Оптимальное оперативное управление производством деревянных каркасов мягкой мебели

В настоящее время в связи с переходом России к условиям рыночной экономики появилось множество промышленных предприятий с различными типами организаций, формами собственности и видами ответственности (акционерные общества, товарищества с ограниченной ответственностью и т. п.). Работа таких предприятий совершенно автономна и зависит исключительно от инициативы, умения и энергии специалистов и руководителей этих предприятий. Планирование, управление, снабжение необходимыми ресурсами и сбыт готовой продукции является исключительно заботой руководителей предприятий.

В условиях рыночной экономики полностью исчез дефицит товаров и услуг, возникла жесткая конкуренция, особенно со стороны западных фирм. Из-за отсутствия государственного регулирования резко выросли цены на сырье, материалы, комплектующие и трудовые ресурсы, а также транспортные перевозки и услуги сторонних организаций. Поэтому наиболее значимыми для деятельности предприятий стали проблемы максимальной эффективности использования имеющихся ресурсов, снижение уровня незавершенного производства, сокращения сроков технологической подготовки производства, ускорение оборачиваемости оборотных средств, максимальной загрузки оборудования и повышения качества выпускаемой продукции.

Основной целью деятельности любого промышленного предприятия является достижение его максимальной эффективности, т. е. получение наибольшей возможной прибыли. Достижение этой цели становится возможным, прежде всего, за счет снижения себестоимости выпускаемых изделий и за счет ускорения оборачиваемости оборотных средств предприятия. Снижения себестоимости можно достичь путем наиболее рационального использования сырьевых, энергетических и трудовых ресурсов, которое возможно, прежде всего, благодаря совершенствованию организации, планирования и оперативного управления производственными процессами.

Существенным резервом увеличения эффективности мебельного производства является ускорение оборачиваемости оборотных средств предприятия. Эффективность, которая при этом может быть достигнута, значительно превосходит ту, которую можно получить в результате интенсификации использования основных производственных фондов. Уменьшение размеров оборотных средств может быть достигнуто в результате коренного изменения организации «планирования и оперативного управления производственным процессом, повышения производительности оборудования, уменьшения уровней межоперационных запасов и сокращения продолжительности протекания информационных процессов, отражающих состояние производства.

Отсутствие систем управления производственными процессами, рассчитанных на выполнение конкретных задач, приводит к увеличению длительности выполнения производственного заказа из-за необходимости ожидания в очереди, пока не освободится оборудование. При этом индивидуальное управление обслуживанием заказов отсутствует из-за низкого уровня организации и управления производственными процессами, а также отсутствия компьютерной поддержки информационного обеспечения производства.

Длительность производственного цикла в значительной степени зависит от продолжительности пребывания заготовок в недрах транспортно-накопительной системы предприятия (загрузка в станок, выгрузка и укладка на подстопные места, транспортирование и хранение в межоперационных запасах) и может доходить до 95% времени, затрачиваемого на изготовление. изделия.

Значительные потери времени связаны с информационными процессами, гораздо меньше времени уходит на технологические процессы: раскрой пиломатериалов на заготовки, обработку заготовок, транспортно-накопительные и переместительные операции. Это связано с усложнением систем управления производственными процессами и соответственно с увеличением интенсивностей информационных потоков. Поэтому становится. все более очевидным, что без существенного ускорения процессов регистрации, передачи, накопления и обработки информации о состоянии производства невозможно существенно сократить производственный цикл.

В наше время все еще значительным остается отношение длительности протекания информационных потоков к фактической эластичности сроков исполнения заказов. Уменьшение длительности протекания информационного потока на 1% ведет к сокращению длительности выполнения заказов всего на 0,2 — 0,3%. Уменьшение этого показателя позволит значительно увеличить эффективность производства. А добиться этого можно только за счет разработки и применения интегрированных автоматизированных систем управления производством (ИАСУП) с использованием локальных сетей персональных ЭВМ (ПЭВМ) и современного мощного программного обеспечения на основе применения математических методов оптимизации и искусственного интеллекта, прежде всего, экспертных систем. Основой функционирования ИАСУП служит оперативно-календарное планирование производства, от которого в конечном счете зависит не только успех работы мебельного предприятия, но и его выживаемость в условиях рыночной экономики.

В России на сегодняшний день на мебельных предприятиях отсутствуют ИАСУП, поэтому сбор, регистрация передача и обработка оперативной информации по большей части осуществляется вручную. Потоки сырья, материалов, комплектующих, энергии и т. д. сопровождаются огромным валом бумажных документов, которые в основном лишь фиксируют состояние материальных потоков. Решения при этом принимаются лишь на основе не более чем 15% общей совокупности этих документов. Поэтому говорить об эффективном, тем более оптимальном, оперативном планировании и управлении мебельным производством в таких условиях совершенно бессмысленно.

Решение задачи наилучшего использования ресурсов, эффективного применения технологического оборудования и увеличения производительности труда работников мебельного предприятия должно строиться на основе совершенствования организации и планирования технологических процессов с применением методов математического моделирования, оптимизации и систем искусственного интеллекта на ЭВМ.

Целью настоящей работы является: разработка методики оптимального оперативно-календарного планирования и управления производством заготовок для деревянных каркасов мягкой мебели на основе применения методов математического моделирования и экспертных систем на ЭВМрешение задачи рационального и комплексного использования пиломатериалов, а также наилучшей загрузки оборудования и использования межоперационных запасов пиломатериалов и заготовок с целью снижения суммарных затрат при выработке заготовок, хранении их в межоперационных запасах от раскроя пиломатериалов до сборки каркасов мягкой мебели.

В соответствии с целью, определенной в настоящей работе поставлены следующие задачи исследований:

1. Разработать методику решения задачи оптимального оперативно-календарного планирования и управления выработкой заготовок для деревянных каркасов мягкой мебели на основе использования методов системного анализа, математического моделирования, оптимизации и экспертных систем на ЭВМ.

2. Разработать комплекс оптимизационных математических моделей для решения задачи оперативно-календарного планирования и управления производством на ЭВМ.

3. Разработать алгоритмы решения задачи оптимального оперативно-календарного планирования и управления производством на ЭВМ.

4. Разработать программный комплекс для реализации методики оптимального оперативно-календарного планирования и управления производством с применением математических методов и экспертных систем на ЭВМ.

5. Провести анализ применения программного обеспечения в условиях реального производства.

6. Дать рекомендации по дальнейшим направлениям совершенствования оперативного управления и технологического оборудования с целью повышения его производительности и улучшения качества работы.

Научная новизна. Разработана методика оптимального оперативно-календарного планирования и управления выработкой заготовок для производства деревянных каркасов мягкой мебели на основе применения методов системного анализа, математического моделирования, оптимизации и экспертных систем. Построен комплекс динамических дискретных оптимизационных математических моделей, адекватно описывающих производственную систему как систему оптимального управления межоперационными запасами заготовок. Предложены критерии оптимизации, максимизирующие прибыль предприятия и минимизирующие суммарные издержки на выработку и хранение межоперационных запасов заготовок в планируемом периоде. Разработаны алгоритмы решения задачи оперативно-календарного планирования выработки деревянных заготовок.

Анализ существующей технологии и организации производства деревянных каркасов мягкой мебели позволил дать рекомендации по дальнейшему совершенствованию производственного процесса и технологического оборудования.

Основные научные положения, выносимые на защиту. Методика оптимального оперативно-календарного планирования и управления выработкой заготовок для производства деревянных каркасов мягкой мебели. Оптимизационные математические модели задачи оперативно-календарного планирования производства деревянных каркасов мягкой мебели, учитывающие все организационно-технологические факторы производства. Алгоритмы реализации оптимизационных математических моделей на ЭВМ. Пакет прикладных программ по оптимизации оперативно-календарного планирования и управления выработкой заготовок для деревянных каркасов мягкой мебели.

Практическая ценность. Разработана методика оптимального оперативно-календарного планирования и управления производством деревянных каркасов мягкой мебели, позволяющая осуществлять расчет оптимальных производственных расписаний на основе применения методов. математического моделирования, оптимизации и экспертных систем на ЭВМ.

Предложенные критерии оптимизации позволяют оценивать всю совокупность затрат, связанных с выработкой и хранением мебельных заготовок в межоперационных запасах по всем стадиям их обработки.

Рассчитанные на ЭВМ оптимальные планы производства деревянных заготовок позволяют обеспечивать рациональное использование древесного сырья, наиболее полную загрузку технологического оборудования и выбрать наиболее выгодные уровни межоперационных запасов заготовок.

Результаты теоретических исследований позволили указать направления дальнейших исследований по совершенствованию технологического процесса производства деревянных каркасов мягкой мебели и методов оперативного управления этим процессом.

Реализация результатов исследования. Разработанный комплекс программ используется для расчета оптимальных оперативных планов производства деревянных каркасов мягкой мебели на ЭВМ.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях.

МГУЛ в 1998 — 2000 г. г., а также на второй международной научнотехнической конференции «Композиционные материалы на основе древесины» в 2000 году.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано семь статей.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5.

Общие выводы и рекомендации.

1. Разработана методика оптимального оперативного управления производством деревянных каркасов мягкой мебели от стадии раскроя пиломатериалов до сборки с использованием математических методов и экспертных систем для персональных ЭВМ.

2. Обоснована необходимость применения системы математического и программного обеспечения для решения задач оптимального оперативного управления процессом выработки и последующей обработки брусковых заготовок с ориентацией постановки на конкретную технологию и оборудование. Обоснован системный и оптимизационный подходы к решению поставленной задачи с точки зрения обобщенного критерия оптимизации — максимизации чистого результата деятельности мебельного предприятия.

3. Решена задача оптимального оперативного управления производством деревянных каркасов мягкой мебели.

4. Построен комплекс взаимосвязанных оптимизационных математических моделей, описывающих выработку и последующую обработку брусковых заготовок для деревянных каркасов мягкой мебели и учитывающих все особенности протекания технологического процесса.

5. Критерий чистого результата обобщенной задачи оперативно-календарного планирования и управления производством деревянных каркасов мягкой мебели в наибольшей степени соответствует целям и задачам хозяйственной деятельности предприятия в условиях рыночной экономики.

6. Критерии оптимизации отдельных стадий технологического процесса учитывают всю гамму затрат, связанных с обработкой заготовок: затраты на хранение пиломатериалов и заготовок в межоперационных запасах до и после обработки на соответствующей стадиизатраты по использованию машинного времени обрабатывающей линиизатраты на сырье, расходные материалы, энергию и энергоносителизаработную плату работников предприятияпотери от брака и другие расходы.

7. В ограничениях математических моделей учтены все организационно-технологические условия протекания производственного процесса.

8. В оптимизационных математических моделях учтен фактор неопределенности производственной среды путем использования теории нечетких множеств Заде. Это позволило более полно отразить влияние на нее случайных возмущений и сделать эти модели полностью адекватными реальным условиям производства.

9. Использование линеаризованных оптимизационных математических моделей позволило решить проблему нелинейности и большой размерности задачи оперативно-календарного планирования и управления производством деревянных каркасов мягкой мебели с применением широко известного симплекс-метода.

10. Разработаны алгоритмы реализации предложенных оптимизационных математических моделей, учитывающих их нелинейность, целочисленность и большую размерность.

11. Разработан программный комплекс на основе системы управления базами данных /ccess-2000, позволяющий решать задачу оптимального оперативного управления производством деревянных каркасов мягкой мебели в условиях реального производства мебельного предприятия.

12. Результаты расчетов оптимальных оперативно-календарных планов для АО «Аллегро» подтвердили высокую эффективность предложенной методики.

Рекомендации по дальнейшему совершенствованию подсистемы оптимального оперативно-календарного планирования и управления производством деревянных каркасов мягкой мебели и системы управления мебельным предприятием в целом.

1. Необходимо дальнейшее развитие производственной среды мебельного предприятия в направлении совершенствования технологических процессов на основе: гибких автоматических производств с широким применение обрабатывающих центров и станков с числовым программным управлениемавтоматизированной (полностью автоматизированной) транспортно-накопительной системыавтоматизированных складов сырья и готовой продукциисистемы контроля качества выпускаемой продукции по всем стадиям технологического процесса.

2. Необходимо полностью автоматизировать систему сбора, регистрации, передачи и обработки информации о ходе технологического процесса и состояния производственной среды.

3. В области дальнейшего совершенствования оптимизационных математических моделей необходимо опираться на логику антонимов. Это дает возможность полнее описать производственный процесс и, таким образом, сделать работу подсистемы оперативно-календарного планирования и управления еще более эффективной.

4. Применение нейронных сетей позволит значительно облегчить дальнейшее совершенствование программного обеспечения задачи оптимально-календарного планирования и управления производством деревянных каркасов мягкой мебели и сделают его легко адаптируемым к возможным изменениям производственной среды.