pizhurin_a_a_pizhurin_a_a_modelirovanie_i_optimizaciya_proce
.pdf100<АГ3, %,< 120; 0<^4,с.,<3. Остальные условия эксперимента те же, что и в рассмотренной выше отдельной серии опытов. Каждый опыт со стоял в имитации раскроя 20 бревен и брусьев. В качестве отклика фикси ровалась общая длительность распиливания этих 20 бревен и брусьев, с.
Т а б л и ц а 8.3
Номер
брев |
р> |
‘Р |
|
,0) |
ЛО |
|
4° |
Тп |
тн |
Аз |
Ai |
Д2 |
|
|
гз |
4 |
|
||||||||
на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
6,48 |
0,0 |
29,92 |
46,69 |
46,69 |
56,69 |
81,00 |
0,0 |
0,0 |
0,53 |
16,77 |
10,00 |
2 |
4,94 |
30,27 |
53,08 |
70,50 |
70,89 |
81,00 |
99,54 |
0,00 |
0,38 |
0,35 |
17,43 |
10,12 |
3 |
5,69 |
54,04 |
80,32 |
97,38 |
97,39 |
107,41 |
128,76 |
7,87 |
0,0 |
0,96 |
17,07 |
10,02 |
4 |
5,95 |
80,51 |
107,97 |
125,00 |
125,00 |
134,83 |
157,14 |
6,07 |
0,0 |
0,20 |
17,03 |
9,83 |
5 |
6,08 |
108,70 |
136,77 |
153,75 |
153,75 |
163,92 |
186,72 |
6,78 |
0,0 |
0,74 |
16,98 |
10,17 |
6 |
4,47 |
137,16 |
157,79 |
175,25 |
177,06 |
186,72 |
203,49 |
0,00 |
1,81 |
0,39 |
17,45 |
9,66 |
7 |
4,89 |
158,66 |
181,23 |
198,02 |
198,02 |
208,42 |
226,76 |
4,93 |
0,0 |
0,87 |
16,79 |
10,41 |
8 |
4,54 |
182,07 |
203,01 |
220,26 |
220,26 |
230,19 |
247,21 |
3,43 |
0,0 |
0,84 |
17,25 |
9,93 |
9 |
5,84 |
203,67 |
230,63 |
247,80 |
247,80 |
257,91 |
279,82 |
10,70 |
0,0 |
0,66 |
17,17 |
10,11 |
10 |
6,16 |
231,10 |
259,55 |
276,17 |
276,17 |
286,42 |
309,54 |
6,60 |
0,0 |
0,47 |
16,62 |
10,25 |
Условия и результаты эксперимента приведены в табл. 8.4.
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 8.4 |
Номер |
JTi.M |
Х 2 , м/мин |
Х 3, % |
|
У* с |
опыта |
|
||||
|
|
|
|
|
|
1 |
0,85 |
10 |
100 |
0 |
736,64 |
2 |
0,85 |
10 |
100 |
3 |
770,79 |
3 |
0,85 |
10 |
120 |
0 |
713,52 |
4 |
0,85 |
10 |
120 |
3 |
731,81 |
5 |
0,85 |
16 |
100 |
0 |
455,38 |
6 |
0,85 |
16 |
100 |
3 |
498,71 |
7 |
0,85 |
16 |
120 |
0 |
447,2 |
8 |
0,85 |
16 |
120 |
3 |
531,35 |
9 |
1,1-5 |
10 |
100 |
0 |
710,58 |
10 |
1,15 |
10 |
100 |
3 |
769,95 |
И |
1,15 |
10 |
120 |
0 |
704,72 |
12 |
1,15 |
10 |
120 |
3 |
763,6 |
13 |
1,15 |
16 |
100 |
0 |
442,47 |
14 |
1,15 |
16 |
100 |
3 |
503,24 |
15 |
1,15 |
16 |
120 |
0 |
432,23 |
16 |
1,15 |
16 |
120 |
3 |
512,82 |
По результатам статистической обработки экспериментальных дан ных оказалась адекватной линейная регрессионная зависимость отклика у от нормализованных факторов хь х2, х3, х4, которые связаны с натуральны ми факторами Х\, Х2, Х3, Х4 следующими формулами:
x,=(Jf,-iyo,15; |
х2 = (Х 2 —13)/3; |
х3 = ОД (Х3 -110); |
х4 = (Х4 - 1,5)/1,5. |
Эта зависимость имеет вид у = 607,8 - 129,9х2 - 3,16х3 + 2195х4. Как и следовало ожидать, с ростом скорости подачи лесопильной рамы первого ряда - фактор Х2 - продолжительность распиливания уменьшается, Ъ2< 0, причем этот фактор оказывает доминирующее влияние на отклик по срав нению со всеми остальными: коэффициент Ъ2 по абсолютной величине значительно больше всех остальных линейных коэффициентов регрессии. Вслед за ним по степени влияния идет фактор Х4 - среднее время межторцового разрыва. С его увеличением отклик возрастает, что также легко объяснимо.
Чем больше значение фактора Х3, тем быстрее распиливаются бру сья на лесопильной раме второго ряда. Но общее время раскроя всех бре вен и брусьев уменьшится под влиянием роста Хъ только вследствие уменьшения времени распиливания тех брусьев, которые остались в нако пителе к моменту завершения работы лесопильной рамы первого ряда. Диапазоны варьирования факторов Х3 и Х\ выбраны такими, что в любой момент в накопителе оказывается не более двух, а чаще один или ни одно го бруса. Поэтому влияние фактора Х3 невелико по сравнению с влиянием переменных Х2 и Х4. С ростом значений фактора Xi среднее число брусьев в накопителе увеличивается. Однако, поскольку в данном случае это уве личение невелико, его влияние оказалось незначимым.
8.5. Задание времени в имитационных моделях
Для задания времени в имитационных моделях используют два ос новных способа: 1) метод фиксированного шага; 2) метод переменного ша га.
Согласно методу фиксированного шага состояние всех элементов системы анализируется через постоянные, достаточно малые промежутки времени At Иными словами, с интервалом At, величина которого выбира ется заранее, пересчитываются значения всех показателей моделируемого объекта. В п. 8.3, где этот метод использовался, величина At составляла один час.
При моделировании по методу переменного шага предполагается, что для функционирования системы существенны некоторые происходя щие в ней события. Состояние системы согласно данному методу анализи
руется только при наступлении очередного события независимо от интер валов между ними. Этот метод был использован в примере п. 8.4, где су щественными событиями были начало и окончание распиливания каждого бревна и бруса, а также моменты поступления брусьев в накопитель и вы хода из него.
Вопрос о применении того или иного метода решается индивиду ально для каждого конкретного исследования, в зависимости от его цели и назначения модели, характера объекта, требуемой точности результатов и ряда других факторов. Для моделей с фиксированным шагом нет возмож ности точно воспроизвести момент наступления очередного события, по этому важен выбор шага At Этот метод предпочтительнее, если в системе происходит большое число событий различной природы, что характерно, в частности, для многостадийных технологических процессов, если эти со бытия появляются более или менее регулярно. Модели с фиксированным шагом часто используют для описания систем, представляемых непрерыв ными материальными потоками, либо потоками информации. При исполь зовании метода переменного шага, в отличие от предыдущего метода, от сутствует погрешность в определении момента наступления существенно го события. Этот метод часто применяют при неравномерном появлении событий во времени.
274
Глава 9
ОПТИМАЛЬНОЕ ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ДЕРЕВООБРАБОТКЕ
9.1.Основные задачи оперативного управления
производством
Система управления любого предприятия с дискретным характером производства состоит из ряда взаимосвязанных иерархических уровней. Несмотря на некоторые различия в названиях подсистем, решающих зада чи планирования и управления производством, можно сказать, что их иерархическая структура является вполне определенной и общепринятой.
Вэтой структуре можно выделить четыре основных уровня управления:
1)уровень организационно-экономического управления предпри ятием в целом;
2)уровень объемно-календарного планирования производства;
3)уровень оперативного управления производством;
4)уровень управления технологическим оборудованием.
На каждом из этих уровней имеется соответствующий управленче ский персонал, решающий относящиеся к его компетенции задачи. Взаи мосвязь этих задач определяется их соподчиненностью друг другу и соот ветствует принятой иерархии управления на предприятии.
Задачи самого верхнего уровня управления решает администрация предприятия. В их состав входят следующие задачи: перспективное плани рование развития предприятия - сопряжение мощностей через техническое перевооружение, реконструкцию, новое строительство, модернизацию ос новных фондов предприятия; координация и контроль работы различных служб и подразделений предприятия; управление движением денежных средств; кадровая политика предприятия; взаимодействие с внешними ор ганизациями и учреждениями.
На этом уровне продолжительность планового периода может со ставлять несколько лет, а длительность единицы периода планирования - год, квартал или месяц.
На уровне объемно-календарного планирования производства ре шаются задачи диспетчеризации работ различных структур подразделений предприятия. В качестве единицы периода планирования принимается день или смена, в качестве плановых периодов - месяц или квартал. Зада чи, решаемые на уровне объемно-календарного планирования производст ва: оптимальное распределение производственной программы предприятия (111111) по плановым периодам; детализация квартальных или месячных планов и определение заданий цехам по выпуску продукции; координация работ структурных подразделений предприятия по выполнению 111111.
275
Специфика задач третьего уровня управления - уровня оперативно го управления производством - определяется тем, что они возникают на стыке вопросов планирования и регулирования производственных процес сов. Жесткой границы между вторым и третьим уровнями не существует; более того, в некоторой литературе эти два уровня сводят в один. За дли тельность периода планирования на третьем уровне может быть принят день или смена, за длину интервала планирования - смена или час, соот ветственно.
Последний четвертый уровень управления - это непосредственное управление работой станков, автоматических и полуавтоматических линий при выполнении сменно-суточных заданий, составляемых на предыдущем уровне управления.
Необходимо отметить, что в рассматриваемой системе центральное, определяющее, значение по степени его значимости и воздействия на ход материального производства принадлежит оперативному управлению про изводством. Это воздействие основано на информации о состоянии произ водства и результатах его функционирования в различные периоды време ни.
Сложность производственного процесса предопределяет возникно вение всевозможных непредсказуемых его нарушений, обусловленных как объективными, так и субъективными факторами - брак, перебои в снабже нии сырьем, материалами; поломка оборудования, невыходы на работу, изменение номенклатуры выпускаемых изделий и пр. Основная задача оперативного управления производством сводится к уменьшению влияния этих возмущений с целью ликвидации рассогласований между фактиче скими и заданными (плановыми) параметрами производственного процес са.
Функции оперативного управления можно сформулировать следую щим образом:
1)разработка оперативных заданий, определяющих требования к производственному процессу на планируемый период времени - опера тивное планирование;
2)передача и обработка информации о требуемом и фактическом состоянии объекта управления - оперативный учет производства;
3)определение ситуации, складывающейся на объекте управления -
анализ;
4)выработка решений, метода их реализации, а также реализация
самих решений по дальнейшему ходу производственного процесса - регу лирование.
В процессе оперативного управления производством его функции - планирование, учет, контроль, анализ и регулирование - выступают как элементы или подсистемы оперативного управления.
Центральное звено системы оперативного управления производст вом - оперативно-производственное планирование (ОПП). Значение ОПП определяется тем, что в процессе решения его функциональных задач учи тываются две трети всей производственной информации. На выбор систе мы ОПП влияют следующие основные факторы: тип производства; объем и устойчивость выпуска продукции; техническая характеристика выпус каемых изделий; степень унификации деталей и узлов; производственная структура предприятия и цехов.
Оперативное планирование на предприятии заключается в регла ментации движения предметов труда в пространстве и времени с целью обеспечения выполнения текущего плана по выпуску готовых изделий в соответствующих плану объемах, номенклатуре и качестве при наилучшем использовании производственных ресурсов.
Учет данных о состоянии производственного процесса состоит в их регистрации, классификации и идентификации. Анализ информации о со стоянии объекта управления осуществляется на основе учетной информа ции о реальном и требуемом его состоянии в соответствующий период времени. Возникающие за счет внешних возмущений отклонения от плана корректируют путем сравнения учетной и плановой информации, нового анализа и формирования управляющих воздействий - функция регулиро вания. Такое управляющее воздействие на ход производства оказывают оперативные планы - сменно-суточные задания, которые формируются на основании сравнительного анализа календарных планов и учетных данных о ходе производства. Следовательно, фактически производственный про цесс осуществляется не в соответствии с заранее разработанными кален дарными планами, а в соответствии с оперативными планами, которые вы рабатываются в подсистеме оперативного регулирования хода производст ва.
Таким образом, главная задача оперативного управления производ ством заключается в организации согласованного во»времени и простран стве движения материального потока с целью обеспечения выполнения производственной программы предприятия при наилучшем использовании всех вкладываемых в производство ресурсов путем оптимальной разработ ки заданий, рационального контроля и регулирования их выполнения на отдельных участках за короткие отрезки времени.
Внутрицеховое оперативное управление производством изделий осуществляется главным образом планово-диспетчерским бюро (ПДБ) це ха. Оперативно-производственное планирование на уровне цеха преду сматривает своевременную разработку и доведение до исполнителей ка лендарных графиков выпуска продукции. Основными задачами, решаемы ми управленческим персоналом цеха, являются: расчет годового плана вы работки изделий по номенклатуре в нормо-часах с разбивкой по кварталам и месяцам; инвентаризация незавершенного производства по всему цеху на
начало каждого месяца; составление календарного плана-графика выра ботки заготовок на месяц по дням на основании месячного плана произ водства изделий; выдача сменно-суточного задания мастерам.
Производственной бригаде выдается плановое задание, в котором указаны: номер заготовки, детали, сборочной единицы; план на месяц и среднесуточный выпуск. Каждой бригаде рабочих выдается производст венное задание на смену.
При решении указанных задач работники планово-диспетчерского бюро цеха используют документы, которые разрабатываются в отделах и службах вышестоящего уровня иерархии управления: производственное задание цеху; график сдачи готовой продукции по месяцам; график обес печения материалами; технологические карты обработки заготовок. Про изводственное задание цеху составляется в производственно-диспетчер ском отделе предприятия; график обеспечения материалами разрабатывает отдел материально-технического снабжения, а технологические карты об работки заготовок - технологический отдел.
Иерархическая структура организации оперативного управления производством на деревообрабатывающих и мебельных предприятиях при ведена на рис. 9.1.
В настоящее время практически на большинстве предприятий со храняется традиционная система организации оперативного управления, при которой сбор, регистрация, передача и обработка информации осуще ствляются вручную и сопровождаются большим потоком бумажных доку ментов. При этом зачастую информационный поток по своему объему не уступает материальному.
Составление документов вручную, большой объем корректировок документов, поступающих из производственно-диспетчерского и планово экономического отделов, выборка из них необходимой информации и за несение ее вручную в другие документы и другие виды подобных работ отнимают большое количество времени у работников службы планово диспетчерского бюро. Происходит также многократное дублирование ин формации в разных центрах ответственности. Как правило, информация поступает от первичных источников с некоторым запаздыванием: отчеты о выполнении сменно-суточных заданий от участков и бригад собираются в конце смены и поэтому попадают в диспетчерский отдел к концу рабочего дня. Это замедляет процесс разработки решений. Часто полученная ин формация становится бесполезной для анализа. Решения в таких условиях принимаются при ограниченном объеме информации - на основе интуи ции, опыта цехового управленческого персонала и указаний аппарата вы шестоящего уровня управления. Поэтому они не всегда являются ра циональными. И даже, из-за возможных отклонений фактического хода производства от заданного, могут оказаться неточными или вообще непри емлемыми для управления. Диспетчеры цехов две трети своего рабочего
времени затрачивают на выявление виновников задержки той или иной де тали и причины, повлекшей за собой отклонение от нормального хода производства, а времени на непосредственное выполнение работ по анали зу информации и принятию управленческих решений у них остается мало. Составляемые в этих условиях оперативные планы лишены каких бы то ни было вариантов. Поэтому здесь не может быть и речи о выработке опти мальных управленческих решений.
о
к
Рис. 9.1. Структурная схема существующей организации оперативного управления производством
При работе в таких условиях управленческий персонал цехов вы нужден завышать нормы межоперационных заделов, вследствие чего не оправданно возрастают объемы незавершенного производства. Это, в ка кой-то мере, упрощает оперативное управление производством, поскольку при этом управленцы застрахованы от некоторых сбоев производственного процесса, но при этом узакониваются сверхнормативные простои оборудо вания, рабочей силы и сверхнормативная величина незавершенного произ водства. Могут также возникнуть частично неучтенные запасы заготовок и деталей. При этом фактические объемы заделов устанавливаются исходя из опыта цехового управленческого персонала. Существование сверхнор мативных запасов незавершенного производства позволяет фальсифициро вать оперативную отчетность, произвольно завышать или занижать ре зультаты работы.
9.2. Методы решения задач оперативно-календарного планирования и оперативно-диспетчерского управления производством
В круг задач, решаемых подсистемой оперативного управления производством, входят следующие: календарное планирование запуска де талей в обработку; расчет оптимальных размеров партий их запуска; кон троль и регулирование хода производственного процесса. Известные в на стоящее время методы решения этих задач можно условно разбить на не сколько основных групп:
1)методы линейного программирования;
2)методы теории расписаний;
3)приближенные и эвристические методы;
4)методы сетевого планирования;
5)методы имитационного моделирования;
6)методы, основанные на применении систем искусственного ин
теллекта.
Наиболее широкое распространение в теории решения задач со ставления календарных планов производства в настоящее время получили методы линейного программирования (ЛП), которые предполагают описа ние данных задач линейными оптимизационными моделями. В пользу ис пользования методов линейного программирования говорит тот факт, что разработано огромное количество алгоритмов симплекс-метода, сущест венная часть из которых реализована в виде стандартных программ, под программ или пакетов прикладных программ для ЭВМ. Но широкому применению этих методов на практике мешают следующие трудности: сложность решения задач большой размерности и сложность определения точных значений исходных данных дляпланирования. Первая трудность может быть преодолена с помощью методов декомпозиции, т. е. разбиения
всей задачи оперативного планирования производства на отдельные моду ли и подзадачи. Каждая подзадача оперативного планирования производ ством представляет собой задачу составления календарного плана запуска деталей в обработку на отдельной стадии технологического процесса.
Наибольшую проблему представляет вторая трудность. Например, величины удельной прибыли, входящие в целевую функцию, являются функциями как объемов продукции конкретного вида, так и объемов дру гих видов продукции. Следовательно, определяться они могут только по сле решения задачи технико-экономического планирования. Таким обра зом, только сделав соответствующие предположения, можно оценить па раметры целевой функции.
Теория расписаний описывает производственную систему как сово купность обслуживающих приборов и заявок на обслуживание. Процесс работы такой системы описывается с помощью расписания - календарного или временного графика, - в котором указываются моменты времени и приборы, которые должны обслуживать те или иные заявки. При этом на лагаются определенные жесткие условия на дисциплину обслуживания; например, невозможность обслуживания одной заявки одновременно не сколькими обслуживающими приборами, а также невозможность обслу живания одним прибором одновременно нескольких заявок.
Наиболее известной из задач календарного планирования является задача Джонсона. Ее математическая постановка следующая: задано мно жество деталей т , подлежащих обработке; п - количество станков, на ко торых детали проходят обработку; технологический маршрут всех деталей одинаков. Требуется упорядочить обработку деталей таким образом, чтобы время их обработки было минимальным. При этом необходимо учитывать следующие ограничения:
1) для каждой детали обработка на станке j должна начинаться не раньше, чем кончится обработка на станке (у - 1):
2)на каждом станке одновременно может обрабатываться не более одной детали;
3)начавшаяся операция не прерывается до полного ее завершения:
где ty - время конца обработки /-й детали нау'-м станке; t.j- время обработки /-й детали нау'-м станке;
ty - время начала обработки i-и детали нау-м станке.
Для решения этой задачи перебор всех возможных вариантов обра ботки деталей возможен лишь в случаях, когда значения т и п невелики. С