Методы планирования и построения расписаний работ с учётом транспортировки

изделий между подразделениями предприятия

Е.Н. Хоботов,
в. н. с., д.т.н., проф., e_khobotov@mail.ru
ИПУ РАН, г. Москва

М.А. Ермолова,
асп., ermolova.88@mail.ru
МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва

Рассматриваются методы планирования и построения расписаний работ для машиностроительных предприятий, использующих конвейерную сборку изделий, с учетом транспортировки комплектующих деталей между участками. Эти методы, основанные на использовании принципов агрегирования информации, позволяют не только снизить размерность задачи планирования, но и учесть при построении расписаний доставку деталей с одного участка предприятия на другой.

The methods of planning and scheduling for machine building enterprises, using a conveyor assembly of products, taking into account the transport component parts between areas. These methods are based on using the principles of aggregation of information and cannot only reduce the dimension of the problem of planning, but also to take into account when constructing the delivery schedule for components between enterprise areas.

Введение

В условиях современного производства к организации управления промышленными предприятиями предъявляются весьма высокие требования. Одним из важнейших факторов, способствующих повышению эффективности управления и вообще деятельности предприятия, является планирование основных работ предприятия.

Большинство разработанных методов и математических моделей планирования и построения расписаний работ позволяет строить планы и расписания обработки деталей либо для отдельных цехов и участков, либо для небольших предприятий с малой номенклатурой изделий. На крупных промышленных предприятиях с большим ассортиментом производимой продукции существующие методы практически неприменимы из-за вычислительной сложности возникающих задач.

В работах [1,2] был предложен подход, основанный на использовании методов агрегирования информации, который позволяет построить планы и расписания работ на уровне предприятий в целом. Но в них расписания строятся из предположения, что все детали доступны одновременно, и не рассматривается проблема транспортировки деталей между цехами и участками предприятия. Наличие в технологическом процессе транспортировки усложняет задачу планирования и требует разработки новых методов для ее решения.

В данной работе рассматривается проблема планирования и построения расписаний работ на уровне предприятий с учетом транспортировки деталей между участками.

1. Постановка задачи

Пусть в течение планового периода необходимо изготовить типов партий изделий, размер каждой из которых равен (). Для сборки одного изделия -го типа () требуется узлов -го типа () и типов комплектующих деталей. Сборка узлов каждого типа может начаться после изготовления всех комплектующих деталей для этой группы узлов. Сборка изделий на конвейере может начаться только после изготовления комплектующих изделие деталей и узлов в количестве, позволяющем собрать целое количество изделий.

Для всех деталей известны маршруты обработки, в которые входит последовательность участков и оборудования, используемые для обработки детали, времена обработки и переналадки всего используемого оборудования, а также состав и количество оборудования на каждом участке предприятия. Кроме того, для любой детали известен маршрут сборки, то есть последовательность и продолжительность ее установки в изделие. Известны основные характеристики конвейера: время и затраты на его переналадку, количество рабочих мест и время установки в каждое изделие комплектующих деталей, узлов и агрегатов на этих местах.

Задана также структура предприятия, включающая известное количество производственных участков, известное количество типов станков и станков каждого типа на всех участках, а также количество и типы транспортных средств, используемых для транспортировки изготавливаемых деталей и узлов между участками.

Транспортировка изготавливаемых деталей и узлов между участками может производиться с помощью различных транспортных средств, которые могут перевозить разное количество грузов. Для каждого транспортного средства определяется количество грузов, которое это средство может перевести за один рейс. Время движения транспортного средства -го типа при перевозке деталей от склада -го участка до склада -го участка и обратно равно .

Для заданной производственной программы требуется определить последовательность сборки изделий, последовательность обработки комплектующих деталей каждого изделия на всех участках предприятия и на всем используемом оборудования каждого участка, а также времена начала и окончания обработки каждой детали на всем используемом оборудовании и сборки каждого изделия. Последовательности и времена обработки комплектующих деталей и сборки изделий требуется определить таким образом, чтобы минимизировать общее время выполнения планового задания.

2. Принципы построения расписаний работ

Для более простого изложения принципов построения расписаний работ удобно рассмотреть частный случай построения расписания работ на машиностроительном предприятии, имеющем ряд механообрабатывающих цехов и сборочный цех, в котором на конвейере производится сборка выпускаемой продукции.

Пусть в соответствии с производственной программой осуществляется выпуск продукции одного типа.

Особенностью производств с конвейерной сборкой изделий является то, что сборку готовых изделий, как правило, начинают, когда на каждое рабочее место конвейера будет доставлено одно и то же количество комплектов деталей, узлов и агрегатов, из которых будут собираться выпускаемые изделия [4].

Данное требование, с одной стороны, облегчает организацию производства комплектующих деталей и узлов для снабжения конвейера, а с другой стороны, обеспечивает ритмичную работу конвейера без простоев на ожидание комплектующих. Кроме того, несвоевременная установка деталей в узлы требует последующей «консервации» и хранения на складе предприятия, что приводит к дополнительным затратам времени и средств.

Для построения расписаний работ по изготовлению комплектующих с учетом их транспортировки сначала строится «каркасное» расписание [1] изготовления комплектующих без учета их транспортировки.

«Каркасное» расписание изготовления комплектующих строится [1-3] на основе идеи агрегирования информации, которая состоит в разделении деталей на группы таким образом, что все детали каждой группы при обработке в одной последовательности проходят обработку на производственных подразделениях предприятия. В случае конвейерной сборки формирование групп происходит из комплектующих деталей, входящих в состав заданного количества комплектов, направляемых на сборку выпускаемой продукции. Сформированные группы рассматриваются как обобщенные детали, а производственные подразделения предприятия как обобщенные станки. Временем обработки группы деталей на производственном подразделении предприятия считается время завершения обработки последней детали этой группы на оборудовании этого подразделения. Такое время вычисляется в результате построения расписания обработки деталей из этой группы на оборудовании производственного подразделения. Построение данного расписания не вызывает затруднений и для этого могут использоваться традиционные методы построения расписаний. После определения времени обработки каждой группы деталей на всех производственных подразделениях предприятия, на которых эта группа деталей обрабатывается, с помощью традиционных методов построения расписаний строится расписание обработки обобщенных деталей на обобщенных станках, т. е. групп деталей на производственных подразделениях предприятия. Такое расписание в [1] было названо «каркасным» расписанием.

Построение расписания обработки обобщенных деталей на обобщенных станках также не вызывает особых затруднений, поскольку количество производственных подразделений (цехов и участков) на предприятиях не бывает большим, обычно менее 80, и количество групп деталей, на которые разделяются комплектующие также не бывает значительным. Поэтому для построения «каркасных» расписаний весьма эффективными оказываются традиционные методы построения расписаний.

Важным достоинством такого подхода является сокращение размерности задач построения расписаний, что позволяет с использованием традиционных методов теории расписаний строить планы работ на уровне предприятия. К недостаткам «каркасного» расписания можно отнести то, что времена обработки групп деталей на всех производственных подразделениях определяются в предположении, что все детали группы и оборудование участка доступны в начальный момент времени. Кроме того, освободившееся оборудование участка может использоваться для обработки деталей следующей группы только после завершения обработки на участке последней детали обрабатываемой группы. Пример такого расписания приведён на рис. 1.

Рис.1. Фрагмент расписания обработки смежных групп деталей на -м производственном участке

Однако эти недостатки могут устранены путем «склеивания» расписаний смежных групп деталей, которые определяются по результатам построенного «каркасного» расписания. Под «склеиванием» смежных групп деталей понимается такое построение расписания обработки, когда оборудование, освободившееся от обработки деталей обрабатываемой группы, может использоваться для обработки деталей следующей группы.

3. Построение расписаний работ с учётом транспортировки деталей

Рассмотрим принципы построения расписаний работ с учетом транспортировки комплектующих между производственными участками предприятий, на которых сборка выпускаемых изделий производится на конвейере.

Предлагаемые принципы агрегирования позволяют не только строить «каркасные» расписания и детализировать их в случае необходимости до обработки каждой детали [2], т. е. определять время начала обработки каждой детали на каждом оборудовании предприятия, которое используется для ее обработки, но и устанавливают новые принципы обработки комплектующих деталей. Действительно, комплектующие детали разбиваются на группы таким образом, чтобы все детали каждой группы в одном порядке проходили бы обработку на производственных участках предприятия. Причем все детали каждой группы одновременно обрабатываются на одном производственном участке предприятия и по завершении обработки на этом участке почти в полном составе транспортируются для обработки на какой-то другой участок по технологическому маршруту обработки этой группы. Здесь пишется почти в полном составе только потому, что время обработки некоторых деталей на каких-либо участках по технологическому маршруту обработки группы может быть равным нулю. То, что детали группы почти в полном составе транспортируются для обработки на какой-то другой участок, позволяет, во-первых, провести организованную транспортировку деталей, а, во-вторых, построить расписания транспортировки деталей таких групп между производственными участками предприятия.

Рассмотрим принципы возможной организации транспортировки деталей какой-либо группы после завершения обработки с одного производственного участка на другой.

По результатам построенного расписания обработки деталей какой-либо группы на некотором производственном участке можно определить времена (см. рис. 1.), когда партии деталей различных типов из этой группы поступают на оборудование, которое будет использоваться для их завершающей обработки на данном участке, и когда их обработка будет завершена.

После окончания технического перерыва, который требуется для выполнения контрольных операций по проверке качества обработанных деталей и подготовки соответствующих документов, может начаться транспортировка деталей группы на другой участок в соответствии с их технологическим маршрутом обработки. Такой перерыв обычно начинается по завершении обработки последней партии деталей этой группы на участке. Перевозка деталей группы с участка на участок выполняется назначенными для этого транспортными средствами.

Вместимость назначенных транспортных средств и времена их движения между участками известны для транспортного средства каждого типа. Тогда зная вес и объем, занимаемый каждой передаточной партией деталей группы можно определить время завершения транспортировки деталей каждой группы с одного участка обработки на другой. Перевозки обработанных на участке деталей могут быть начаты сразу после завершения их обработки на участке и окончания технического перерыва. Эти времена также определяются после «склеивания» расписаний смежных групп деталей.

В условиях традиционной обработки комплектующих деталей, когда детали после завершения обработки на участке поступают для продолжения обработки на разные производственные участки, эффективную транспортировку деталей организовать весьма сложно, не говоря уже о построении расписаний транспортировки деталей к местам дальнейшей обработки. Это, по-видимому, является одной из важнейших причин того, что детали только около 10 % времени находятся в обработке, а остальные 90 % времени пролеживают у станков в ожидании обработки или на складах производственных участков предприятия [5].

Проведение организованной транспортировки обработанных деталей с участка на участок и своевременная доставка деталей на участки, где они должны обрабатываться, несомненно изменит эти цифры в лучшую сторону. Построение расписания транспортировки деталей различных групп между производственными участками предприятия позволит более эффективно использовать транспортные средства предприятий.

Заключение

В работе изучались методы агрегирования и построения «каркасных» расписаний обработки комплектующих деталей и узлов. В процессе изучения этих методов было установлено, что выполнение обработки комплектующих деталей в соответствии с изложенными выше правилами агрегирования позволяет не только строить расписания работ на уровне предприятий, но и организовать эффективную транспортировку обработанных деталей с участка на участок. Это обеспечит сокращение времени «пролеживания» деталей в ожидании обработки и позволит более эффективно использовать транспортные средства предприятий.

Литература

1. Хоботов Е.Н. О некоторых моделях и методах решения задач планирования в дискретных производственных системах // Автоматика и Телемеханика. 2007. №12. C. 85-100.

2. А.М. Сидоренко, Е.Н. Хоботов Агрегирование при планировании работ на машиностроительных предприятиях // Известия РАН. Теория и системы управления. 2013. №5. С. 132-144.

3. Организация полиграфического производства: Учебное пособие / Под ред. Г.В. Мироновой. М.: Изд-во МГУП, 2002. 352 с.

4. Ермолова М.А., Хоботов Е.Н. Система планирования и построения расписаний работ для предприятий с конвейерной сборкой изделий // Автоматизация в промышленности. 2014. № 8. С. 3-8.

5. Базаров Б.М., Авербух Б.А., Каминский Я.А, Протасов В.Н. Технология газонефтяного и нефтехимического машиностроения: Учеб. пособие для машиностроительных вузов по специальности "Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов" / под общ. ред. Б.М. Базарова. М.: Машиностроение, 1986. 384 с.

6. Хоботов Е.Н. Задачи и методы управления многономенклатурными запасами в условиях производства продукции // Известия РАН. Теория и системы управления. 2011. № 6. С. 221-232.