Информационная модель и практическая реализация задачи оперативного нормирования сырья в жизненном цикле изделий для предприятий с раскройным производством

М.В. Андреева,

А.М. Павлов,

МФТИ, г. Москва

Задача оперативного автоматического нормирования сырья в жизненном цикле продукции предприятий различных отраслей особенно актуальна в настоящее время, в связи с необходимостью внедрения новых информационных технологий оперативного планирования производства и управления закупками сырья.

Для отраслей, в которых производственный цикл изготовления изделий включает раскрой рулонных или листовых материалов на заготовки произвольной формы, автоматизация подготовки карт раскроя означает решение задачи двухмерного размещения (2D-CSP задачи). Особенность 2D-CSP задач такова, что практически невозможно быстро и эффективно производить вручную подобные расчеты в промышленных масштабах. Поэтому на предприятиях расчеты по нормированию сырья производят приближенно и ошибка оценки норм расхода может составлять до 20-30 %.

Эта проблема особенно актуальна для производств проектного типа. На таком производстве стадии планирования производственных заказов и заказов на закупку материалов предшествует стадия разработки и изготовления конструкторской и технологической документации, и ,следовательно, подготовки карт раскроя. Но даже если предприятие выпускает повторяющуюся продукцию, по заказам независимого спроса часто возникает необходимость модификации стандартного изделия и необходимость оперативного перерасчета карт раскроя. Поскольку время исполнения заказа влияет на конкурентоспособность продукции, на практике нормы расхода для формирования заказа на закупку материала рассчитываются до реальной подготовки карт раскроя, на основании предшествующего опыта и отраслевых стандартов .

При таких значительных ошибках в основных производственных данных не только допускается значительный перерасход материала и завышение себестоимости продукции, но и лишено смысла применение сложных методов планирования и управления закупками (MRPII, Планирования синхронизированного с потреблением) .

Решением проблемы является внедрение технологии автоматического расчета норм расхода сырья для 2D-CSP задачи раскроя рулонных и листовых материалов. Данная технология позволяет повысить эффективность использования материалов при раскрое, обеспечить точность нормирования, исключить ошибки ручного ввода информации при использование современных систем управления производством для расчета графика закупки материалов.

Для решения данной задачи применительно к отраслям промышленности, использующим рулонный или листовой раскрой, была построена информационная модель и разработан специализированный программный комплекс автоматического оперативного нормирования сырья (АНС), который решает задачу раскроя (2D-CSP) для различных технологических условий производства и технологических свойств используемых материалов.

Схема распределения информационных потоков в интегрированной информационной среде предприятия при использовании комплекса АНС представлена на рисунке.

Рис.

2D-CSP задача относится к числу NP-трудных задач, что означает, что не существует алгоритмов дающих точное решение задачи и имеющих объем вычислений, линейно зависящий от размера входных параметров. Поэтому для решения задачи используются эвристические алгоритмы, которые способны получать эффективное решение за ограниченное время работы.

Программный комплекс АНС для проведения расчетов использует данные о модели в стандартном графическом формате DWG, DXF непосредственно из приложений AutoCad либо конвертированных из других графических систем.

Поддерживается режим автоматического формирования заданий на проектирование раскройных карт и оценку норм расхода. Настройка управляющих параметров 2D-CSP – алгоритмов на различные технологические условия раскроя и формирование БД артикулов и технологических свойств материалов.

Для листовых материалов поддерживается режим виртуального склада отходов листа. Эти отходы также можно использовать для формирования раскройных карт под определенный заказ.

Поддерживается вывод полученных раскройных карт в стандартный формат ISO для автоматизированного раскроя (в том числе и лазерного раскроя).

Информация о нормах расхода материала выводится в виде отчетов в стандарных форматах HTML, RTF, XML.

Открытость комплекса АНС дает возможность его использования в различных системах поддержки ЖЦ продукции.

Производственная эксплуатация комплекса АНС показала высокую эффективность данной технологии и значительную экономию времени и материалов, существенное повышение точности и оперативности нормирования сырья.

Литература

1. Е.Ф. Судов, А.И. Левин, А.Н. Давыдов, В.В. Барабанов Концепция развития CALS–технологий в промышленности России. М., НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика», 2002.

2. Питеркин С.В, Оладов Н.А., Исаев Д.В., Точно вовремя для России. Практика поддержки ERP-систем. М.: Альпина Паблишер, 2003, 368c.

3. И. П. Норенков. Основы автоматизированного проектирования Серия: Информатика в техническом университете М.: Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002, 336c.