Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,087

ПРОБЛЕМА СОСТАВЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПИСАНИЯ ДИСКРЕТНОГО МЕЛКОСЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Колесникова О.В. 1 Лелюхин В.Е. 1
1 ФГАОУ ВПО «Дальневосточный федеральный университет»
В статье показано, что характерной чертой для условий единичного и мелкосерийного производства является низкий коэффициент загрузки рабочих мест. Основная причина этого заключается в проблемах организации эффективного заполнения рабочих мест, вызванных противоречиями представления модели изделий и производственно-технологической инфраструктуры. Показано, что структурная модель изделия накладывает ограничения на возможность размещения технологических операций в параметрическом временном поле. В качестве одного из путей решения этой проблемы предложена модель формирования расписания загрузки рабочих мест, основанная на алгоритме послойной обработки электронной структуры изделия с ранжированием деталесборочных единиц каждого слоя по длине пути изготовления, определяемой длиной технологического цикла. Предложенный алгоритм реализован на платформе 1С:УПП и внедрен на производственном предприятии, что позволило увеличить загрузку оборудования в среднем на 20…30 %.
дискретное производство
загрузка оборудования
машиностроение
планирование производства
1. Колесникова, О.В. Методика планирования дискретного машиностроительного производства / О.В. Колесникова, В.Е. Лелюхин // Технические науки – от теории к практике: сб. ст. по материалам XXXVIII международной научно-практической конференции. – Новосибирск: Изд.«СибаК», 2014. – № 9(34). – С. 128–139.
2. Колесникова, О.В. Синхронное управление ресурсами предприятия в машиностроении / О.В. Колесникова В.Е. Лелюхин // Автоматизация в промышленности. – М.: ООО Издательский дом «ИнфоАвтоматизация», 2015. – № 3. – С. 59–62.
3. Колесникова, О.В. Алгоритм определения последовательности изготовления элементов изделия «Опадающие листья» / О.В. Колесникова, В.Е. Лелюхин // Глобальный научный потенциал. СПб.: Изд. Фонд развития науки и культуры. – 2015. – № 2(47). – С. 51–54.
4. Лелюхин В.Е., Рассказов Д.М. Технологическая документация. Оформление учебных отчетных документов: учеб. пособие для вузов. – Владивосток : Мор. гос. ун-т, 2008. – 128 с.
5. Организация и планирование машиностроительного производства (производственный менеджмент): учебник / К.А. Грачева, М.К. Захарова, Л.А. Одинцова и др.; под ред. Ю.В. Скворцова, Л.А. Некрасова. – М.: Высш. шк., 2003. – 470 с.: ил.

При планировании производства одним из основных показателей эффективности процесса является коэффициент загрузки оборудования, характеризующий полноту использования оборудования и равный отношению количества станко-часов, необходимых для выполнения годовой программы выпуска, к эффективному годовому фонду времени работы всего этого оборудования [5]. Данный показатель существенно зависит от типа производства. Если для массового производства он может достигать значения 90 %, то с уменьшением серийности производства показатель значительно уменьшается. Для мелкосерийного и единичного производства вопрос повышения коэффициента загрузки оборудования становится одной из основных проблем.

Производственная структура изделия

Структура изделия может быть представлена в виде графа работ, который получается из электронной структуры изделия (ГОСТ 2.053-2006) заменой вершин последовательностями технологических операций их изготовления [1, 4]. Построенный таким образом граф работ (рис. 1) является производственной структурой изделия и представляет собой модель информационного взаимодействия конструкторской и технологической подготовки.

Необходимо отметить, что каждая технологическая операция может выполняться на определенном рабочем месте. Однако при изготовлении разных деталей могут выполняться однотипные операции и, соответственно, эти операции задействуют одно и то же рабочее место. Для примера, изображенного на рис. 1, составлена таблица соответствия технологических операций и рабочих мест, на которых они выполняются (рис. 2).

Формально процедура планирования описывается следующим образом. Имеется множество рабочих мест R := {r1, r2, …, rm}. Их способность выполнять некоторые работы характеризуется интервалом доступности, т.е. режимом работы оборудования или рабочих мест. Соответственно, время доступности всех рабочих мест может быть описано множеством koles01.wmf, где каждому рабочему месту соответствует его режим работы.

pic_17.tif

Рис. 1. Производственная структура изделия в виде графа-дерева

pic_18.tif

Рис. 2. Соответствия детале-операций и рабочих мест

Совокупность выполняемых операций на рабочем месте и определяет загрузку или расписание работы рабочего места pri.

В такой модели план koles02.wmfпредставляется как функция трех параметров: времени, рабочего места и технологической операции.

P = P(T, R, O),

где T – время доступности рабочих мест; R – множество рабочих мест; O – множество технологических операций O : = {o1, o2, …, on}.

Противоречия планирования и проблемы оптимизации расписания

При выполнении процесса планирования возникают ограничения, связанные со структурой изделия и использованием рабочих мест. Исходя из структуры изделия, сборочная единица не может быть изготовлена раньше, чем все детали и другие сборочные единицы, входящие в нее. В представленном на рис. 1 примере операция J.1 не может начаться раньше, чем закончатся операции E.2 и D.3. Аналогичная ситуация складывается с использованием рабочих мест. На одном рабочем месте не могут одновременно выполняться несколько технологических операций. Например, операции D.1 и E.1 выполняются на одном и том же токарном станке. Соответственно, если начато выполнение операции D.1, то операция E.1 может начать выполняться только после ее завершения.

Отсюда возникает основное противоречие, заключающееся, с одной стороны, в невозможности разместить операцию на свободном рабочем месте, если не подошла ее очередь в порядке обработки, соответствующем структуре изделия, с другой стороны, в невозможности разместить очередную операцию по структуре изделия, если рабочее место занято.

Таким образом, при планировании производства, особенно имеющего мелкосерийный и единичный характер, невозможно добиться стопроцентной загрузки рабочих мест, всегда имеются перерывы между выполняемыми операциями. Пример графика загрузки рабочих мест для изготовления изделия, представленного на рис. 1 и использующего рабочие места, описанные на рис. 2, изображен на рис. 3.

pic_19.tif

Рис. 3. График загрузки рабочих мест изготовления изделия, имеющего производственную структуру рис. 1

 

Как видно из рис. 3, загрузка оборудования составляет гораздо менее 50 %. Основными причинами такой ситуации, как отмечалось выше, являются структура изделия, которая накладывает ограничения на порядок изготовления детале-сборочных единиц, и имеющиеся рабочие места, накладывающие ограничения на порядок выполнения технологических операций.

Соответственно, основной задачей планирования производства является повышение загрузки оборудования (уменьшение времени простоев оборудования).

Алгоритм «Опадающие листья»

Одним из путей решения является разработка алгоритма, позволяющего с учетом структуры изделия определять наиболее эффективный порядок изготовления детале-сборочных единиц.

Авторами разработан алгоритм «Опадающие листья» [2, 3], определяющий последовательность обработки детале-сборочных единиц в зависимости от длины производственного цикла их изготовления. В алгоритме применен оригинальный подход, основанный на послойном «срезании» висячих вершин графа, называемых листьями. В каждом слое детале-сборочные единицы ранжируются в порядке уменьшения длины пути их изготовления. Под путем понимается простая цепь в графе электронной структуры изделия, соединяющая вершину с корнем дерева. Длина пути определяется как сумма весов ребер, составляющих путь.

koles03.wmf

где Sj – путь из j-й вершины до корневой вершины; ck – вес k-го ребра.

В качестве весов ребер предлагается использовать длину технологического цикла производства деталесборочной единицы с учетом ее применяемости в изделии.

Заключение

Таким образом, алгоритм позволяет вначале расставлять наиболее длительные операции, а затем в имеющиеся промежутки между операциями расставлять «короткие» операции. Внедрение разработанного на основе 1С:УПП алгоритма планирования на предприятии ОАО «Дальрыбтехцентр» позволило увеличить загрузку оборудования в среднем на 20…30 %.

Рецензенты:

Достовалов В.А., д.т.н., профессор, ДВФУ, г. Владивосток;

Леонтьев Л.Б., д.т.н., профессор, ДВФУ, г. Владивосток.

Работа поступила в редакцию 01.04.2015.



Библиографическая ссылка

Колесникова О.В., Лелюхин В.Е. ПРОБЛЕМА СОСТАВЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО РАСПИСАНИЯ ДИСКРЕТНОГО МЕЛКОСЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 2-11. – С. 2340-2343;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=37442 (дата обращения: 04.08.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074