pizhurin_a_a_pizhurin_a_a_modelirovanie_i_optimizaciya_proce

100<АГ3, %,< 120; 0<^4,с.,<3. Остальные условия эксперимента те же, что и в рассмотренной выше отдельной серии опытов. Каждый опыт со­ стоял в имитации раскроя 20 бревен и брусьев. В качестве отклика фикси­ ровалась общая длительность распиливания этих 20 бревен и брусьев, с.

Т а б л и ц а 8.3

Номер

брев­	р>	‘Р		,0)	ЛО		4°	Тп	тн	Аз	Ai	Д2
				гз	4
на
1	6,48	0,0	29,92	46,69	46,69	56,69	81,00	0,0	0,0	0,53	16,77	10,00
2	4,94	30,27	53,08	70,50	70,89	81,00	99,54	0,00	0,38	0,35	17,43	10,12
3	5,69	54,04	80,32	97,38	97,39	107,41	128,76	7,87	0,0	0,96	17,07	10,02
4	5,95	80,51	107,97	125,00	125,00	134,83	157,14	6,07	0,0	0,20	17,03	9,83
5	6,08	108,70	136,77	153,75	153,75	163,92	186,72	6,78	0,0	0,74	16,98	10,17
6	4,47	137,16	157,79	175,25	177,06	186,72	203,49	0,00	1,81	0,39	17,45	9,66
7	4,89	158,66	181,23	198,02	198,02	208,42	226,76	4,93	0,0	0,87	16,79	10,41
8	4,54	182,07	203,01	220,26	220,26	230,19	247,21	3,43	0,0	0,84	17,25	9,93
9	5,84	203,67	230,63	247,80	247,80	257,91	279,82	10,70	0,0	0,66	17,17	10,11
10	6,16	231,10	259,55	276,17	276,17	286,42	309,54	6,60	0,0	0,47	16,62	10,25

Условия и результаты эксперимента приведены в табл. 8.4.

					Т а б л и ц а 8.4
Номер	JTi.M	Х 2 , м/мин	Х 3, %		У* с
опыта
1	0,85	10	100	0	736,64
2	0,85	10	100	3	770,79
3	0,85	10	120	0	713,52
4	0,85	10	120	3	731,81
5	0,85	16	100	0	455,38
6	0,85	16	100	3	498,71
7	0,85	16	120	0	447,2
8	0,85	16	120	3	531,35
9	1,1-5	10	100	0	710,58
10	1,15	10	100	3	769,95
И	1,15	10	120	0	704,72
12	1,15	10	120	3	763,6
13	1,15	16	100	0	442,47
14	1,15	16	100	3	503,24
15	1,15	16	120	0	432,23
16	1,15	16	120	3	512,82

По результатам статистической обработки экспериментальных дан­ ных оказалась адекватной линейная регрессионная зависимость отклика у от нормализованных факторов хь х2, х3, х4, которые связаны с натуральны­ ми факторами Х\, Х2, Х3, Х4 следующими формулами:

x,=(Jf,-iyo,15;	х2 = (Х 2 —13)/3;
х3 = ОД (Х3 -110);	х4 = (Х4 - 1,5)/1,5.

Эта зависимость имеет вид у = 607,8 - 129,9х2 - 3,16х3 + 2195х4. Как и следовало ожидать, с ростом скорости подачи лесопильной рамы первого ряда - фактор Х2 - продолжительность распиливания уменьшается, Ъ2< 0, причем этот фактор оказывает доминирующее влияние на отклик по срав­ нению со всеми остальными: коэффициент Ъ2 по абсолютной величине значительно больше всех остальных линейных коэффициентов регрессии. Вслед за ним по степени влияния идет фактор Х4 - среднее время межторцового разрыва. С его увеличением отклик возрастает, что также легко объяснимо.

Чем больше значение фактора Х3, тем быстрее распиливаются бру­ сья на лесопильной раме второго ряда. Но общее время раскроя всех бре­ вен и брусьев уменьшится под влиянием роста Хъ только вследствие уменьшения времени распиливания тех брусьев, которые остались в нако­ пителе к моменту завершения работы лесопильной рамы первого ряда. Диапазоны варьирования факторов Х3 и Х\ выбраны такими, что в любой момент в накопителе оказывается не более двух, а чаще один или ни одно­ го бруса. Поэтому влияние фактора Х3 невелико по сравнению с влиянием переменных Х2 и Х4. С ростом значений фактора Xi среднее число брусьев в накопителе увеличивается. Однако, поскольку в данном случае это уве­ личение невелико, его влияние оказалось незначимым.

8.5. Задание времени в имитационных моделях

Для задания времени в имитационных моделях используют два ос­ новных способа: 1) метод фиксированного шага; 2) метод переменного ша­ га.

Согласно методу фиксированного шага состояние всех элементов системы анализируется через постоянные, достаточно малые промежутки времени At Иными словами, с интервалом At, величина которого выбира­ ется заранее, пересчитываются значения всех показателей моделируемого объекта. В п. 8.3, где этот метод использовался, величина At составляла один час.

При моделировании по методу переменного шага предполагается, что для функционирования системы существенны некоторые происходя­ щие в ней события. Состояние системы согласно данному методу анализи­

руется только при наступлении очередного события независимо от интер­ валов между ними. Этот метод был использован в примере п. 8.4, где су­ щественными событиями были начало и окончание распиливания каждого бревна и бруса, а также моменты поступления брусьев в накопитель и вы­ хода из него.

Вопрос о применении того или иного метода решается индивиду­ ально для каждого конкретного исследования, в зависимости от его цели и назначения модели, характера объекта, требуемой точности результатов и ряда других факторов. Для моделей с фиксированным шагом нет возмож­ ности точно воспроизвести момент наступления очередного события, по­ этому важен выбор шага At Этот метод предпочтительнее, если в системе происходит большое число событий различной природы, что характерно, в частности, для многостадийных технологических процессов, если эти со­ бытия появляются более или менее регулярно. Модели с фиксированным шагом часто используют для описания систем, представляемых непрерыв­ ными материальными потоками, либо потоками информации. При исполь­ зовании метода переменного шага, в отличие от предыдущего метода, от­ сутствует погрешность в определении момента наступления существенно­ го события. Этот метод часто применяют при неравномерном появлении событий во времени.

274

Глава 9

ОПТИМАЛЬНОЕ ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В ДЕРЕВООБРАБОТКЕ

9.1.Основные задачи оперативного управления

производством

Система управления любого предприятия с дискретным характером производства состоит из ряда взаимосвязанных иерархических уровней. Несмотря на некоторые различия в названиях подсистем, решающих зада­ чи планирования и управления производством, можно сказать, что их иерархическая структура является вполне определенной и общепринятой.

Вэтой структуре можно выделить четыре основных уровня управления:

1)уровень организационно-экономического управления предпри­ ятием в целом;

2)уровень объемно-календарного планирования производства;

3)уровень оперативного управления производством;

4)уровень управления технологическим оборудованием.

На каждом из этих уровней имеется соответствующий управленче­ ский персонал, решающий относящиеся к его компетенции задачи. Взаи­ мосвязь этих задач определяется их соподчиненностью друг другу и соот­ ветствует принятой иерархии управления на предприятии.

Задачи самого верхнего уровня управления решает администрация предприятия. В их состав входят следующие задачи: перспективное плани­ рование развития предприятия - сопряжение мощностей через техническое перевооружение, реконструкцию, новое строительство, модернизацию ос­ новных фондов предприятия; координация и контроль работы различных служб и подразделений предприятия; управление движением денежных средств; кадровая политика предприятия; взаимодействие с внешними ор­ ганизациями и учреждениями.

На этом уровне продолжительность планового периода может со­ ставлять несколько лет, а длительность единицы периода планирования - год, квартал или месяц.

На уровне объемно-календарного планирования производства ре­ шаются задачи диспетчеризации работ различных структур подразделений предприятия. В качестве единицы периода планирования принимается день или смена, в качестве плановых периодов - месяц или квартал. Зада­ чи, решаемые на уровне объемно-календарного планирования производст­ ва: оптимальное распределение производственной программы предприятия (111111) по плановым периодам; детализация квартальных или месячных планов и определение заданий цехам по выпуску продукции; координация работ структурных подразделений предприятия по выполнению 111111.

275

Специфика задач третьего уровня управления - уровня оперативно­ го управления производством - определяется тем, что они возникают на стыке вопросов планирования и регулирования производственных процес­ сов. Жесткой границы между вторым и третьим уровнями не существует; более того, в некоторой литературе эти два уровня сводят в один. За дли­ тельность периода планирования на третьем уровне может быть принят день или смена, за длину интервала планирования - смена или час, соот­ ветственно.

Последний четвертый уровень управления - это непосредственное управление работой станков, автоматических и полуавтоматических линий при выполнении сменно-суточных заданий, составляемых на предыдущем уровне управления.

Необходимо отметить, что в рассматриваемой системе центральное, определяющее, значение по степени его значимости и воздействия на ход материального производства принадлежит оперативному управлению про­ изводством. Это воздействие основано на информации о состоянии произ­ водства и результатах его функционирования в различные периоды време­ ни.

Сложность производственного процесса предопределяет возникно­ вение всевозможных непредсказуемых его нарушений, обусловленных как объективными, так и субъективными факторами - брак, перебои в снабже­ нии сырьем, материалами; поломка оборудования, невыходы на работу, изменение номенклатуры выпускаемых изделий и пр. Основная задача оперативного управления производством сводится к уменьшению влияния этих возмущений с целью ликвидации рассогласований между фактиче­ скими и заданными (плановыми) параметрами производственного процес­ са.

Функции оперативного управления можно сформулировать следую­ щим образом:

1)разработка оперативных заданий, определяющих требования к производственному процессу на планируемый период времени - опера­ тивное планирование;

2)передача и обработка информации о требуемом и фактическом состоянии объекта управления - оперативный учет производства;

3)определение ситуации, складывающейся на объекте управления -

анализ;

4)выработка решений, метода их реализации, а также реализация

самих решений по дальнейшему ходу производственного процесса - регу­ лирование.

В процессе оперативного управления производством его функции - планирование, учет, контроль, анализ и регулирование - выступают как элементы или подсистемы оперативного управления.

Центральное звено системы оперативного управления производст­ вом - оперативно-производственное планирование (ОПП). Значение ОПП определяется тем, что в процессе решения его функциональных задач учи­ тываются две трети всей производственной информации. На выбор систе­ мы ОПП влияют следующие основные факторы: тип производства; объем и устойчивость выпуска продукции; техническая характеристика выпус­ каемых изделий; степень унификации деталей и узлов; производственная структура предприятия и цехов.

Оперативное планирование на предприятии заключается в регла­ ментации движения предметов труда в пространстве и времени с целью обеспечения выполнения текущего плана по выпуску готовых изделий в соответствующих плану объемах, номенклатуре и качестве при наилучшем использовании производственных ресурсов.

Учет данных о состоянии производственного процесса состоит в их регистрации, классификации и идентификации. Анализ информации о со­ стоянии объекта управления осуществляется на основе учетной информа­ ции о реальном и требуемом его состоянии в соответствующий период времени. Возникающие за счет внешних возмущений отклонения от плана корректируют путем сравнения учетной и плановой информации, нового анализа и формирования управляющих воздействий - функция регулиро­ вания. Такое управляющее воздействие на ход производства оказывают оперативные планы - сменно-суточные задания, которые формируются на основании сравнительного анализа календарных планов и учетных данных о ходе производства. Следовательно, фактически производственный про­ цесс осуществляется не в соответствии с заранее разработанными кален­ дарными планами, а в соответствии с оперативными планами, которые вы­ рабатываются в подсистеме оперативного регулирования хода производст­ ва.

Таким образом, главная задача оперативного управления производ­ ством заключается в организации согласованного во»времени и простран­ стве движения материального потока с целью обеспечения выполнения производственной программы предприятия при наилучшем использовании всех вкладываемых в производство ресурсов путем оптимальной разработ­ ки заданий, рационального контроля и регулирования их выполнения на отдельных участках за короткие отрезки времени.

Внутрицеховое оперативное управление производством изделий осуществляется главным образом планово-диспетчерским бюро (ПДБ) це­ ха. Оперативно-производственное планирование на уровне цеха преду­ сматривает своевременную разработку и доведение до исполнителей ка­ лендарных графиков выпуска продукции. Основными задачами, решаемы­ ми управленческим персоналом цеха, являются: расчет годового плана вы­ работки изделий по номенклатуре в нормо-часах с разбивкой по кварталам и месяцам; инвентаризация незавершенного производства по всему цеху на

начало каждого месяца; составление календарного плана-графика выра­ ботки заготовок на месяц по дням на основании месячного плана произ­ водства изделий; выдача сменно-суточного задания мастерам.

Производственной бригаде выдается плановое задание, в котором указаны: номер заготовки, детали, сборочной единицы; план на месяц и среднесуточный выпуск. Каждой бригаде рабочих выдается производст­ венное задание на смену.

При решении указанных задач работники планово-диспетчерского бюро цеха используют документы, которые разрабатываются в отделах и службах вышестоящего уровня иерархии управления: производственное задание цеху; график сдачи готовой продукции по месяцам; график обес­ печения материалами; технологические карты обработки заготовок. Про­ изводственное задание цеху составляется в производственно-диспетчер­ ском отделе предприятия; график обеспечения материалами разрабатывает отдел материально-технического снабжения, а технологические карты об­ работки заготовок - технологический отдел.

Иерархическая структура организации оперативного управления производством на деревообрабатывающих и мебельных предприятиях при­ ведена на рис. 9.1.

В настоящее время практически на большинстве предприятий со­ храняется традиционная система организации оперативного управления, при которой сбор, регистрация, передача и обработка информации осуще­ ствляются вручную и сопровождаются большим потоком бумажных доку­ ментов. При этом зачастую информационный поток по своему объему не уступает материальному.

Составление документов вручную, большой объем корректировок документов, поступающих из производственно-диспетчерского и планово­ экономического отделов, выборка из них необходимой информации и за­ несение ее вручную в другие документы и другие виды подобных работ отнимают большое количество времени у работников службы планово­ диспетчерского бюро. Происходит также многократное дублирование ин­ формации в разных центрах ответственности. Как правило, информация поступает от первичных источников с некоторым запаздыванием: отчеты о выполнении сменно-суточных заданий от участков и бригад собираются в конце смены и поэтому попадают в диспетчерский отдел к концу рабочего дня. Это замедляет процесс разработки решений. Часто полученная ин­ формация становится бесполезной для анализа. Решения в таких условиях принимаются при ограниченном объеме информации - на основе интуи­ ции, опыта цехового управленческого персонала и указаний аппарата вы­ шестоящего уровня управления. Поэтому они не всегда являются ра­ циональными. И даже, из-за возможных отклонений фактического хода производства от заданного, могут оказаться неточными или вообще непри­ емлемыми для управления. Диспетчеры цехов две трети своего рабочего

времени затрачивают на выявление виновников задержки той или иной де­ тали и причины, повлекшей за собой отклонение от нормального хода производства, а времени на непосредственное выполнение работ по анали­ зу информации и принятию управленческих решений у них остается мало. Составляемые в этих условиях оперативные планы лишены каких бы то ни было вариантов. Поэтому здесь не может быть и речи о выработке опти­ мальных управленческих решений.

о

к

Рис. 9.1. Структурная схема существующей организации оперативного управления производством

При работе в таких условиях управленческий персонал цехов вы­ нужден завышать нормы межоперационных заделов, вследствие чего не­ оправданно возрастают объемы незавершенного производства. Это, в ка­ кой-то мере, упрощает оперативное управление производством, поскольку при этом управленцы застрахованы от некоторых сбоев производственного процесса, но при этом узакониваются сверхнормативные простои оборудо­ вания, рабочей силы и сверхнормативная величина незавершенного произ­ водства. Могут также возникнуть частично неучтенные запасы заготовок и деталей. При этом фактические объемы заделов устанавливаются исходя из опыта цехового управленческого персонала. Существование сверхнор­ мативных запасов незавершенного производства позволяет фальсифициро­ вать оперативную отчетность, произвольно завышать или занижать ре­ зультаты работы.

9.2. Методы решения задач оперативно-календарного планирования и оперативно-диспетчерского управления производством

В круг задач, решаемых подсистемой оперативного управления производством, входят следующие: календарное планирование запуска де­ талей в обработку; расчет оптимальных размеров партий их запуска; кон­ троль и регулирование хода производственного процесса. Известные в на­ стоящее время методы решения этих задач можно условно разбить на не­ сколько основных групп:

1)методы линейного программирования;

2)методы теории расписаний;

3)приближенные и эвристические методы;

4)методы сетевого планирования;

5)методы имитационного моделирования;

6)методы, основанные на применении систем искусственного ин­

теллекта.

Наиболее широкое распространение в теории решения задач со­ ставления календарных планов производства в настоящее время получили методы линейного программирования (ЛП), которые предполагают описа­ ние данных задач линейными оптимизационными моделями. В пользу ис­ пользования методов линейного программирования говорит тот факт, что разработано огромное количество алгоритмов симплекс-метода, сущест­ венная часть из которых реализована в виде стандартных программ, под­ программ или пакетов прикладных программ для ЭВМ. Но широкому применению этих методов на практике мешают следующие трудности: сложность решения задач большой размерности и сложность определения точных значений исходных данных дляпланирования. Первая трудность может быть преодолена с помощью методов декомпозиции, т. е. разбиения

всей задачи оперативного планирования производства на отдельные моду­ ли и подзадачи. Каждая подзадача оперативного планирования производ­ ством представляет собой задачу составления календарного плана запуска деталей в обработку на отдельной стадии технологического процесса.

Наибольшую проблему представляет вторая трудность. Например, величины удельной прибыли, входящие в целевую функцию, являются функциями как объемов продукции конкретного вида, так и объемов дру­ гих видов продукции. Следовательно, определяться они могут только по­ сле решения задачи технико-экономического планирования. Таким обра­ зом, только сделав соответствующие предположения, можно оценить па­ раметры целевой функции.

Теория расписаний описывает производственную систему как сово­ купность обслуживающих приборов и заявок на обслуживание. Процесс работы такой системы описывается с помощью расписания - календарного или временного графика, - в котором указываются моменты времени и приборы, которые должны обслуживать те или иные заявки. При этом на­ лагаются определенные жесткие условия на дисциплину обслуживания; например, невозможность обслуживания одной заявки одновременно не­ сколькими обслуживающими приборами, а также невозможность обслу­ живания одним прибором одновременно нескольких заявок.

Наиболее известной из задач календарного планирования является задача Джонсона. Ее математическая постановка следующая: задано мно­ жество деталей т , подлежащих обработке; п - количество станков, на ко­ торых детали проходят обработку; технологический маршрут всех деталей одинаков. Требуется упорядочить обработку деталей таким образом, чтобы время их обработки было минимальным. При этом необходимо учитывать следующие ограничения:

1) для каждой детали обработка на станке j должна начинаться не раньше, чем кончится обработка на станке (у - 1):

2)на каждом станке одновременно может обрабатываться не более одной детали;

3)начавшаяся операция не прерывается до полного ее завершения:

где ty - время конца обработки /-й детали нау'-м станке; t.j- время обработки /-й детали нау'-м станке;

ty - время начала обработки i-и детали нау-м станке.

Для решения этой задачи перебор всех возможных вариантов обра­ ботки деталей возможен лишь в случаях, когда значения т и п невелики. С