Автоматизированная система планирования и оперативно-диспетчерского управления механообрабатывающего производства

В.Г. Елисеев - доцент МИФИ, к.т.н., доцент,

К.В. Калачев - инженер МИФИ,

Н.А. Козырева - инженер МИФИ,

Д.И. Лапицкий - доцент МИФИ, к.т.н.,

г. Москва

Одним из наиболее важных на сегодняшний день направлений разработки программных продуктов является создание инструментальных средств поддержки функций планирования производства. Любое планирование основано на прогнозировании будущего хода производственного процесса. Качество прогноза и плана снижаются по мере увеличения длительности горизонта планирования.

В докладе излагается практический опыт создания автоматизированной системы планирования и управления (АСУ) механообрабатывающим производством. В данном производстве планирование ведется на основе учета выполнения технологических операций. Анализ работы механообрабатывающего производства показал, что для выполнения процесса планирования необходимы следующие исходные данные:

- План-график выпуска изделий. План содержит перечень работ, которые должны проводиться в заданный период. В нем также указаны директивные сроки выпуска изделий;

- График работы технологического оборудования. Он представляет собой расписание работы оборудования: периоды обработки, планово-предупредительного ремонта и простоев в результате поломки оборудования;

- График работы рабочих. Это табель учета каждого рабочего. В него входят длительность рабочего дня, а также причины отсутствия работника: отпуск, больничный, отгул и т.д.;

- Стандарты предприятия для процедур планирования работы механообрабатывающего производства;

- Нормативно-справочная информация. К этой информации относятся параметры, характеризующие технологическое оборудование, тип выполняемой рабочим работы и другие.

АСУ механообрабатывающим производством реализует следующие основные функции:

- планирование по номенклатуре и объемам;

- планирование загрузки по профессии и технологическому оборудованию с числовым программным управлением (ЧПУ) ;

- планирование и учет проведения испытаний на оборудовании с ЧПУ;

- оперативно-диспетчерское управление производством — мониторинг состояния выполнения работ производственного плана.

Оперативное управление механообрабатывающим производством ведется на уровне планирования и учета выполнения технологических операций. Оно заключается в составлении графика выполнения деталеопераций на оборудовании с ЧПУ и универсальном оборудовании. Целью планирования является максимальная и равномерная загрузка оборудования с обеспечением заранее заданных директивных сроков выпуска партий деталей. Основным критерием при оперативном планировании является коэффициент использования оборудования. Этот коэффициент показывает долю планового фонда времени, когда станок находится в работе. Задача диспетчера и плановика заключается в уменьшении общего времени простоя станков.

Для первоначального анализа выполнимости плана, плановый объем работ сравнивается с мощностью технологического оборудования. Плановый объем работ содержится в план-графике, который поступает в производство в качестве исходных данных. Мощность технологического оборудования рассчитывается из графика работы оборудования и показывает количество часов оборудования, незагруженных работой, с учетом нормативных коэффициентов. Если мощность оборудования меньше объема работ, который предстоит выполнить, т.е. не хватает ресурсов, необходимо определить, что из плана может быть выполнено и в каком объеме.

Для нахождения удовлетворительного плана с учетом максимальной загрузки оборудования предлагается итерационная процедура распределения операций на станки. На Рис. 1 изображена укрупненная схема итерационной процедуры.

Рис. 1. Схема итерационной процедуры

На каждом шаге процедуры решается задача линейного программирования (ЛП). Целевая функция определяет максимальную загрузку станка. Ограничениями выступают мощность технологического оборудования с ЧПУ или фонд времени работы станков и количество обрабатываемых деталей. Решением задачи ЛП является множество значений количества деталей каждой операции, которые будут обработаны на соответствующей единице оборудования (станке). Количество изготовленных деталей вычитается из общего планового задания. Из фонда свободного времени оборудования вычитается время, затраченное на изготовление этих деталей. Запуск следующего шага итерационной процедуры происходит с новыми значениями количества деталей, оставшихся для расстановки на станки и новыми значениями фонда времени работы оборудования.

Если весь план выполняется, то итерационная процедура закончена. Иначе, на основе полученной информации, лицо принимающее решение (ЛПР) — плановик, может сделать выбор одного из следующих вариантов:

1. определить приоритетные операции. Выбрать операции, которые должны быть обязательно выполнены с заданным количеством деталей в партии;

2. изменить количество деталей в партии, которое должна обработать операция;

3. увеличить фонд рабочего времени станка. Например, вводятся дополнительные смены (вторая, третья);

4. перенести часть деталей из партии по операции на другую группу оборудования;

5. сформировать предложения по полному пересмотру план-графика с его новым утверждением;

6. другое.

После принятия решения запускается следующая итерация процедуры и еще раз решается задача ЛП до тех пор, пока не будет принято окончательного решения по выполнению работ план-графика [1].

Ниже приведён пример работы итерационной процедуры. В таблице 1 представлены исходные данные для планирования: код операции, количество и трудоёмкость изготовления деталей на каждой операции и фонд времени работы каждого станка. Для получения искомых значений количества деталей Хij, закрепляемых в плане за каждым станком решается задача ЛП.

Таблица 1

Код операции	38	137	141	37	141	15	49	139
Кол-во деталей	130	31	56	308	56	139	759	360
Трудоёмкость	3,65	7,22	2,0	16,6	6,7	10,2	4,25	3,18	Фонд работы станка
Auctor_1	X11	X21	X31	X41					40
Auctor_2	X12	X22	X32	X42					30
CNC_1					X53	X63	X73	X83	12
CNC_2					X54	X64	X74	X84	3

Полученные результаты представлены в таблице 2. Видно, что план будет выполнен не в полном объеме. Фонд времени станков Auctor_1, Auctor_2 и CNC_1 выбран полностью. Станок CNC_2 не загружен работой. При этом по операции 141 изготовлено только 35 деталей из 56 по плану, по операции 49 - только 2 детали из 759, по операции 139 - только 1 деталь из 360. Операции 38, 137, 37, 141, 15 вообще не будут выполнены.

Таблица 2

Код операции	38	137	141	37	141	15	49	139
Кол-во деталей	130	31	56	308	56	139	759	360
Трудоёмкость	3,65	7,22	2,0	16,6	6,7	10,2	4,25	3,18	Фонд работы станка
Auctor_1	X11	X21	20	X41					40
Auctor_2	X12	X22	15	X42					30
CNC_1					X53	X63	2	1	12
CNC_2					X54	X64	X74	X84	3

Принимается решение увеличить фонд времени работы станка Auctor_1 до 120 единиц условного времени (ввести трёхсменную работу). Делается ещё одна итерация, результаты которой представлены в таблице 3. Теперь по операции 141 будут обработаны все запланированные детали (на станке Auctor_1 — 43, а на Auctor_2 — 13). По операции 38 возможно обработать 10 деталей из 130 плановых. Станок CNC_2 по-прежнему не загружен работой.

Таблица 3

Код операции	38	13	141	37	141	15	49	139
Кол-во деталей	130	31	56	308	56	139	759	360
Трудоёмкость	3,65	7,22	2,0	16,6	6,7	10,2	4,25	3,18	Фонд работы станка
Auctor_1	9	X21	43	X41					120
Auctor_2	1	X22	13	X42					30
CNC_1					X53	X63	2	1	12
CNC_2					X54	X64	X74	X84	3

Таким образом, многократно запуская итерационную процедуру, можно получить приемлемый план.

К окончательно сформированному плану работ на оборудовании с ЧПУ добавляется план работ на универсальном оборудовании с ручным управлением. На этом этапе план работ представляет собой набор операций, закрепленных за своим набором ресурсов, но без указания сотрудников.

В планировании используются четыре вида ресурса: профессия, группа оборудования, станки и сотрудники. При планировании работ на универсальном оборудовании сотрудник закрепляется непосредственно за профессией (рис. 2), а при планировании операций на оборудовании с ЧПУ за профессией закрепляется группа оборудования, за которой крепятся станки, а за станком уже сотрудник (рис. 3). При планировании исполнителей осуществляется проверка занятости сотрудника в заданный интервал времени.

Рис. 2. Структура ресурсов операций,

выполняемых на универсальных станках.

Рис. 3. Структура ресурсов,

операций, выполняемых на станках с ЧПУ.

Благодаря древовидной структуре хранения ресурсов, появляется возможность назначить как одного, так и нескольких исполнителей (сотрудников) за профессией или за станком. Это позволяет разбить партию деталей на части и параллельное выполнение

После того как планирование по оборудованию и по людям выполнено происходит запуск операции на выполнение. При запуске операции осуществляются следующие проверки:

- наличие всей необходимой технологической документации.

- наличие необходимой оснастки на складе бюро инструментального хозяйства (БИХ);

- готовность инструментальной наладки для операций, выполняемых на станках с ЧПУ;

- завершенность предыдущей операции;

- прохождение деталей через промежуточный склад, если предыдущая операция выполнялась в другом цехе.

При выполнении операции ей в системе планирования присваивается статус «завершена» и списывается её трудоемкость вверх по дереву ресурсов. Системой учитываются ситуации, когда изготовлена не вся партия деталей, а только ее часть. При этом статус операции остается «в работе», и списывается только соответствующая часть трудоемкости.

Когда операция выполнена полностью, проводится проверка продукции в отделе технического контроля (ОТК) или контроль силами цеха (КСЦ), в зависимости от указания в маршрутно-технологической карте (МТК). Система не позволяет принять детали на промежуточный склад, если не пройден контроль.

При межцеховых перемещениях изделия сдаются на промежуточный склад. Чтобы операция была принята на промежуточный склад необходимо выполнение следующих условий:

1. Операция должна пройти ОТК или КСЦ;

2. Следующая операция выполняется в другом производстве

Диспетчирование механообрабатывающего производства представляет собой пооперационный мониторинг производственной деятельности цеха и участков. Эта информация в системе отражается в виде электронных сопроводительных карт за период. Диспетчерская служба также контролирует поступление в цех материалов и заготовок (полуфабрикатов) путем формирования электронной ведомости дефицита.

В настоящее время автоматизированная система испытывается в цехе механообработки научно-производственного предприятии.

Литература

1. Елисеев В.Г., Козырева Н.А. Применение линейного программирования в итерационной процедуре планирования загрузки оборудования. // Научная сессия МИФИ-2006. Сборник научных трудов. В 16 томах. Т.11. Инновационные проекты, студенческие идеи, проекты, предложения. М.: МИФИ, 2006.