приход) материалов, контроль качества, размещение, регистрация движения, отпуск (расход), инвентаризация (проверка состояния текущих запасов на складе на определенную дату), проведение анализа и подготовка отчетов о движении материалов, подготовка заявок на пополнение запасов, комплектация партий материалов (например, для передачи (запуска) в производство или для отгрузки готовой продукции различных видов потребителю в соответствии с контрактом на поставку). Отметим, что все операции с запасами проводятся как в натуральном выражении (штуки, тонны и т. п.), так и в стоимостном выражении (в рублях или иных денежных единицах). Это требует организации четкой и надежной взаимосвязи с бизнес-процессами бухгалтерского учета. Все эти процессы поддерживаются MRP-системой.

Управление закупками. Исполнителем данной функции является отдел снабжения (закупок), руководящим документом – план закупок на заданный период времени. Реализация функции предполагает наличие сведений о закупаемых номенклатурных позициях, потенциальных поставщиках и условиях поставки, конъюнктуре рынков закупаемых товаров. Бизнес-процессы данного отдела поддерживают такие функции, как определение потребностей в покупных изделиях, анализ рынков, сбор информации о поставщиках, формирование запросов к поставщикам, обработка поступающих от поставщиков коммерческих предложений, выбор поставщиков, подготовка контрактов, контроль (мониторинг) исполнения контрактов, контроль количества и качества поступающих товаров и сопроводительной документации, оформление рекламаций (документов о несоответствии качества условиям контрактов), контроль финансовых расчетов, разрешение конфликтных ситуаций. Для всех указанных функций могут быть указаны составляющие их функциональные действия следующего уровня. Их состав и порядок выполнения отражены в типовых процессах, реализуемых MRP-системами.

85

Оперативное управление исполнением плана производства. Исполните-

лем этой функции является производственный отдел предприятия, руководящим документом – оперативный план производства на заданный период времени. Основные функции поддерживаются следующими бизнес-процессами: формирование производственных заказов и заданий на календарные периоды, запуск заказов в производство, сбор и обработка оперативных данных о текущем состоянии заказов (мониторинг или диспетчирование производства), анализ причин отклонений, выработка оперативных решений по устранению отклонений от плана (назначение приоритетов заказов, распределение ресурсов), контроль качества продукции, учет и оценка использования ресурсов (выполнение работниками норм выработки, норм расхода материалов и других ресурсов (например, тепловой и электрической энергии), длительность простоев оборудования, величина брака), разрешение конфликтных ситуаций с другими службами предприятия (взаимодействие с отделами снабжения и продаж, с другими цехами и службами). Особенностью бизнес-процессов данной подсистемы является зависимость хода многих из них от результатов отдельных операций. Эффективное и четкое выполнение плана производства требует, в общем случае, «распознавания» большого числа различных производственных ситуаций и запуска для каждой из них предварительно разработанного бизнес-процесса. Создание полного банка таких процессов, по-видимому, невозможно. Но многие типовые ситуации выявлены, и для них сформированы соответствующие бизнеспроцессы. Как и во всех предыдущих подсистемах, указанные выше функции оперативного управления могут быть разложены на функциональные действия, реализуемые в MRP-системе соответствующими алгоритмами.

Управление продажами (поставками) продукции. Исполнителем этой функции является отдел продаж (сбыта, реализации, отгрузки), руководящим документом – план продаж на заданный период времени. К плану может быть приложен план-график отгрузки продукции потребителям (клиентам). Выполнение этого план-графика является основной оперативной функцией отдела (предполагается, что функции продвижения продукции на рынке, поиска клиентов решены на стадии планирования продаж). Реализация функций осуществляется с помощью следующих бизнес-процессов: заключение контрактов на поставку продукции, контроль за исполнением контрактов, комплектация отгрузочных партий для клиентов, подготовка и выдача заявок на производство продукции, формирование и корректировка приоритетов заказов, подготовка сопроводительных документов на отгружаемую продукцию, решение задач доставки продукции клиентам, контроль финансовых расчетов, работа с рекламациями со стороны клиентов, разрешение конфликтных ситуаций, организация послепродажного обслуживания. Все эти функции являются, по большей части, достаточно сложными и при моделировании и алгоритмизации раскладываются на отдельные функциональные действия.

Расчет себестоимости продукции. Функция относится к разряду экономических и имеет целью определить фактические затраты на производство

86

продукции. Исполнителем является служба бухгалтерского учета, подразделения которой могут находиться в производственных цехах и вести по установленным правилам учет всех видов затрат. Правила достаточно жестко регламентируют порядок учета затрат и калькуляции себестоимости продукции. Эти правила рассматриваются в экономических дисциплинах, и здесь мы не будем на них останавливаться. Отметим только, что реализация бизнес-процессов бухгалтерского учета, в том числе, в части учета производственных затрат на базе западных технологий автоматизации, часто затрудняется из-за различий в российской и западных системах учета.

К производственному уровню может быть отнесена и подсистема кон-

троля и управления качеством продукции. В некоторых системах эта функция реализуется в большем или меньшем объеме. В полном объеме она предполагает инструментальный (автоматизированный) контроль параметров полуфабрикатов и технологических процессов на всех операциях, выявление статистической связи между параметрами, выявление причин возникновения брака и реализацию мер, направленных на его предупреждение. В облегченном варианте подсистема контроля качества реализует бизнес-процессы учета брака по данным, вводимым оператором, накопление статистики брака, выполнение аналитических расчетов.

Функции информационной поддержки управления на более высоких уровнях (предприятия, корпорации) выполняют, как было сказано, ERP- системы. Состав функциональных подсистем для них также стал стандартом де-факто (это означает, что стандарты не являются официальными документами, не имеют юридической силы, но фактически принимаются в качестве руководящих документов большинством разработчиков систем). Часть подсистем «поглощают» функциональность указанных выше подсистем класса MRP, но дополняют их функциями более высокого уровня. Примерами могут служить функции стратегического и тактического планирования, управления качеством на уровне организации деятельности предприятия (корпорации) по стандартам ISO 9000. Эти стандарты устанавливают такие требования к элементам производственного процесса, при которых создаются предпосылки для выпуска высококачественной продукции. Характерными для систем этого класса являются подсистемы управления корпоративными финансами, основными фондами, персоналом, маркетингом. Функции каждой из подсистем реализуются своими бизнес-процессами, которые к настоящему времени в значительной степени унифицированы и представлены типовыми моделями и алгоритмами.

87

5.3.Влияние автоматизации на состав и содержание задач организации

ипланирования производства

Как можно понять из материала предыдущего раздела, содержание задач организации и планирования в автоматизированном производстве заметно изменяется. К примеру, замена ручного труда автоматами требует решения следующих организационных задач:

–пересмотр функциональной структуры производственного процесса и закрепления функций за исполнителями (работниками подразделениями, автоматизированными системами);

–пересмотр норм производительности на отдельных операциях производственного процесса в целях их согласования;

–проведение работ по изменению технической инфраструктуры, обеспечивающей новые автоматизированные рабочие места необходимыми ресурсами (энергия, коммуникации (в частности, компьютерные сети), производственные площади);

–организация служб эксплуатации и обслуживания нового оборудования;

–разработка новых норм выработки рабочих, систем учета труда и заработной платы;

–корректировка оценок производственной мощности подразделений и предприятия в целом с последующей корректировкой плановых заданий;

–организация подготовки и переподготовки персонала.

Этот перечень может быть продолжен и изменен в зависимости от особенностей конкретного предприятия, а также направлений и масштабов автоматизации производства. Использование автоматических и автоматизированных систем характеризуется сокращением времени выполнения информационных и организационных операций, сокращением числа ошибок при вводе данных и при расчетах, высвобождением работников низкой квалификации.

С точки зрения роста эффективности деятельности, наиболее важными особенностями автоматизированных производств являются новые возможности в решении наиболее сложных интеллектуальных задач, принципиально недоступных при «ручной» технологии. Среди этих задач, в первую очередь, следует назвать задачи оптимального планирования деятельности предприятий – поиска вариантов плановых решений, обеспечивающих наиболее предпочтительные значения принятых оценочных показателей (критериев) при выполнении часто большого количества технологических, организационных и экономических ограничений. Решение подобных задач требует значительных вычислительных мощностей и применения специального программного обеспечения. Теоретическая база решения интеллектуальных задач в сфере планирования и организации производства к настоящему времени достигла высокого уровня развития в рамках математического программирования, исследования операций, теории принятия решений.

Мощным инструментом решения задач управления с учетом факторов неопределенности является компьютерное или имитационное моделирование

88

процессов, подверженных влиянию случайных факторов. Суть данного подхода к исследованию сложных, в том числе, производственных объектов состоит в их предварительном алгоритмическом описании и последующем проведении серии компьютерных экспериментов с использованием имитации случайных воздействий на объекты с помощью программных генераторов случайных (точнее, псевдослучайных) чисел. Наиболее эффективен метод имитационного моделирования в задачах с высоким уровнем неопределенности, например, в задачах стратегического планирования. Но данный метод может быть не только полезным, но, в некоторых случаях, и единственным инструментом прогнозирования последствий принимаемых управленческих решений. Примером могут служить задачи оперативно-календарного планирования в многономенклатурном, многостадийном производстве с большим разнообразием технологических маршрутов движения материальных потоков.

Контрольные вопросы

1.Поясните сущность локального и системного подходов, используемых при построении систем автоматизации производства и управления.

2.Назовите основные классы автоматизированных информационных систем.

3.Как классифицируются системы автоматизации по уровню производственных объектов?

4.Поясните назначение и типовой состав функций информационных систем классов MRP и ERP.

5.Какое влияние оказывает автоматизация производства на содержание задач организации и планирования производства?

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Вданном учебном пособии с большей или меньшей степенью подробности рассмотрены основные вопросы, предусмотренные программой курса «Организация и планирование автоматизированных производств». Проблематика научно-практического направления, связанного с управлением производством,

втом числе, с вопросами его организации в современных условиях чрезвычайно быстрого развития «физических» и информационных технологий далеко выходит за пределы данного курса.

Внастоящее время масштабные задачи перехода к «цифровой экономике» вошли в программы развития страны на ближайшую перспективу. Это предполагает широкое использование компьютерных технологий во всех сферах жизни, в том числе, безусловно, и в сфере производства. Уже сегодня на многих промышленных предприятиях достигнут высокий уровень автоматизации производства и процессов управления. Предпосылкой эффективного использования автоматизированных систем является выявление «лучших практик» организации производства и управления, создания унифицированных моделей характерных бизнес-процессов, по существу, представляющих собой алгоритмы решения типовых организационных задач, реализуемых затем в про-

89

граммном обеспечении компьютерных систем. Программное обеспечение содержит большое число изменяемых параметров, с помощью которых автоматизированная система настраивается на условия конкретных производств. Умение моделировать производственные бизнес-процессы, разрабатывать и настраивать алгоритмы их компьютерной реализации является важной составляющей современного специалиста в области автоматизации производственных процессов. Базой для развития в этом направлении является внимательное изучение данного учебного пособия и рекомендуемой литературы.

90