О построении расписаний транспортировки деталей на машиностроительных предприятиях

Е.Н. Хоботов,
в.н.с., д.т.н., проф., e_khobotov@mail.ru,

Е.Е. Дудников,
в.н.с., д.т.н., e_dudnik@ipu.ru,

М.А. Ермолова,
асп., ermolova.88@mail.ru,
ИПУ РАН, г. Москва

Рассматриваются методы планирования и построения расписаний транспортных операций на машиностроительных предприятиях, в которых сборка выпускаемых изделий производится на конвейерах. Эти методы, основанные на использовании принципов агрегирования информации, позволяют эффективнее использовать транспортные средства предприятия для перевозки деталей между производственными подразделениями предприятия.

The planning and scheduling methods of transport operations on the machine building enterprises in which the products assembly made on conveyors are considered. These methods are based on using the principles of aggregation of information, enable more efficient use of the enterprise vehicles for transportation of parts between enterprise units.

Введение

Эффективность машиностроительных производств во многом определяется уровнем организации всех происходящих процессов, который зависит от способа реализации транспортировки деталей между производственными подразделениями предприятия, поскольку именно транспортные операции обеспечивают связи между отдельными этапами технологического процесса. Транспортная система предприятия играет весьма важную роль в его работе, поскольку с ее помощью должна обеспечиваться своевременная доставка заготовок, деталей и инструментов к рабочим местам, а также производиться выполнение складских операций.

Важнейшими методами, способствующими повышению эффективности работы транспортной системы, являются методы планирования и построения расписаний транспортировки комплектующих между производственными подразделениями предприятия. Построение расписаний транспортировки должно быть согласовано с моментами завершения обработки комплектующих на соответствующих подразделениях предприятия. Моменты завершения обработки комплектующих в производственных подразделениях удобнее всего определять по расписанию обработки комплектующих на уровне предприятия.

Для построения расписаний обработки комплектующих на уровне предприятий был предложен подход, использующий агрегирование информации. Необходимость построения расписаний работ на уровне предприятий вызвана тем, что из планов работ отдельных систем и участков, пусть и весьма удачных, не всегда удается сформировать даже удовлетворительные планы работы предприятий.

Однако проблемам организации, планирования и построения расписаний выполнения транспортных операций не уделяется должного внимания, несмотря на то, что с организацией материальных потоков на машиностроительном предприятии связано от 10% до 60% затрат на изготовление конечного изделия. Снижения общей суммы затрат можно достичь либо путем изменения структуры производства, либо путем разработки новых методов оптимизации транспортных операций на предприятии [1]. Поэтому задача разработки методов планирования и построения расписаний транспортировки комплектующих деталей и узлов между производственными подразделениями предприятия представляется очень важной и актуальной.

В представленном докладе рассмотрены принципы формирования групп деталей, направляемых совместно для обработки на производственные системы и участки, а также методы, которые позволяют строить планы и расписания транспортировки комплектующих деталей и узлов между производственными подразделениями предприятий.

1. Постановка задачи

Рассмотрим задачу планирования, возникающую при построении расписаний транспортировки комплектующих деталей на предприятии с конвейерной сборкой продукции.

Пусть на машиностроительном предприятии, где сборка изделий производится на конвейерах, необходимо изготовить в течение планового периода типов партий изделий. Размеры партий изделий каждого типа () заданы. Сборка готовых изделий осуществляется на конвейере из произведенных деталей, а также закупленных на других предприятиях комплектующих деталей, узлов и агрегатов. Сборка узлов каждого типа может начаться после изготовления всех комплектующих деталей для этой группы узлов в количестве, позволяющем собрать целое количество изделий.

В задаче известны маршруты обработки и сборки всех деталей всех типов, времена обработки и переналадки всего оборудования, а также количество и типы оборудования на каждом участке предприятия. 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.

Для деталей каждого типа известно количество соответствующих поддонов или паллет, на которых эти детали размещаются для транспортировки к местам обработки или хранения. Транспортировка изготавливаемых деталей и узлов между участками может производиться с помощью транспортных средств различных типов, которые могут перевозить разное количество грузов. Для транспортного средства каждого типа 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, время начала, продолжительность и время завершения доставки. Последовательности и времена транспортировки комплектующих деталей и сборки изделий требуется определить таким образом, чтобы минимизировать общее время выполнения планового задания.

2. Принципы построения расписаний работ

Рассмотрим построение расписаний работ на машиностроительном предприятии, имеющем ряд механообрабатывающих цехов и сборочный цех с конвейерной сборкой готовых изделий.

Для построения плана доставки комплектующих с одних участков на другие для продолжения обработки сначала строится «каркасное» расписание [2] работ по изготовлению комплектующих без учета их транспортировки. «Каркасное» расписание изготовления комплектующих строится на основе идеи агрегирования информации [3], которая состоит в распределении деталей по группам таким образом, что все детали каждой группы 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 [4]. 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 группы на оборудовании этого подразделения, которое 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 [5]. Пример «каркасного» расписания приведен на рисунке 1.

Рис. 1. Фрагмент «каркасного» расписания обработки групп деталей на уровне предприятия

На основе сформированного может быть построен план и расписание транспортировки комплектующих между производственными подразделениями предприятия. Разбиение деталей на группы производилось таким образом, чтобы все детали группы в одном порядке проходили бы обработку на производственных подразделениях предприятия, то после завершения обработки деталей группы на оборудовании одного подразделения их надо почти в полном составе транспортировать на склад следующего подразделения в соответствии с технологическим маршрутом обработки этой группы. Здесь отмечается почти в полном составе только потому, что время обработки некоторых деталей группы на оборудовании каких-либо подразделений по технологическому маршруту обработки группы может быть равным нулю.

3. Построение расписаний транспортировки деталей

Рассмотрим принципы построения расписаний транспортировки, комплектующих между производственными подразделениями предприятий, на которых сборка выпускаемых изделий производится на конвейере.

Как уже отмечалось выше, детали каждой из сформированных групп почти в полном составе транспортируются для продолжения обработки на другое подразделение предприятия, позволяет, во-первых, провести организованную транспортировку деталей, а, во-вторых, построить расписания транспортировки деталей таких групп между производственными участками предприятия.

В условиях традиционной обработки комплектующих деталей, когда детали после завершения обработки на одном 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.

Рассмотрим принципы возможной организации транспортировки деталей какой-либо группы после завершения обработки с одного производственного подразделения предприятия на другое.

По результатам построенного расписания обработки деталей какой-либо группы на оборудовании некоторого производственного подразделения можно определить времена (см. рисунок 1), когда детали 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. Для сокращения времени использования транспортных средств транспортировку деталей целесообразно начинать, когда все детали группы могут быть перевезены без перерывов на ожидание завершения обработки каких-либо деталей из группы.

Рассмотрим алгоритм построения расписаний работ по обработке комплектующих деталей с учетом их транспортировки между участками.

Шаг 1. Определить требуемое количество изделий разных типов, которое требуется изготовить в соответствии со спросом на продукцию. Следует переход к Шагу 2.

Шаг 2. Для -го изделия на основании его состава определяется множество деталей и узлов , из которых это изделие собирается. Переход к Шагу 3.

Шаг 3. Для каждого конвейера производится определение размера партии собираемых изделий, для которой производится изготовление комплектующих и для нее формируются партии комплектующих таким образом, чтобы из них могла быть собрана эта партия изделий. Переход к Шагу 4.

Шаг 4. Для комплектующих каждой партии собираемых изделий производится распределение деталей по группам. В каждую группу входят детали, имеющие один и тот же порядок обработки в производственных подразделениях предприятия. Переход к Шагу 5.

Шаг 5. Определяются времена обработки сформированных групп деталей на всех производственных подразделениях предприятия с использованием оценочных моделей или путем построения расписаний обработки. Переход к Шагу 6.

Шаг 6. Строится «каркасное» расписание обработки комплектующих на всех производственных подразделениях предприятия. Порядок прохождения подразделений предприятия для каждой группы известен из правила распределения деталей по группам. Переход к Шагу 7.

Шаг 7. «Каркасное» расписание обработки деталей «приклеивается» к ранее построенному «каркасному» расписанию обработки комплектующих для изготовления предыдущей партии изделий. Переход к Шагу 8.

Шаг 8. Производится проверка количества изделий, которые требовалось изготовить. Если данная партия изделий была последней в производственной программе, следует переход к Шагу 9. В противном случае следует переход к Шагу 4 для построения расписания изготовления следующей партии изделий.

Шаг 9. Сформировать по возрастанию времени последовательность групп комплектующих, обработка которых завершена на соответствующем участке и комплектующие группы требуется доставить их на следующий участок для продолжения обработки. Последовательность групп формируется с учетом того, что должно быть изготовлено требуемое количество изделий разных типов в соответствии со спросом на продукцию. Переход к Шагу 10.

Шаг 10. Определить количество передаточных партий комплектующих в группе из сформированной последовательности групп, в которой раньше из оставшихся в этой последовательности групп на участке закончится обработка комплектующих. Определить количество и типы транспортных средств, которые выделены для доставки комплектующих в этой группе на другой участок по маршруту обработки. Переход к Шагу 11.

Шаг 11. Для каждой группы деталей к моменту времени окончания обработки передаточной партии прибавляется время контрольных операций и определяется время транспортировки с -го на следующий участок по маршруту обработки с использованием выделенного для этого количества и типов транспортных средств. Из сформированной последовательности групп вычеркивается группа, для которой начало и время транспортировки определено. Переход к Шагу 12.

Шаг 12. Производится проверка наличия групп в сформированной последовательности групп, для которой еще не определено время транспортировки. Если такие группы есть, то следует переход к шагу 10. Если таких групп нет, то формируется отчет, включающий в себя планы и расписания работ по выполнению производственной программы, а также расписание транспортировок деталей. Алгоритм заканчивает свою работу.

Рис. 2 – Фрагмент расписания деталей с учётом их транспортировки

Здесь следует пояснить, что количество изделий разных типов, которое требуется изготовить, зависит от спроса на соответствующую продукцию. Однако количество комплектов даже для изделий одного типа, которое может быть изготовлено и передано на конвейерную сборку не может превышать некоторой величины. Эта величина определяется возможностями предприятия по хранению комплектующих. Поэтому даже при изготовлении изделий одного типа, но в большом количестве, изготавливаются партии комплектующих, из которых можно сделать не более определенного количества изделий. После их отправки на сборку изготавливаются новые партии комплектующих, которые передаются на сборку и так до завершения изготовления требуемого количества изделий каждого типа.

Результат работы приведенного выше алгоритма в графическом виде можно представить, как показано на рисунке 2.

Из рисунка 2 видно, что разделение деталей на транспортные партии позволяет начать их транспортировку раньше, чем закончится обработка всей группы, что сократит простои оборудования на смежном участке.

Проведение организованной транспортировки обработанных деталей с участка на участок позволяет сократить как простои оборудования, так и длительности «пролёживания» деталей в ожидании обработки. Кроме того, наглядное представление расписания транспортировки позволяет вычислить «узкие» места, в которых не хватает транспортных средств, и распределить средства по предприятию с учетом загрузки.

Заключение

В работе изучались методы построения расписаний транспортировки деталей между производственными подразделениями предприятий, в которых сборка выпускаемых изделий производится на конвейерах.

Было установлено, что при организации производства на таких предприятиях, когда комплектующие поступают для обработки на производственные подразделения предприятия в составе групп, сформированных по указанным выше правилам, то возникает возможность строить планы работ по изготовлению комплектующих, а также организовать эффективную транспортировку комплектующих между подразделениями предприятия и строить расписания этой транспортировки.

Построение планов и расписаний работ по изготовлению комплектующих и их транспортировке между производственными подразделениями предприятия во многих случаях позволяет существенно повысить эффективность работы предприятий.

Литература

1. Горский С.С. Повышение эффективности транспортных систем путем оптимизации материальных потоков на производственных участках механосборочного производства // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2009. Выпуск № 2. Том 1. С. 195-201.

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

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

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. Bruker P. Scheduling Algorithms. Leipzig: Springer, 2007. 371 с.