МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Заместитель директора по УМО Алматинского государственного

политехнического колледжаМ.К.Молдакулова

В настоящее время в основу концепции развития различных наукоемких отраслей промышленности, машиностроения, авиастроения и других, необходимо ориентировать инновационную модель развития промышленности, обеспечивающую технологическую независимость и безопасность страны с учетом усиления роли государства в управлении инновационными процессами с их законодательной и финансовой поддержкой. Существуют факторы, сдерживающие развитие отечественных наукоемких отраслей промышленности и машиностроения: - недостаточный уровень на ряде предприятий технологии, организации производства и оперативного маркетинга; - высокая энергоемкость продукции; - недостаточный уровень качества ряда образцов выпускаемой продукции; - уход из наукоемких отраслей значительного числа квалифицированных научных сотрудников и специалистов, а также незначительный приток новых кадров; - ограниченность собственных и внешних инвестиций в развитие производства. Политика государства должна переориентироваться с оказания поддержки неэффективным предприятиям на стимулирование процессов реструктуризации и реформирования предприятий, повышения их эффективности, содействия процессам интеграции и образования крупных компаний, повышение инновационной активности и стимулирование опережающего развития высокотехнологического сектора экономики.  В связи с этим среди казахстанских предприятий повышается потребность в организации качественного управления производственным процессом. В последнее время большое внимание уделяется операционному менеджменту и совершенствованию оперативного управления производством. Одной из важнейших задач, решаемых производственным менеджером является выбор рациональных форм первичных производственных систем и формирование оптимальных моделей их функционирования. Задача моделирования производственных процессов включает в себя, во-первых, формирование производственной программы выпуска изделий предприятием, во-вторых, формирование производственных программ цехам, в-третьих, формирование производственных программ участкам, в-

1

четвертых, формирование модели процесса обработки деталей или сборки сборочных единиц. Назначением моделирования процессов производства является описание движения предметов труда по всем рабочим местам их обработки или ремонта, сборки во времени. Формируемая модель должна дать ответ на вопросы: где, когда и в каких количествах должны находиться в процессе производства детали и сборочные единицы любого наименования. Модель процесса производства является организующим началом для своевременного планирования работ на всех рабочих местах технологических линий, производственных участков, цехов и предприятия в целом. Наиболее просто задача моделирования решается для однопредметных производственных участков и сводится к синхронизации технологических процессов отработки деталей. Решение задачи моделирования для многопредметных участков осложняется тем, что она может решаться для различных форм организации процессов производства. Наиболее рациональной и перспективной формой организации процессов производства на многопредметных производственных участках является поточно-групповое производство. Задача оптимизации при моделировании производственных процессов возникает в связи с тем, что принимаемая очередность обработки деталей существенно влияет на совокупный цикл обработки. Поэтому за критерий решения задачи оптимизации принимается минимизация длительности совокупного цикла обработки деталей.Довольно часто задача оптимизации производственных процессов сводится именно к выбору оптимальной очередности обработки деталей. В связи с этим разработано достаточно много методов математического моделирования, исключающих необходимость оценки всех возможных вариантов и позволяющих автоматизировать процесс выбора, так как реализация задачи моделирования вручную и особенно задачи моделирования групповых поточных линий сопряжена с большими затратами труда и времени. Это объясняется тем, что такие линии допускают обработку на них деталей большой номенклатуры. Часто в реальных условиях производства номенклатура обрабатываемых каждой линией деталей исчисляется не только десятками, сотнями и даже тысячами наименований, что предполагает обработку огромных объемов информации. Анализ показывает, что наиболее удачными методами поиска оптимальной очередности запуска деталей в обработку являются: матричный метод, метод оптимизации по правилам приоритета и аналитический метод. Матричный алгоритм оптимизации порядка запуска деталей на многономенклатурном производственном участке основан на дискретном программировании, все исходные и промежуточные данные представляются в виде наборов матриц, и на основе нескольких расчетных параметров формируются правила оптимального поиска решения. Однако этот метод не

2

учитывает влияния пооперационных трудоемкостей и позволяет искать лишь случайную очередность обработки, т.е. метод является весьма субъективным, так как в его основу положен сугубо эмпирический поход. Суть метода, основанного на правилах приоритета, состоит в том, что в случаях конфликтных ситуаций, когда на один станок претендуют одновременно несколько деталей, то предпочтение отдается по какому-либо приоритету. Оценивая этот метод, необходимо отметить, что при некоторой упорядоченности он имеет следующие недостатки: допускаются перерывы в процессе обработки деталей, а также в основу решения задачи принимается последовательная форма организации процесса во времени, что удлиняет длительность совокупного цикла. В основу аналитического метода определения оптимальной очередности запуска деталей в обработку положен принцип минимизации совокупного цикла обработки группы деталей путем анализа величин смещения. Этот метод более трудоемкий по сравнению с предыдущими, но он учитывает взаимное влияние пооперационных трудоемкостей обработки деталей на совокупный цикл их обработки и является наиболее объективным. Анализ показывает, что наиболее универсальным методом моделирования является именно метод моделирования многогрупповых поточных линий. Задача моделирования сводится к тому, чтобы время опережения начала и окончания обработки партии деталей каждого наименования на передающем и получающем детали рабочих местах обеспечивало непрерывную обработку партии деталей с максимальной параллельностью. Длительность совокупного цикла может быть определена как смещение запуска деталей в обработку на последнем рабочем месте относительно первого рабочего места плюс время обработки на нем всей группы деталей. Результатом моделирования процесса обработки деталей или сборки сборочных единиц является формирование расписаний работы рабочих мест на принятый шаг управления. За шаг управления может приниматься рабочая смена, рабочий день, рабочая неделя и т.д. Выбор шага управления определяется достигнутым организационным уровнем и принимается таким, чтобы в течение шага не происходили необратимые процессы, нарушающие стабильность функционирования управления системы. Шаг может изменяться с течением времени при условии повышения уровня организации процесса производства. Чем стабильнее процесс производства, тем больше может приниматься шаг управления. Для принятого шага управления формируются расписания работы рабочих мест производственной системы. Исходной основой для их формирования является технологическая информация, а именно, затраты времени на наладку и подналадку оборудования, принятый размер партии запуска и время смещений запуска деталей в обработку.При функционировании производственной системы могут быть сбои в ее

3

работе. Такие сбои могут быть вызваны поломкой оборудования, браком в производстве, несвоевременной подачей материала и инструмента на рабочие места, болезнями рабочих и другими возмущающими воздействиями, возникающими при функционировании системы. Под их воздействием фактическое выполнение расписаний рабочими местами может отклоняться от запланированного. Следовательно, для оценки фактического состояния системы необходим учет фактического выполнения расписаний. Поэтому, во-первых, необходимо имитировать фактический ход производства и, во-вторых, провести учет выполнения заданных расписаний рабочими местами. Его результатом являются координаты по каждому рабочему месту, начиная с которого нужно формировать расписание на очередной шаг управления. Такие координаты в свой состав включают номер детали, которая находилась в обработке на момент окончания шага управления, и количество обработанных деталей из ее партии на тот же момент времени. На функционирующую производственную систему, кроме названных внутренних возмущений, могут воздействовать и внешние возмущения. Последние могут возникать при изменении конъюнктуры рынка; требований потребителя выпускаемых изделий, связанных с улучшением их качества; вносимых конструкторских и технологических изменений. Поэтому перед формированием расписаний на каждый очередной шаг управления необходимо внесение изменений в исходную информацию для того, чтобы исходная информация адекватно отображала реальное состояние управляемого объекта. Предварительно, в случае необходимости, производится перераспределение сводного технологического маршрута обработки деталей по рабочим местам системы, которое производится в случаях, если в результате изменения ситуации в управляемом объекте появляется перегрузка или недогрузка отдельных рабочих мест. Появление новых технологий и разработок значительно позволяет выиграть в качестве и точности исполнения, при этом технологические процессы становятся более простыми, а экономические составляющие гарантируют скорую окупаемость за счет снижения себестоимости продукции. Статическое моделирование не дает полного ответа на многие вопросы, выход из такой ситуации – переход к комплексному (имитационному моделированию) производственных процессов, созданию модели.. Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. Обычно имитационные модели строятся для поиска оптимального решения в условиях ограничения по ресурсам, когда другие математические модели оказываются слишком сложными. Моделирование производственных систем позволяет заранее обнаружить и устранить проблемы, которые проявятся на этапе пусконаладки и потребовали бы финансовых и временных затрат, снизить инвестиции в производство при тех же параметрах производительност, провести

4

оптимизацию производства и выбрать наиболее рациональное решение из множества вариантов. Метод имитационного моделирования позволяет имитировать выполнение процесса так, как оно происходило бы в действительности, но в режиме ускоренного времени. В производственном процессе практически всегда возникают задержки, связанные с тем, что поступает более приоритетная задача, необходимые сотрудники заняты, или не обеспеченны вовремя поставки материалов. Рассмотрим моделирование производственного процесса на участке механического цеха, на котором произведена модернизация оборудования и установлено 6 токарнофрезерных обрабатывающих центров. Предположим, что на участке изготавливаются три типа деталей: корпуса,фланцы, переходники, с годовой производственной программой: 600 деталей, 1300 деталей и 1400 деталей соответственно. Средняя трудоемкость корпусов – 6,6 нч, фланцев – 9,8 нч, переходников – 5,8 нч. Суммарная трудоемкость изготовления деталей – 24820 нч. Для выпуска деталейс предложенной годовой производственной программой необходимо 6 единиц токарнофрезерных обрабатывающих центров, 1 верстак и полировальный станок. Моделирование производственного процесса производиться с помощью программного продукта Tecnomatix Plant Simulation. Данный программный продукт позволяет управлять как производством деталей, так и сборочных единиц. Функционал пакета позволяет осуществлять следующие действия:- задавать и проверять последовательность сборки изделия;- моделировать определенные операции и потоки материалов для оптимизации производственных процессов;- задавать время на выполнение каждой операции;- проверять производительность линий и ритмичность производственного процесса;- анализировать стоимость изделия и продукции;- моделировать определенные операции и потоки материалов для оптимизации производственных процессов;- задавать время на выполнение каждой операции;- проверять производительность линий, планировать производственную программу на основе имеющихся данных о предприятии;- получать в режиме реального времени информацию о выполнении производственных процессов и отклонений от планов. Выпуск годовой производственной программы деталей может быть закончен раньше, если запуск деталей в производство выполнять не по фиксированному значению партии деталей, а потому количеству деталей, сколько необходимо для сборки одного изделия и так, чтобы готовые детали приходили на сборку точно в срок. Часто встречается ситуация, когда разрабатываемая система не обеспечивает желаемых характеристик работы. В этом случае необходима оптимизация параметров системы или алгоритмауправления. Самый простой метод оптимизации – это проведение симуляции модели при различных исходных данных. Визуализация является мощным

5

инструментом моделирования. Она важна не только для представления результатов проекта, но и в ходе выполнения производственных процессов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.Пинаева А. Имитационное моделирование: оптимизируем бизнес процессы URL : http://www.businessstudio.ru/procedures/business/immodel/ 23.04.20122. Имитационное моделирование Аверилл М. Лоу, В.Дэвид Кельтон 2004, 847 с3. Гу р ь е в Е . К . Имитационное моделирование производственных возможностей предприятий космического машиностроения Калуга, 2004.

6