close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Разработка методов построения расписаний работ на предприятиях с конвейерной сборкой изделий

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Ермолова Мария Алексеевна
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ РАСПИСАНИЙ РАБОТ НА
ПРЕДПРИЯТИЯХ С КОНВЕЙЕРНОЙ СБОРКОЙ ИЗДЕЛИЙ
Специальность 05.13.06 –
«Автоматизация и управление технологическими процессами и
производствами (в промышленности)»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2017
Работа выполнена на кафедре «Компьютерные системы автоматизации производства»
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего
образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
(национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Научный руководитель:
Хоботов Евгений Николаевич,
доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВО
Московский государственный технический
университет имени Н. Э. Баумана (национальный
исследовательский университет) (МГТУ им. Н.Э.
Баумана)
Официальные оппоненты:
Фролов Евгений Борисович,
доктор технических наук, профессор, ФГБОУ
ВПО Московский государственный
технологический университет «Станкин»
Хохлов Александр Сергеевич,
доктор технических наук, доцент, Российский
государственный университет нефти и газа
(национальный исследовательский университет)
имени И. М. Губкина
Ведущая организация:
Федеральное государственное бюджетное
учреждение науки Санкт-Петербургский
институт информатики и автоматизации
Российской академии наук (СПИИРАН)
Защита состоится «14» мая 2018 года в 14:00 часов на заседании диссертационного совета
Д002.226.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте
проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук (ИПУ РАН) по
адресу: 117997, г. Москва, Российская Федерация, Профсоюзная ул., д. 65.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПУ РАН и на сайте www.ipu.ru.
Автореферат разослан «____» _____________ 2018 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
Д002.226.01, к.т.н.
Е.Ф. Жарко
2
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования.
В последние годы заметно повышается интерес к решению проблем, связанных с
рациональным использованием ресурсов предприятий, чему способствует эффективное
планирование с построением расписаний работ по изготовлению выпускаемой продукции.
Для построения расписаний работ на уровне производственных систем и участков
разработано большое количество методов и программных продуктов. Однако из планов
работ отдельных систем и участков, пусть и весьма удачных, не всегда удается
сформировать даже удовлетворительные планы работы предприятий. Использование
методов, предназначенных для построения расписаний работ в производственных системах
и участках, для получения планов и расписаний работ на уровне предприятий приводит к
необходимости решения сложных задач очень большой размерности. Это вызывает
значительные, а часто непреодолимые затруднения и может потребовать недопустимо
большого времени для получения решения.
Для решения задач построения расписаний на уровне предприятия был предложен
метод агрегирования информации. Однако в работах, посвященных разработке методов
агрегирования, не рассматривались методы построения расписаний для предприятий с
конвейерной сборкой изделий, хотя предприятия такого типа часто встречаются в
промышленности, особенно в автомобильной отрасли (автомобилестроении). В этих
работах также не рассматривались и проблемы построения расписаний транспортировки
деталей между цехами и участками предприятия, хотя затраты на организацию
материальных потоков составляют от 10% до 60% (а иногда и до 80%) затрат на
изготовление конечного изделия. Это также приводит к тому, что на некоторых
производствах детали только около 10 % времени находятся в обработке, а остальные 90 %
времени пролеживают на складах производственных участков предприятия в ожидании
доставки к станкам и на другие участки для продолжения обработки или транспортируются.
Создание принципов и методов построения расписаний работ на таких предприятиях
позволит проектировать и разрабатывать более эффективные автоматизированные системы
управления
производствами
(АСУП),
обладающие
другими
возможностями
по
планированию и управлению, и за счет этого заметно повышать эффективность работы
предприятий. Кроме того, на основе принципов создания таких методов возможно
дальнейшее совершенствование методологии, научных основ и формализованных методов
построения АСУТП и АСУП, а также развитие методов математического моделирования
организационно-технологических систем и комплексов.
3
Поэтому тематика исследований данной диссертационной работы, направленная на
разработку и совершенствование методов получения планов и расписаний работ для
производств со сборкой готовых изделий различных типов на нескольких конвейерах
представляется весьма важной и актуальной и соответствует заявленной специальности.
Диссертационная работа изложена в соответствии со следующей структурой. Во
введении определен объект и предмет исследований, отмечена актуальность темы
диссертации, цель и задачи исследований, описана научная новизна и перечень положений,
выносимых на защиту, приведены сведения о структуре и объеме диссертационной работы.
В главе 1 представлен анализ существующих методов построения расписаний работ
и обзор систем планирования работ на предприятиях. В процессе исследования не удалось
обнаружить публикаций, описывающих построение согласованных расписаний работ на
уровне предприятий с конвейерной сборкой изделий, и следующие главы посвящены
решению этой задачи. В главе 2 предложен метод построения расписаний работ по
изготовлению
комплектующих
на
уровне
предприятий,
основанный
на
идеях
агрегирования информации. Данный метод разработан для предприятий, на которых сборка
выпускаемых изделий осуществляется на конвейерах. В главе 3 разработан метод
построения
расписаний
работ
по
транспортировке
деталей
и
узлов
между
производственными участками предприятия. Глава 4 посвящена описанию программного
прототипа, реализующего разработанные методы планирования. Работоспособность
предложенных
методов
подтверждена
численными
экспериментами,
а
также
использованием программного прототипа при планировании работы ООО «СмартЭлектроникс».
Цели и задачи. Целью диссертационной работы является разработка новых
методов, позволяющих строить планы и расписания работ на уровне промышленных
предприятий, в которых производится обработка большого количества комплектующих
деталей, сборка из них узлов и агрегатов, а также сборка различных изделий, которая
производится на разных конвейерах, с учетом транспортировки изделий между
производственными участками.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1.
Проведен
анализ
существующих
методов
построения
расписаний
на
машиностроительных предприятиях с конвейерной сборкой изделий;
2. Разработан метод построения согласованных планов и расписаний работ на
производственных участках машиностроительных предприятий с конвейерной сборкой
выпускаемых изделий;
4
3. Разработаны алгоритмы для построения планов и расписаний работ по
изготовлению комплектующих на производственных участках предприятий для сборки
разных изделий на различных конвейерах предприятия;
4. Разработаны методы построения расписаний работ на производственных участках
предприятий и сборки из них изделий на различных конвейерах предприятия в условиях
случайного спроса на них;
5.
Разработан
комплектующих
метод
деталей
и
построения
узлов
расписаний
между
работ
по
транспортировке
производственными
подразделениями
предприятий в процессе их изготовления;
6. Разработаны прототипы программ, реализующие предложенные методы, с
которыми
были
проведены
вычислительные
эксперименты,
подтвердившие
их
эффективность;
7.
Результаты
проведенных
исследований
использованы
в
практических
разработках.
Научная новизна. В диссертации были получены следующие результаты,
характеризующиеся научной новизной:
1.
Разработан новый метод построения планов и расписаний работ по
изготовлению
комплектующих
на
уровне
предприятий,
основанный
на
идеях
агрегирования информации для предприятий, на которых сборка выпускаемых изделий
осуществляется на конвейерах.
2.
Разработаны алгоритмы определения времени начала и окончания обработки
каждой детали на всем используемом оборудовании предприятия, времени ее ожидания
обработки на этом оборудовании и транспортировки к соответствующим участкам для
продолжения обработки.
3.
Разработаны
методы
построения
расписаний
работ
по
изготовлению
комплектующих на участках предприятия и сборки из них различной продукции на разных
конвейерах предприятия в условиях поступления заданных заказов на производимую
продукцию.
4.
Разработаны
методы
построения
расписаний
работ
по
изготовлению
комплектующих на участках предприятия и сборки из них различной продукции на разных
конвейерах предприятия в условиях постоянного и случайного спроса на производимую
продукцию и с учетом стоимости ее хранения.
5.
Разработан метод построения расписаний работ по транспортировке деталей и
узлов между производственными участками с учетом расписания их изготовления на этих
участках.
5
Соответствие шифру специальности. Работа соответствует шифру специальности
05.13.06 и охватывает следующие области исследований, входящие в специальность: п. 3.
Методология,
научные
основы
и
формализованные
методы
построения
автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и
производствами (АСУП), а также технической подготовкой производства (АСТПП) и т. д.;
п. 4. Теоретические основы и методы математического моделирования организационнотехнологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их
алгоритмизация.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическую значимость
имеют результаты, связанные с разработкой методов построения расписаний работ на
уровне предприятий с конвейерной сборкой изделий с учетом транспортировки изделий
между
производственными
участками
предприятия.
Практическая
ценность
диссертационной работы заключается в:
1.
Программной реализации всех разработанных методов и алгоритмов построения
расписаний работ для производств с конвейерной сборкой выпускаемых изделий с учетом
транспортировки деталей и узлов между производственными участками предприятия в
условиях постоянного и случайного спроса на производимую продукцию.
2.
Сокращении соотношения времени обработки и пролеживания деталей при
применении разработанных методов планирования работ.
3.
Возможности использования разработанных методов для предприятий с
конвейерной сборкой готовых изделий в различных областях промышленности.
Методология и методы исследования. В диссертационной работе использовались
методы математического и имитационного моделирования, теории расписаний, управления
запасами, искусственного интеллекта, организации производства, теории управления,
исследования операций.
На защиту выносятся следующие положения:
1.
Метод построения планов и расписаний работ по изготовлению комплектующих
на производственных участках предприятий для сборки разных изделий на различных
конвейерах предприятия.
2.
всем
Метод определения времени начала и окончания обработки каждой детали на
используемом
оборудовании,
времени
начала
и
окончания
хранения
и
транспортировки каждой детали к местам следующей обработки.
3.
Метод
построения
расписаний
работ
на
производственных
участках
предприятий и расписаний сборки из них выпускаемой продукции на различных
6
конвейерах предприятия в условиях заданных заказов, а также постоянного и случайного
спроса на нее.
4.
Метод построения расписаний транспортировки деталей и узлов между
производственными подразделениями предприятий в процессе их изготовления.
5.
Программное обеспечение разработанных методов и методик для построения
расписаний работ по изготовлению комплектующих на предприятиях с конвейерной
сборкой изделий.
Степень достоверности и апробация результатов. Основные положения
диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях МГТУ им.
Н.Э. Баумана (Москва, 2013 – 2015 г.г.), на 14-й и 16-й международных конференциях
«Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления
этапами жизненного цикла промышленного продукта (CAD/CAM/PDM – 2014,
CAD/CAM/PDM – 2015, CAD/CAM/PDM − 2016)» (Москва, 2014, 2015, 2016 г.г.), а также
на научных семинарах в Московском государственном техническом университете им. Н.Э.
Баумана и в Институте проблем управления РАН имени В.А. Трапезникова.
Основные результаты исследований были использованы при проектировании
компанией ООО «Смарт-Электроникс» в рамках организации и запуска опытного и
серийного производства защищённого ноутбука CyberBook S884.
Обоснованность и достоверность научных положений обеспечивается базированием
на фундаментальных положениях теории расписаний, проведенным всестороннем анализе
эффективности современных подходов к построению расписаний работ, учетом
особенностей производств с конвейерной сборкой выпускаемых изделий, а также учетом
при планировании не только производственных операций, но и транспортировку деталей и
узлов между подразделениями предприятия при изготовлении. Совпадение результатов
расчетов с использованием тестовых данных с результатами расчетов, полученных при
внедрении на производстве также свидетельствует о достоверности положений, выносимых
на защиту.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 9
печатных работах, в том числе 4 статьи опубликованы в рецензируемых изданиях из списка,
рекомендованного ВАК.
Личный вклад соискателя. Все исследования, представленные в диссертационной
работе, проведены лично соискателем в процессе научной деятельности. Из совместных
публикаций в диссертацию включен тот материал, который непосредственно принадлежит
соискателю.
7
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех
глав, заключения, списка использованной литературы и списка иллюстративного
материала. Работа изложена на 137 страницах, содержит 33 иллюстрации, 6 таблиц и 2
приложения. Библиография включает в себя 108 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во Введении определен объект и предмет исследований, отмечена актуальность
темы диссертации, цель и задачи исследований, описана научная новизна и практическая
значимость исследований, приведено краткое содержание диссертации по главам.
В первой главе проведен обзор с анализом существующих методов построения
расписаний работ и систем планирования работ на предприятиях. В процессе изучения
существующих методов построения расписаний работ не удалось обнаружить публикаций,
в которых описывались бы методы построения расписаний работ на уровне предприятий с
конвейерной сборкой изделий, т.е. согласованных расписаний работ для всех
подразделений таких предприятий. На основании проведенного анализа и исследований
существующих методов построения расписаний работ сформулированы цель и научные
задачи работы.
Вторая глава посвящена разработке методов построения расписаний на уровне
предприятия с учетом конвейерной сборки изделий. Принципы, на которых строятся эти
методы, используют идеи агрегирования информации.
Рассмотрим задачу планирования, возникающую при построении расписаний работ
на предприятии с конвейерной сборкой продукции.
Пусть
на предприятии
с дискретным характером производства имеются
механообрабатывающие и механосборочные цеха, где наряду с механической обработкой
осуществляется сборка узлов и агрегатов для собираемых изделий. Сборка готовых изделий
осуществляется на одном или нескольких конвейерах. Кроме того, пусть в течение
планового периода на конвейере требуется изготовить
размерами партии каждого типа изделия
L
nl ( l  1,...,L ).
типов партий изделий с
Для сборки
l -го изделия (
l  1,..., L ) требуется Rlr узлов r -го типа ( r  1,..., Rl ). Сборка узлов каждого типа
может начаться после изготовления всех комплектующих деталей для этой группы узлов.
Агрегаты собираются из комплектующих деталей, узлов и менее сложных агрегатов,
которые могут собираться как в цехах предприятия, так и закупаться у поставщиков.
Для
всех
деталей
известны
маршруты
обработки,
в
которые
входит
последовательность участков и оборудования, используемые для обработки детали,
8
времена обработки и переналадки всего 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.
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 k -го типа при перевозке деталей от склада i -го участка до склада j -го участка и
обратно равно tijk .
Для заданной производственной программы по выпуску
L
типов партий изделий,
требуется определить последовательность сборки изделий, последовательность обработки
комплектующих деталей каждого изделия на всех участках предприятия и на всем
используемом оборудования каждого участка, и 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.
Обработка
комплектующих
деталей,
узлов
и
агрегатов
производится
на
производственных подразделениях предприятия. Количество комплектующих, а также
количество оборудования может быть весьма большим, что приводит к возникновению
сложных вычислительных задач при попытке построения расписаний работ с помощью
традиционных методов.
В данной работе для планирования предлагается использовать идею агрегирования
информации, состоящую в разделении деталей на группы таким образом, чтобы все детали
каждой группы обрабатывались в одной последовательности на производственных
подразделениях
рассматриваются
предприятия.
как
Сформированные
обобщенные
детали,
а
таким
образом
группы
производственные
деталей
подразделения
предприятия, которые при своей обработке проходят эти группы, рассматриваются как
обобщенные станки. После определения времени обработки всех обобщенных деталей на
обобщенных станках, т.е. групп деталей в производственных подразделениях предприятия,
возникает традиционная задача теории расписаний, для решения которой могут быть
9
использованы известные методы, поскольку размерность агрегированной задачи будет
значительно меньше исходной. Такое расписание при необходимости может быть
детализировано до расписания обработки каждой детали на всем используемом
оборудовании производственных подразделений предприятия.
На основе этой идеи разработаны алгоритмы построения согласованных планов и
расписаний работ для изготовления комплектующих на производственных подразделениях
предприятиях, которые имеют в своем составе как один, так и несколько конвейеров для
сборки готовых изделий.
Одними из наиболее эффективных методов построения расписаний работ являются
методы, использующие решающие правила для определения порядка запуска деталей на
обработку.
В работе исследованы и получены условия, когда вычислительные затраты на
построение расписаний работ в подразделениях предприятий с конвейерной сборкой
изделий с использованием этих методов будут значительно сокращены.
Изготовление комплектующих группами, сформированными в соответствии с
указанными выше принципами, в производственных подразделениях предприятий
оказывается весьма полезным. Это позволяет не только строить согласованное расписание
работ по производству комплектующих для всех подразделений предприятия, но и
организовывать эффективную транспортировку деталей между производственными
подразделениями предприятия, строить расписание такой транспортировки и за счет этого
более эффективно использовать транспортные средства предприятия.
Возможность организации их эффективной транспортировки возникает благодаря
тому, что после завершения обработки в одном подразделении все детали каждой группы
должны быть доставлены для продолжения обработки в какое-то одно подразделение
согласно маршруту обработки этой группы.
В условиях традиционного изготовления комплектующие, после завершения
обработки в одном подразделении, могут поступать для продолжения обработки в разные
производственные
подразделения.
Поэтому
их
эффективную
транспортировку
организовать весьма сложно, не говоря уже о построении расписания их перевозки.
Более
подробно
комплектующих
алгоритмы
построения
между производственными
расписаний
подразделениями
транспортировки
предприятия
будут
рассмотрены в третьей главе.
В третьей главе рассматривается подход к построению расписаний на уровне
предприятия
с
конвейерной
сборкой
изделий,
учитывающий
транспортировку
комплектующих деталей между подразделениями предприятия для продолжения их
10
обработки. Кроме того, в этой главе предлагаются методы решения проблем, связанных с
определением таких объемов изготовления и хранения продукции каждого типа, которые в
условиях рыночного спроса смогли бы по возможности обеспечить ей потребителей в то
время, когда на предприятии производится продукция других типов.
Задача, связанная с построением расписания изготовления комплектующих и
хранением изготовленной продукции на складах предприятия, имеющего один конвейер,
на котором из этих комплектующих последовательно собираются партии изделий
L
типов,
формулируется следующим образом.
Пусть на производстве последовательно изготавливаются
которую имеется постоянный спрос
L
типов продукции, на
ri ( i  1,..., L ). Переход с выпуска продукции одного
типа на другой требует финансовых и временных затрат на подготовку и переналадку
оборудования производства. Будем также считать, что времена переналадок оборудования
и финансовые затраты зависят только от типа продукции, которая будет выпускаться после
переналадки и не зависят от типа выпускавшейся до этого продукции. Кроме того,
требуется, чтобы на складе не было дефицита производимой продукции.
Для обеспечения работы без дефицита последовательно производится продукция
каждого типа, часть которой поступает потребителям в соответствии с имеющимся на нее
спросом
ri
 i  1,...,L 
за время ее изготовления, а остальная часть произведенной
продукции поступает на склад. Со склада продукция отпускается потребителям в то время,
когда осуществляется выпуск продукции других типов. После завершения выпуска
продукции одного типа производится подготовка производства, переналадка конвейера и
осуществляется выпуск продукции другого типа.
Когда будет завершен выпуск продукции
L -го типа, весь описанный выше процесс
выпуска продукции повторяется. Объемы выпуска продукции целесообразно определять
таким образом, чтобы исключить проблемы, как связанные с ее дефицитом, так и с
хранением излишков.
Для обеспечения последовательного изготовления продукции
L
типов и наличия ее
на складе, времена между началом смежных выпусков продукции каждого типа
предлагается сделать одинаковыми. В этом случае процесс накопления и расхода
производимой продукции каждого типа на складе будет периодической функцией с
периодом равным
ts .
Для двух типов продукции такой процесс графически можно
представить в виде, показанном на рисунке 1.
11
Рисунок 1 – Графическое представление процессов накопления и расхода
производимых деталей двух типов
Для обеспечения такой работы требуется определить интервал времени
ts ,
а также
объемы выпуска продукции каждого типа. Объемы выпускаемой продукции и время
возобновления ее выпуска следует определять таким образом, чтобы на складе не было
дефицита продукции, а стоимость хранения продукции и стоимость переналадок
оборудования в течение планируемого интервала времени
T
была бы минимальной.
Определим затраты на хранение продукции на складе и на возобновление
производства в течение времени
t s . Величину этого интервала времени удобно отсчитывать
с момента начала выпуска продукции какого-либо типа.
По истечении времени
ts ,
запасы продукции этого типа на складе должны быть
равными нулю, и поэтому выпуск израсходованной продукции следует возобновить.
Остатки продукции других типов будут равны их же остаткам на момент начала исчисления
этого времени. Будем считать, что в течение интервала времени
количество
n
T
произойдет целое
пополнений и расхода продукции какого-либо типа на складе. Тогда затраты
на хранение продукции на складе и на переналадку производства для выпуска продукции
L
типов в течение любого интервала времени
течение интервала
T
Ci
будут равными, а их величину
D
в
q~i
−
можно выразить следующим образом:
 L  Ci q~i t s ~  
D  
 Csi    n ,
i 1 
2


где
ts
n
T
,
ts
− стоимость хранения единицы продукции
максимальное количество продукции
i -го
i -го
типа в единицу времени,
типа, которая может храниться на складе (
12
~
i  1,..., L ), Cis
ts
− стоимость переналадки производства для выпуска продукции i -го типа,
– время между началом смежных началом смежных выпусков продукции одного типа.
Величина
q~i
может быть определена из следующих соотношений:
q~i   pi  ri  t1i , q~i  ri t s  t1i  , i  1,..., L ,
а количество продукции
типа
i -го
qi ,
которое изготавливается каждый раз после
возобновления ее производства, определяется из соотношения:
qi  ri t s  pi t1i ,
где
i  1,..., L ,
– производительность производства по выпуску продукции
pi
потребность в продукции i -го типа в единицу времени,
t 1i
i -го
типа,
ri
–
− время работы производства по
выпуску продукции i -го типа.
Из последнего выражения получаем:
q~i
через
ts
и подставляя соотношение
n
t1i 
T
ts
ri
t s , i  1,..., L . Выражая величины
pi
в выражение для
D , получим:
~
 Ci ri ( pi  ri ) t sT CsiT 
 .
D(t s )   

i 1
2
p
t
i
s


L
На область изменения переменной
ts
этой функции должны быть наложены
следующие ограничения:
 t     t  0 , t  0 ,
L
i 1
1i
i
s
s
где  i − время переналадки конвейера для выпуска продукции i -го типа.
Это ограничение обусловлено тем, что в течение каждого интервала времени
должны быть изготовлены
L
ts
типов продукции и проведены необходимые переналадки
конвейера для ее выпуска.
Оптимальное значение
ts
в этом случае определяется из условия минимума функции
D(t s ) , которая является выпуклой, непрерывно дифференцируемой функцией. На область
изменения переменной
величина
ts
D(t s )   .
наложены приведенные выше ограничения и при
ts  0
Поэтому минимум этой функции достигается либо внутри
13
допустимой области в такой точке
t s , в которой производная этой функции равна нулю,
либо на границе допустимой области, в которой последнее неравенство выполняется как
равенство. Из этих условий получаем:



t s  max 




 i 

i 1
i 1
,
.
L

ri  1  L ri 

Ci ri 1  

i 1 p 
i 1
p
i

i 

~
2 Csi
L
Зная величину
величины
t 1i , q i
и
ts ,
L
с помощью приведенных выше соотношений определяем
q~i ( i  1,..., L ).
После определения величины
ts
определяется порядок изготовления изделий и в
соответствии с этим порядком строится расписание изготовления комплектующих в
обрабатывающих подразделениях предприятия.
Построение расписания обработки комплектующих производится в соответствии с
описанными ранее идеями агрегирования, т. е. сначала с помощью традиционных методов
строится расписание обработки групп деталей в производственных подразделениях
предприятия, которое при необходимости может быть детализировано до расписания
обработки отдельных деталей
Для комплектующих каждого типа известно количество, которое можно разместить на
одном поддоне или паллете, предназначенной для их хранения и транспортировки.
Построенное расписание обработки групп комплектующих позволяет определять моменты
времени завершения обработки их во всех производственных подразделениях предприятия.
После завершения обработки группы комплектующих может быть начата их
транспортировка на склад следующего подразделения по маршруту обработки этой группы.
Поэтому, зная времена завершения обработки групп комплектующих, типы имеющихся на
предприятии транспортных средств, их количество, грузоподъемность, а также времена их
движения между производственными подразделениями предприятия и времена их погрузки
и
разгрузки
комплектующими,
можно
строить
расписание
транспортировки
комплектующих между подразделениями предприятия.
Построение расписаний транспортировки позволит не только сократить время
доставки комплектующих на обработку, но и более эффективно использовать транспортные
средства предприятия.
В четвертой главе “Разработка и внедрение программного прототипа системы
планирования работ на уровне предприятия” приведено описание созданной
14
программы, реализующей разработанные методы планирования, описаны сложности,
возникшие при расчете задач очень больших размерностей (>250 тыс. деталей, >1.5 млн.
операций) и пути их решения, приведены результаты численных экспериментов и
результаты
использования системы при
проектировании
работы
ООО
«Смарт-
Электроникс» в рамках организации и запуска опытного и серийного производства
защищённого ноутбука CyberBook S884.
Прототип
системы
имеет
модульную
структуру
и
написан
на
языке
программирования C# и платформе Microsoft.Net с использованием и Parallel Extensions для
Microsoft .Net Framework. В состав прототипа системы входят следующие основные
модули: модуль просмотра и редактирования технологической информации, модуль работы
с заказами, модуль отображения расписаний, модуль планирования, модуль расчета и
построения расписаний, модуль сбора и обработки статистики, модуль формирования
«каркасных» расписаний, модуль формирования отчетов. В качестве хранилища данных в
первых версиях программы использовалась СУБД Microsoft SQL Server 2008, а для доступа
к данным – подсистема платформы .Net Entity Framework. Несмотря на то, что даже в
первых вариантах реализации программы прототипа он показал хорошие результаты, как
по качеству, так и по времени решения, результаты профилирования программы показали,
что на обмен данными с СУБД тратится очень большое количество времени, которое в
некоторых случаях доходило до 35% времени выполнения программы. В поисках более
быстрой альтернативы была найдена и успешно использована бесплатная документоориентированная база данных MongoDB. Так же, к преимуществам MongoDB можно
отнести ее кроссплатформенность, и поддержку асинхронных репликаций, позволяющих
строить масштабируемую отказоустойчивую систему хранения данных.
В модуле расчета и построения расписаний
программно реализованы
разработанные в диссертационной работе алгоритмы. Проведенные вычислительные
эксперименты показали высокую работоспособность разработанных алгоритмов для
построения расписаний работ на уровне предприятия.
Модуль просмотра и редактирования технологической информации позволяет
создавать, изменять и удалять изделия, комплектующие детали, входящие в их состав,
маршруты обработки этих деталей.
Модуль работы с заказами позволяет создавать, просматривать и изменять
информацию о поступившем заказе и запускать расчет плана для производства изделий.
При вводе информации о заказе необходимо указать его название, количество
производимых предприятием изделий каждого типа, которое требуется изготовить в заказе,
из приведенного списка изделий, а также время начала выполнения заказа.
15
Модуль отображения расписаний предназначен для графического отображения
построенных планов работ и интерактивного взаимодействия с ними. Позволяет
отображать как укрупненные «каркасные» расписания, так и детальные планы работ по
выполнению конкретных операций по обработки деталей.
Модуль
формирования
отчетов
предназначен
для
сбора,
обощения
и
представления информации, полученной в результате построения расписания работ на
предприятии о сроках изготовления изделий, времени начала и окончания операций по
обработке комплектующих деталей на всем используемом оборудовании.
Для проверки работоспособности предложенных алгоритмов и программного
прототипа системы был проведен ряд вычислительных экспериментов, показавших их
достаточно высокую эффективность. Все эксперименты производились на компьютере с
6 Гб оперативной памяти, работающем на 2-ядерном процессоре Intel(R) Core(TM) i5-4200,
имеющим тактовую частоту 1,6 ГГц. Результаты вычислений приведены в таблице 1.
Таблица 1
Изделий
Деталей
Операций
Станков
Конвейеров
Время
расчета
20
21183
77959
30
1
25 мин 52 с
25
32959
97236
42
1
37 мин 25 c
35
52369
216905
45
2
55 мин 12 с
70
132946
528761
50
2
1 ч 48 мин
Одной из самых больших задач, решавшихся во время вычислительных
экспериментов, стала задача построения расписания изготовления и сборки на конвейерах
120 изделий со спросом 3-10 изд/сут, с общим количеством деталей 301372 единиц, с 70
станками в 7 цехах и с 4 сборочными участками, техпроцесс обработки которых состоял из
10-15 операций. Время расчета составило около 3 ч 36 мин. При этом было рассчитано 1 503
985 операций обработки и сборки.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Проведен
анализ
существующих
методов
построения
расписаний
на
машиностроительных предприятиях с конвейерной сборкой изделий.
2. Разработаны алгоритмы для построения согласованных планов и расписаний работ
обработки комплектующих и сборки из них готовых изделий на разных конвейерах на
основе методов агрегирования информации.
16
3. Разработан алгоритм построения расписаний работ на производственных участках
предприятий и сборки из них изделий на различных конвейерах предприятия в
условиях постоянного и случайного спроса на них.
4. Разработаны
алгоритмы
построения
расписаний
работ
по
транспортировке
комплектующих деталей и узлов между производственными подразделениями
предприятий в процессе их изготовления.
5. Разработан алгоритм определения для каждой детали времена начала и окончания
обработки на всем используемом оборудовании предприятия, времена ожидания
обработки на этом оборудовании и транспортировки ее к соответствующим участкам
для продолжения обработки.
6. Разработаны прототипы программы, реализующие предложенные в работе алгоритмы
построения планов и расписаний работ для предприятий с конвейерной сборкой
изделий.
7. С разработанными прототипами программ, реализующих предложенные алгоритмы
были проведены вычислительные эксперименты, которые подтвердили их высокую
работоспособность.
8. Разработанные алгоритмы использовались при проектировании работы научноисследовательского управления компанией ООО «Смарт-Электроникс».
ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Ермолова, М.А. Система планирования и построения расписаний работ для
предприятий с конвейерной сборкой изделий / М.А. Ермолова, Е.Н. Хоботов //
Автоматизация в промышленности. – 2014. – № 08. – C. 3–8.
2. Ермолова, М.А. Система планирования работ для машиностроительного
предприятия с конвейерной сборкой изделий / М.А. Ермолова // Известия высших учебных
заведений. Машиностроение. – 2015. – №5. – C. 79–85.
3. Хоботов, Е.Н. Построение расписаний транспортирования деталей между
подразделениями машиностроительных предприятий / Е.Н. Хоботов. М.А. Ермолова,
Е.Е. Дудников // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. – 2017. – №5. –
C. 72–78.
17
4. Хоботов, Е.Н. Планирование работ на предприятиях с конвейерной сборкой
изделий / Е.Н. Хоботов, М.А. Ермолова, Е.Е. Дудников // Автоматизация в
промышленности. – 2017. – № 8. – С. 3-5.
Публикации в других изданиях:
5. Ермолова, М.А. Методы агрегирования для задач планирования работ на
машиностроительных предприятиях / М.А. Ермолова // Молодежный научно-технический
вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. – 2014. – №5. – Режим доступа:
http://sntbul.bmstu.ru/doc/721311.html (дата обращения 11.05.2017).
6. Ермолова, М.А. Методы планирования и построения расписаний работ на
предприятиях с конвейерной сборкой изделий / М.А. Ермолова, Е.Е. Дудников, Е.Н.
Хоботов // 14-я международная конференция «Системы проектирования, технологической
подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного
продукта (CAD / CAM / PDM − 2014)» (Москва, 14-16 октября 2014 г.): труды. М.: ООО
«Аналитик». – 2014. – С. 237–239.
7. Ермолова, М.А. Система планирования работ машиностроительного предприятия с
конвейерной сборкой готовой продукции / М.А. Ермолова // Молодежный научно-технический
вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. – 2015. – №11. – Режим доступа:
http://sntbul.bmstu.ru/doc/817720.html (дата обращения 11.05.2017).
8. Хоботов, Е.Н. Методы планирования и построения расписаний работ с учётом
транспортировки изделий между подразделениями предприятия / Е.Н. Хоботов, М.А.
Ермолова // 15-я международная конференция «Системы проектирования, технологической
подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного
продукта (CAD/CAM/PDM − 2015)» (Москва, 26-28 октября 2015 г.): труды. М.: ООО
«Аналитик». – 2015. – С. 156–158.
9. Хоботов, Е.Н. О построении расписаний транспортировки деталей на
машиностроительных предприятиях / Е.Н. Хоботов, Е.Е. Дудников, М.А. Ермолова // 16-я
международная конференция «Системы проектирования, технологической подготовки
производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта
(CAD/CAM/PDM − 2016)» (Москва, 17-19 октября 2016 г.): труды. Под ред. А.В. Толока.
М.: ООО «Аналитик». – 2016. – С. 332–335.
18
Научное издание
Ермолова Мария Алексеевна
АВТОРЕФЕРАТ
Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук на тему:
Разработка методов построения расписаний работ на предприятиях с конвейерной
сборкой изделий
Подписано в печать __.__.____. Заказ № ____________
Формат 60×90/18. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз.
Типография _____________________________
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
328 Кб
Теги
построение, методов, разработка, расписание, конвейерные, сборкой, изделия, работа, предприятия
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа