Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В данной работе рассматриваются возможности моделирования производственного процесса фирмы по производству мебели. Процесс моделирования осуществляется для оптимизации производственного процесса, и как следствие повышения прибыли компании. Оптимизация производства может быть достигнута как за счет сокращения затрат и издержек производства, так и за счет увеличение выпуска продукции.

Большинство современных предприятий осуществляют свою деятельность в условиях жесткой конкуренции, когда каждая единица ресурса должна использоваться оптимально, то есть приносить наибольшую пользу для компании в целом.

Для осуществления конкурентных преимуществ и быстроты реакции на изменения в современном мире, компания встают перед необходимостью осуществления моделирования своей деятельности. Это связано с несколькими причинами. Во-первых - это, несомненно, желание предвидеть или предугадать возможные экономические последствия хозяйственной деятельности. Во-вторых - изначальное построение и своевременная корректировка производственного процесса, в условиях того, что производить реальные эксперименты в процессе производства либо не возможно, либо вызывает большие затраты ресурсов. В-третьих, моделирование позволяет своевременно реагировать на изменения внешней среды работы предприятия, то есть незамедлительно и своевременно реагировать на действия конкурентов или на изменения экономической ситуации в целом.

Актуальность исследования заключается в построении и оптимизации модели производственного процесса с использованием новых возможностей имитационного моделирования и программного продукта Anylogic. В настоящее время уже не только крупные, но и средние компании внедряют в свою работу элементы моделирования, что связано с упрощением и возрастающей доступностью программного обеспечения для имитационного моделирования. Именно поэтому моделирование производственного процесса в среде Anylogic набирает популярность, так каждый пользователь может выложить свою модель в общий доступ, для обсуждения и использования всеми заинтересованными. Процесс моделирования производственных процессов всегда может совершенствоваться практически в любой области деятельности различных компаний

Построение модели производственного процесса компании обуславливает возникновение системного взгляда и понимания деятельности компании. Это приводит к росту вовлеченности в работу компании всего персонала.

С развитием информационных технологий процесс моделирования производственных процессов усложняется, отражая большее количество влияющих на производство факторов. Если около десяти лет назад, для построения модели производственного процесса в основном использовались методы линейного программирования, то на сегодняшний день используются методы имитационного моделирования.

В работе рассматриваются основы производственной логистики, приводятся основные определения и принципы данного вопроса.

На сегодняшний день процесс построения дискретно-событийной модели производства имеет более практическое значение, нежели теоретическое значение. Так в современной литературе еще не достаточно отражена возможность построения производственного процесса согласно дискретно-событийной модели. Но с каждым днем появляются новые статьи и исследования на эту тему, таки образом иллюстрируя возрастающий интерес к данной теме. Выбирается именно дискретно-событийное моделирование, а не системная динамика в связи с тем, что производственные процессы в методе производственной логистики «Барабан-Буфер-Веревка», рассмотренном далее, дискретны и работают с целыми числами.

Объектом исследования являются различные производственные процессы предприятия по изготовлению мебели. Приводятся реальные данные производственной компании и реальная схема производства. Это позволяет строить модель с учетом особенностей производства и вырабатывать практические рекомендации для оптимизации всей деятельности и получению в результате наилучших результатов.

Предмет исследования - различные методы производственной логистики и способы построения производственного процесса предприятия.

Целью исследования является построение дискретно-событийной модели производственного процесса фирмы по производству мебели и оценка возможности применения данной модели. При достижении цели возможна оптимизация полученной модели для формулировки рекомендаций по усовершенствованию процесса производства компаний.

В рамках исследования выделяются следующие задачи:

Сравнение возможностей и инструментов моделирования производственного процесса.

Построение модели производственного процесса.

Оптимизация полученной модели, в целях максимального сокращения времени исполнения заказов.

Рекомендации по организации производственного процесса.

В процессе исследования выполняются все задачи и по ним приводятся соответствующие выводы. Было построено несколько моделей, но в итоге приводятся лишь две, представляющие наибольший интерес. Тем самым приводится сравнение полученных результатов.

Масштабной целью исследования можно считать достижения максимальной производительности всей системы производства. Приведенные модели как раз и сравниваются по критерию близости к максимально возможной производительности.

Глава 1. Описание предметной области исследования

1.1 Основное определение производственного процесса предприятия

Производственный процесс - это целенаправленный процесс, который обуславливается превращением используемых ресурсов (сырья) в полезную продукцию.

Производственные процессы - это технологические процессы, содержащие целенаправленные действия, направленные на преобразование основного состояния ресурсов. Таким образом, в результате реализации технологических процессов может осуществляться изменение геометрической формы, размера и физико-химических свойств используемых ресурсов. В то же время, процесс производства содержит в себе и нетехнологические факторы, не приводящие к изменению свойств используемых ресурсов. Нетехнологические процессы состоят из складских, транспортных, погрузочно-разгрузочные и других операций.

Производственный процесс может сочетать в себе как процессов, требующих непосредственного труда со стороны персонала, так и естественные процессы, в которых изменение свойств ресурсов осуществляется без влияния работников (например, сушка склеенных деталей, охлаждение деталей и т.д.).

Производственные процессы разделяются по назначению и роли в производстве на три группы [1, с. 126-128]:

· Основные;

· Вспомогательные;

· Обслуживающие.

Основные производственные процессы, представляют собой процессы, в результате которых происходит изготовление основной продукции предприятия. Примером основных процессов в изготовлении мебели являются распил заготовок, фрезеровка, пресс, ОТК и т.д.

Вспомогательные процессы - это процессы, которые обеспечивают бесперебойное и непрерывное функционирование основных процессов. Результатом вспомогательных процессов будет продукция, которая используется затем непосредственно на самом предприятии в процессе производства. Примером вспомогательных процессов в изготовлении мебели будут ремонт оборудования, переналадка оборудования для изготовления других деталей и т.д.

Обслуживающие процессы - это процессы, в результате выполнения которых происходит нормальное функционирование как основных, так и вспомогательных процессов производства. К таким процессам относятся - транспортировка, складирование и т.д.

В условиях автоматизированного производства, в настоящее время происходит интеграция основных и обслуживающих процессов. Это связано с потребностью сократить длительность осуществления производственного процесса, сложность управления и увеличить скорость принятия решений и гибкость всего производства.

Возможно разделение на фазы процесса производства. Каждая фаза состоит из комплекса работ, завершение выполнения которых обуславливает завершение определенных технологических процессов, в результате которого происходит переход из одного качественного состояния в другое. Чаще всего технологические процессы делятся на 3 фазы:

· Фаза заготовки;

· Фаза обработки;

· Фаза сборки.

Совокупность всех основных процессов образует основное производство. Кроме того существует понятие стадии производственного процесса. Стадия производственного процесса - это комплекс процессов и работ, завершение выполнения которых приводит к завершению основного этапа процесса производства в целом и связано с переходом предмета производства с одного качественного уровня на другой.

Производственные процессы на предприятии могут быть разделены по своему месту осуществления на предприятие в целом, передел, цех, отделение, участок, агрегат и по своему содержанию на процессы, стадии, операции и элементы.

Совокупность производственных процессов, осуществляющих на предприятии, представляют собой общий процесс производства. Кроме того, производственные процессы всех отдельных видов продукции предприятия обуславливается определенным процессом производства. Так же в определенном процессе производства возможно выделение частичных производственных процессов, характеризующихся законченными и технологически обособленными элементами частного производственного процесса, которые, в свою очередь, не являются первичными элементами производственного процесса.

В качестве первичного элемента производственного процесса, как правило, приводится технологическая операция. Технологическая операция представляет собой технологически однородная часть процесса производства, которая выполняется на одном этапе работы. [2, с. 201-202]. Таким образом, обособленные в технологическом плане частичные процессы являются стадиями производственного процесса.

Структура производственного процесса образуется в результате объединения основных, вспомогательных, обслуживающих и других процессов в определенной последовательности и с определенными условиями.

Основной процесс производства, обуславливающийся производственным процессом основной продукции предприятия, включает в себя естественные процессы. Технологические и рабочие процессы, а также межоперационное прослеживание.

Естественный процесс - это процесс, приводящий к изменениям свойств и состава используемых ресурсов, который протекает без участия персонала. Естественные процессы производства могут характеризоваться как требуемые технологические простои между производственными операциями.

Технологический процесс состоит из нескольких процессов осуществляющих и характеризующих все требуемые изменения в предметах труда, то есть ресурсы превращаются готовую продукцию.

Вспомогательные операции - это операции, способствующие выполнению основных процессов. К ним относятся - транспортировка, контроль, сортировка и т.д.

Рабочий процесс представляет собой систему всех производственных процессов, то есть основных и вспомогательных операций. Структура рабочего процесса меняется из-за воздействия технологии используемого оборудования, разделения труда, производственной организации и т.д.

Межоперационное прослеживание представляет собой перерывы, которые предусмотрены технологическим процессом.

1.2 Принципы организации процессов производства

Разнообразные процессы производства, которые создают промышленную продукцию, требуют соответствующей организации, обеспечивающей эффективное функционирование в выпуске определенных видов товаров хорошего качества и в количестве, удовлетворяющем запросы потребителей.

Организация производственного процессов заключается в объединении персонала, оборудования и предметов производства в общий процесс получения материальных благ, и кроме того в достижении оптимального сочетания во времени и в пространстве основных, вспомогательных и обслуживающих процессов.

Проектные расчеты, связанные с определением состава основного оборудования с учетом его производительности, взаимозаменяемости и возможности эффективного использования осуществляются в процессе разработки производственной структуры. Кроме того, разрабатывается также рациональная планировка подразделений, размещения оборудования и рабочих мест. [2, с. 213-215]. В ходе разработки важно создать организационные условий для работы оборудования и непосредственных участников производственного процесса персонала в условиях бесперебойности.

Одним из главных аспектов создания структуры производственного процесса является возможность взаимоувязанного функционирования основных частей трудового процесса:

· Операций по подготовке;

· Основных процессов производства;

· Процессы технического обслуживания.

Принципы построения процесса производства представляют собой первоначальные положения, посредством которых выполняется создание, функционирование и развития производственного процесса.

Выделяются следующие принципы организации производственного процесса [2, с. 101-105]:

· дифференциация - принцип, заключающийся в выделении отдельных частей производственного процесса (стадии, операции, процессы) и их привязывание к определенным подразделениям предприятия или определенным департаментам;

· комбинирование - принцип, заключающийся в систематизации всех или основных разнохарактерных процессов по изготовлению определенных видов продукции в рамках одного производственного участка или цеха;

· концентрация - это принцип, заключающийся в концентрировании определенных производственных процессов по созданию технологически однородный товаров или осуществлению функционально однообразных работ в основных рабочих процессах, участках, в цехах или производствах предприятиях;

· специализация - это принцип, заключающийся в сосредоточении и закреплении пяти главных направлений улучшения и оптимизации производства на каждом этапе и каждым подразделением в определенно установленной номенклатуре работ и операций;

· универсализация - это принцип, заключающийся в изготовлении деталей и изделий разнообразного ассортимента или в выполнении дифференцированных процессов и операций на всех рабочих местах или производственных подразделениях;

· пропорциональность - это принцип, заключающийся в комбинировании разрозненных элементов процесса производства, выражающегося в их установленном количественном взаимоотношении между собой;

· параллельность - это принцип, заключающийся в единовременной обработке различных деталей из одной партии по конкретному, текущему действию на нескольких этапах производства;

· прямоточность - это принцип, заключающийся в выполнении основных операций и стадий производственного процесса в условиях прохождения предмета труда по кратчайшему пути с момента изготовления до момента использования;

· ритмичность - это принцип, заключающийся в частотном распределении по установленным периодам времени как всех отдельных процессов производства, так и одного производственного процесса создания товара или продукции определенного вида.

Приведенные принципы организации производства в практическом аспекте обычно действуют не изолированно и обособлено друг от друга, а тесно сочетаются в каждом производственном процессе. Организационные принципы производственного процесса развиваются не всегда равномерно - в тот или иной момент или период производства различные принципы выдвигаются на передний план или приобретают второстепенное значение.

Основные методы, которые применяются для создания производственного расписания, напрямую зависят от вида производства, а также характеристик спроса и свойств заказов потребителей.

Соблюдение основных принципов создания производственных процессов имеет широкое практическое значение.

Совершенствование и оптимизация производственных процессов - это очень обширная тема, имеющая множество различных подходов. Так, выделяются:

· управление производственными мощностями;

· управление цепью поставок и снабжения;

· управление запасами;

· наращивание производственных возможностей.

· непрерывное совершенствование;

Мощность производства в целом определяется слабым звеном, или так называемым узким местом. В целях повышения производительности и увеличения общей мощности производства следует оптимизировать узкое место.

Существует вероятность, что повышение эффективности каждого участника производственного процесса или каждой единицы оборудования может не оказаться рентабельным. Общеизвестно, что мощность системы в целом рассчитывается не только по периодам простоя того или иного оборудования или работников, но и по другим факторам. Производственные возможности ограничены мощностью слабейшего (или наименее эффективного) звена (узкого места) - ресурса, ограничивающего производительность (РОП), что влечет за собой возникновение новых перспектив в управлении процессом на высоком уровне. [11]

Основываясь на том, что сложность сосредотачивается в узких местах, их выявление и устранение рассматривается как определяющий прием увеличения производственной мощности. Рассмотрим подробнее следующие пять критериев, говорящие исследователям о наличии узких мест. При устранении данных критериев ресурсы нужно направить, в первую очередь на участки, где ожидается наибольшая отдача производства.

В целях получения максимальных производственных возможностей системы следует периодически выравнивать нагрузку на различных участках производственного процесса. Таким образом, не всегда стоит стремиться к высокой производительности отдельных видов оборудования, так как возможности системы могут быть скованы узким местом в целом.

Возможные простои оборудования или людей на участке, который является узким местом для производства в целом обходятся крайне дорого, так как в это время возможен простой всего производство. Простои оборудования или людей на других этапах не всегда могут оказать влияние на общую производительность системы в целом, поэтому сами по себе не представляют проблему. Основная проблема появляется, когда простой на одном участке производства ведет к остановке всего процесса.

Совокупные показатели возможностей производства и использования мощностей чаще всего включает в себя недостаточно информации для принятия решений. Поэтому требуется диагностика проблем и выбор путей оптимизации производства, для того чтобы предметом анализа стали различные типы ресурсов. Так, например, в целях увеличения производственной мощности возможно сокращение времени, требуемого на переналадку оборудования или процессов, но это эффективно только в случае, сокращения времени переналадки на этапах, которые являются узкими местами производственного процесса. Сокращение времени переналадки оборудования в остальных звеньях производства, приводи к повышению их пропускной способности, но при этом не приводит к увеличению пропускной способности предприятия в целом. Таким образом, узкие места являются результатом нехватки персонала или недостаточной мощности оборудования, и для выявления реальной причины, следует провести определенный анализ всех производственных процессов.

В случае, когда объем производства подвержен колебаниям, следует в узких местах производственного процесса сохранять некоторый запас мощностей. При этом если система едва справляется со средним объемом производства, то в случае его увеличения возникают либо дорогостоящие избыточные запасы полуфабрикатов, либо длинные очереди на получение готовой продукции, либо то и другое одновременно. Возникает вопрос, каким же может быть запас мощностей. Так в некоторых отраслях производства загруженность оборудования, превосходящая уровень 80%, считается основанием для анализа и последующей проверки достаточности производственных мощностей.

Основные признаки узких мест производства [2. с 186]:

· Наименьшая мощность: объем производства всей системы обуславливается мощностями узкого места цепи.

· Наивысшая загрузка: участки с наивысшей загрузкой оборудования и людей чаще всего и являются узким местом всего производственного процесса. Так при увеличении объема производства, скорее всего, именно на этом участке проявится нехватка мощностей.

· Ни минуты покоя: в узких местах оборудование и люди загружены на протяжении всего производства.

· Жалобы рабочих, занятых в процессах, являющихся узким местом всей системы, ограниченное видение участником процесса всего производства в целом не позволяет ему адекватно принимать решение на уровне общего управления верхнеуровневыми процессами.

· Очереди и заторы: так на участке перед узким местом образуются заторы или очереди (деталей, полуфабрикатов и др.)

Производственная мощность кроме того зависит и от структуры основных производственных процессов. Требуется обращать внимание на соответствие производственных процессов структуре производимой продукции.

1.3 Производственная логистика. Организация производственных процессов во времени

Организация производственного процесса основана на грамотном использовании инструментария производственной логистики, о чем говорит оригинальном определение, представленном в следующем литературном первоисточнике [7]: «Производственная логистика - это обеспечение качественного, комплектного и своевременного производства продукции в соответствии с хозяйственными договорами, оптимизация затрат на производство и сокращении производственного цикла Целью производственной логистики является точная синхронизация процессов производства с логистическими операциями в связанных обеспечивающих и производственных подразделениях».

Как и у любого процесса, охватывающего ряд бизнес-подразделений различного направления деятельности, производственная логистика представлена рядом функций, таких как:

· разработка план-графиков производственных заданий, делегирующихся производственным подразделениям, таким как, например, цеха;

· планирование и диспетчирование производства, основой чему служит как прогноз потребностей в готовой продукции, так и оценка покупательской активности и, в конечном итоге, спроса, по заказам потребителей;

· установление нормативов незавершенного производства и контроль над их соблюдением;

· разработка графиков запуска-выпуска продукции, коррелирующих со службами сбыта и снабжения;

· участие в разработке и реализации производственных новшеств и нововведений;

· контроль над себестоимостью изготовления готовой продукции.

· оперативное управление производственными процессами и организация исполнения производственных заданий и требований;

· контроль над качеством и количеством готовой продукции;

В последнее время вектор популярности традиционных «выталкивающих» логистических систем (Push Scheduling) смещается с них сторону «вытягивающих» производственных систем (Pull Scheduling).

Так Дэвидом Хэллеттом [6, c. 1-25] дается следующее определение «вытягивающей» логистической системы:

«Вытягивающая» система представляет собой систему, которая используется для управления производством. При этом в производстве объем создаваемых операционных заделов (запасов) каким-либо образом ограничен или установлен».

«Вытягивающая» логистическая система являет собой организацию движения материальных потоков, где основные материальные ресурсы поступают («вытягиваются») на следующую производственную операцию с предыдущей по мере надобности, и именно поэтому отсутствует какой-либо жесткий график движения материальных потоков. Так размещение заказов на изготовления материальных ресурсов (операционных заделов) или готовой продукции, или на пополнение запасов осуществляется при достижении или превышении предустановленного определенного критического уровня. «Вытягивании» продукта с предыдущей операции последующей операцией осуществляется в тот момент времени, когда последующая операция находится в состоянии готовности к данной работе и являет собой столп системы, ее основу и фундамент. Это свидетельствует о том, что в момент завершения определенной операции совершается обработка единицы продукции, и потом посылается сигнал-требование для предшествующей операции. Затем уже предыдущая операция посылает обрабатываемую единицу дальше по цепи только тогда, когда получает на это соответствующий запрос. (Just-in-Time) [4], [5, c 474].

Операционные заделы, рассматривающиеся как производственные запасы, и могут содержать в себя сырье, незавершенное производство (НЗП), готовую продукцию, и кроме того резервируемый специально фонд времени технологического оборудования.

Рис. 1. Структура «Вытягивающей» системы производственной логистики

Основу составляют пять базовых типов «вытягивающих» логистических систем PullScheduling:

· Восполнение «Супермаркета» (Supermarket Replenishment)

· Лимитированные очереди FIFO (Capped FIFO Lanes)

· Метод «Барабан-Буфер-Веревка» (Drum Buffer Rope)

· Лимит незавершенного производства (WIP Cap)

· Метод вычисляемых приоритетов (Priority Sequenced Lanes)

Восполнение «Супермаркета» действует следующим образом [7]:

1. Процесс-потребитель забирает исходные материалы из ячеек супермаркета по возникновении обоснованной необходимости.

2. Для каждой единицы изготавливаемого товара происходит расчет «точки восполнения» исходных материалов.

3. В момент, когда суммарное количество материалов в определенных ячейках супермаркета или исполняемых заказах принимает значение ниже обусловленной «точки восполнения» - порогового значения, отправляется новый заказ процессу-поставщику на их поставку. В качестве подобного заказа может выступать пустой контейнер, такой как карточка «Канбан», пустая ячейка «Супермаркета», световой сигнал, и т.д. (При этом вовсе не обязательно оформлять заказ на бумаге, возможен простейший вариант: «видишь пустое место, то заполни его»).

4. Затем для всех восполняемых материалов рассчитывается объем соответствующей партии заказа, где количество деталей в каждом новом заказе равно объему восполняемых материалов ячеек.

5. Процесс-поставщик в соответствии с логикой следования выделенным принципам исполняет заказ на восполнение требуемых материалов.

6. Затем материалы заказа уже физически помещаются в соответствующие им ячейки «Супермаркета».

Рис. 2. Схема метода восполнения «Супермаркета»

Таким образом, фактическая средняя величина запасов в хорошо спроектированной системе большую часть времени будет составлять вроде бы незначительную с очки зрения процентного распределения - 10-15% в ячейках «Супермаркета» от общего возможного объема, требуемого планом выпуска готовой продукции.

В случае, когда нет большой необходимости давать участку-потребителю возможности выбора, привлекательнее становится использование метода не «Супермаркет», а очереди FIFO (от английского First-In-First-Out - «первым пришел, первым вышел», т.е. метода очередности в порядке поступления).



Рис. 3. Структура метода лимитированных очередей FIFO

Для данного метода выделяется участок, именуемый ресурсом, ограничивающим производительность (РОП)

Основные преимущества «вытягивающей» логистической системы типа лимитированных очередей FIFO в сравнении с методом «Супермаркета» выражаются в следующих подпроцессах:

· в данной рассматриваемой системе содержится гораздо меньше запасов в определенные моменты времени;

· сокращаются риски срыва сроков выполнения клиентских заказов производства;

· упрощается управление производственными процессами;

· появляется дополнительная возможность выделять процесс, ограничивающий общую производительность системы,

Метод «Барабан-Буфер-Веревка» (DBR-Drum-Buffer-Rope) общеизвестен как один из оригинальных методов «выталкивающей» логистической системы, которая была разработана в ТОС (Theory of Constraints) [8], [9], [10, c 776]. В процессе исследования, кажется, что данная система весьма схожа с системой лимитированных очередей FIFO, кроме того, что в ней не происходит ограничение запасов в отдельных очередях производственного процесса.

Стоит обратить внимание, что в «вытягивающей» логистической системе DBR буферы, создаваемые перед ресурсом, ограничивающим производительность, обуславливаются не материальным характером, а временным. [7]



Рис. 4. Структура метода «Барабан-Буфер-Веревка»

Так устанавливаются совокупные ограничения на запасы, которые находятся на участке между единственной точкой составления производственного расписания и узким местом всей системы. Ресурсом, ограничивающим производительность системы в примере, приведенном на рисунке 4, является участок сушки. Так каждый раз, при завершении производства узким местом у точки планирования появляется возможность запускать в производство дополнительную единицу работы, затем этот процесс повторяется. Подобная логика в этой логистической схеме является «веревкой» (Rope) - то есть механизмом управления возникающих ограничений против перегрузки ресурса, ограничивающего производительность. В общем виде, это график выпуска материалов, предотвращающий поступление новой заявки в систему в темпе более высоком, чем она может быть обработана в узком месте. Концепция «веревки» используется в основном для предотвращения создания незавершенного производства в большинстве основных точек системы (кроме защищенных плановыми буферами критических точек).

Поскольку узкое место обуславливает ритм работы всей производственной системы, то график его работы называется «Барабаном» (Drum). Так в методе «Барабан-Буфер-Веревка» особое внимание уделяется именно ресурсу, ограничивающему производительность, что обосновано тем, что он задает максимально возможный результат всей производственной системы в целом. Это возникает из-за того, что система не может производить больше, чем ее самый маломощный ресурс. Предел запасов и временной ресурс оборудования, характеризующее время его эффективного использования, распределяются так, чтобы ресурс, ограничивающий производительность, всегда мог вовремя начать новую работу и не простаивать, то есть увеличить общее время работы узкого места. Этот процесс в методе DBR называется «Буфером» (Buffer). Так «Буфер» и «верёвка» в совокупности создают условия, которые предотвращают недогрузку или перегрузку узкого места производственного процесса.

Временной буфер представляет собой резерв времени, запланированный для сохранения предполагаемого «начала обработки», с учетом дифференциации в прибытии в узкое место производства конкретной заявки. Для наглядности, если расписание ресурса, ограничивающего производительность, требует начать конкретную работу на участке сушки в определенный момент, то материал для этой работы должен быть отпущен достаточно рано, чтобы все предшествующие обработке узкого места этапы (участки распила и фрезеровки) были закончены еще на некоторое время раньше (т.е. за одну единицу времени до требуемого срока). Буферное время требуется для «сохранения» наиболее ценного ресурса от простоев и потери производительности, поскольку потеря времени этого ресурса равна невозвратной потери в конечном результате всей системы. Поступление материалов и производственных заданий может осуществляться на основе заполнения ячеек «Супермаркета» Передача деталей на последующие этапы обработки после их поэтапного прохождение через РОП уже не являются лимитируемым по принципу FIFO, поскольку производительность соответствующих процессов заведомо выше. [8]

Для обеспечения рационального взаимодействия основных элементов производственного процесса и ранжировать выполнение работ в пространстве и во времени возникает необходимость сформировать производственный цикл изделия.

Производственный цикл - это временной период, в течение которого сырье, заготовка или обрабатываемый предмет осуществляет главные операции процесса производства и происходит превращение сырья в готовую продукцию. Расчет производственного цикла происходит в календарных днях или (в варианте малой трудоемкости изделия) в производственных часах.

Производственный цикл изделия состоит из циклов изготовления деталей, сборки узлов или готовых товаров, испытательные операции. В данном случае принято устанавливать, что различные детали выполняются одновременно. Исходя из этого, в цикл производства изделия в первую очередь включается цикл наиболее трудоемкого (ведущей) создания детали из числа тех, которые используются в первичных операциях производственного процесса.

Величина производственного цикла детали или изделия может быть задана по формуле[4. c158-159]:

Тц.п = Тц.д + Тц.б

где Тц.д -- длительность производственного цикла изготовления ведущей детали, календ. дн.;

Тц.б -- длительность производственного цикла сборочных и испытательных работ, календ. дн.

Наиболее эффективной с экономической точки зрения является форма организации производственного процесса в виде поточного производства, к основным признакам которого относятся [8, с. 256-258]:

· закрепление одного или определенного числа наименований изделий за установленной группой рабочих процессов;

· ритмическая повторяемость связанных на временном пространстве технологических и вспомогательных процессов;

· специализация рабочих процессов;

· формирование оборудования и рабочих мест по ходу технологического процесса;

· применение специальных транспортных средств для межоперационной передачи изделий.

Главным элементом автоматизированного производства являются автоматические поточные линии (АПЛ).

Автоматическая поточная линия представляет собой комплекс автоматического оборудования, которое расположено в установленной технологической последовательности исполнения операций. Поточная линия связанна автоматической транспортной сетью и системой автоматического управления и обеспечивает автоматическую переработку исходных материалов (заготовок) в готовую продукцию. Во время работы на автоматической поточной линии рабочий осуществляет функции наладки и контроля работы оборудования, а также функцию загрузки линии заготовками. Основные признаки автоматической поточной линии:

· автоматическое исполнение технологических операций (без участия человека);

· автоматическое перемещение изделия между отдельными агрегатами линии.

Автоматические комплексы с замкнутым циклом производства изделия представляют собой ряд связанных между собой автоматическими транспортными и погрузо-разгрузочными устройствами производственных линий.

Автоматизированные участки (цехи) содержат в себе автономные автоматические комплексы, автоматические поточные линии, автоматические транспортные системы, автоматические системы контроля качества, автоматические складские системы; автоматические системы управления и т.д.

В условиях постоянно изменяющихся условий и нестабильности рынка (тем более многономенклатурного производства) становится важной целью повышение гибкости (многофункциональности) автоматизированного производства. Это требуется для того чтобы максимально удовлетворять требования, нужды и запросы потребителей, осуществляя при этом выпуск новой продукции быстро и с минимальными затратами.

Автоматические поточные линии становятся более эффективными, применяясь в массовом производстве.

Быстрая сменяемость продукции и требования к ее дешевизне при высоком качестве приводит к противоречию:

· с одной стороны, низкие производственные издержки (при прочих равных условиях) обеспечиваются применением автоматических линий, специального оборудования;

· с другой стороны, проектирование и изготовление такого оборудования нередко превышают 1,5-2 года (даже в настоящих условиях), то есть к моменту начала выпуска изделия оно уже морально устаревает.

В целях повышения уровня непрерывности производственного процесса и уменьшения продолжительности цикла достигаются путем повышения технического уровня производства и мерами организационного характера. Оба варианты взаимосвязаны и дополняют друг друга.

Техническое совершенствование производства возможно путем внедрения новых технологий, прогрессивного оборудования и новых транспортных средств. Это приводит к сокращению цикла производства за счет уменьшения трудоемкости собственно технологических и контрольных операций, уменьшения времени на перемещение предметов труда.

Организационные мероприятия предусматривают [2, с. 231-233]:

· сведение к минимуму перерывов, которые вызываются межоперационными пролеживаниями, и перерывов между партиями за счет применения параллельного или параллельно-последовательного методов движения предметов труда и улучшения системы планирования;

· построение графиков комбинирования дифференцированных производственных процессов, обуславливающих частичное совмещение во времени выполнения смежных работ и операций;

· уменьшение перерывов ожидания, основывающихся на построения оптимизированных планов-графиков изготовления продукции и рационального запуска деталей в производство;

· использование предметно-замкнутых или подетально-специализированных производственных участков, создание которых уменьшает длину внутрицеховых и межцеховых маршрутов и сокращает затраты времени на транспортировку.

Глава 2. Моделирования производственного процесса компании

2.1 Понятие моделирования

Моделирование представляет собой один из важнейших инструментов познания и изучения окружающего мира. Процесс моделирования возможно разделить на два больших этапа. Это разработка самой модели и ее последующее исследование. Моделирование позволяет изучать сути сложных процессов и явлений при помощи экспериментов не с реальной существующей системой, а с ее моделью. Следует уточнить, что в большинстве вариантов при принятии разумного и адекватного решения по организации работы системы нет необходимости знать абсолютно все характеристик системы, а достаточно исследовать ее упрощенное, приближенное представление. [3, 52-53]

В процессе создания новых систем моделирование представляет собой средство исследования важных характеристик создаваемой системы на самых ранних этапах ее разработки. Процесс моделирование позволяет изучать узкие и сложные места будущей системы, ресурсы ограничивающие производительность, затем оценит производительность, стоимость, пропускную способность - все главные характеристики системы до того, как она система будет внедрена на производство. Используя инструменты моделирования, возможна разработка оптимального операционного плана и расписания функционирования существующих сложных систем. В производственных системах моделирование используется как один из основных инструментов сравнения разных вариантов управляющих решений и поиска наиболее релевантного из них для решения как на микроэкономическом уровне, в пределах компании, так и на макроэкономическом уровне.

Модели сложных систем чаще всего строятся в виде программ, которые осуществляются с помощью компьютерных технологий. Компьютерное моделирование осуществляется почти 50 лет, оно возникло с появлением первых персональных компьютеров. С тех пор существуют перекрывающиеся области компьютерного моделирования, характеризующие как математическое моделирование и имитационное моделирование. [3, c. 111-113]

Математическое моделирование связано с построением математических моделей физических или экономических явлений, с созданием и обоснованием численных методов. Возможно выделение академической трактовки моделирования как области вычислительной математики, которая является традиционной для прикладных математиков. В России сложилась сильная школа в этой области: НИИ Математического Моделирования РАН - головная организация, Научный Совет РАН по проблеме «Математическое моделирование», издается журнал «Математическое моделирование» (www.imamod.ru).

Таблица 1

Методы моделирования [14, с. 56-57]

Метод	Описание	Область применения	Достоинства метода	Недостатки метода
Математическое моделирование	Создается математический «эквивалент» процесса или объекта, характеризующий его основные свойства.	Все процессы, подверженные математическому описанию.	Обширная область применения.	Часто достаточно сложно создать модель, адекватно учитывающую все факторы.
Статистическое моделирование	Модель строится на основании статистических закономерностей.	Процессы, использующие массив статистических данных.	Метод точен и прост в применении при наличии адекватных данных.	Большие требования к статистическим данным.
Метод	Описание	Область применения	Достоинства метода	Недостатки метода
Экономико-математическое моделирование	Раздел состоит из математических методов для решения экономических задач.	Экономические процессы.	Метод способен моделировать экономические процессы.	Узкая область применения.
Имитационное моделирование	Исследуемая система характеризуется моделью в точности, отражающей реальную систему, с полученной моделью проводятся эксперименты.	Метод используется при дороговизне или невозможности использовать реальную систему.	Создается максимально приближенная к реальности модель, есть возможность управлять временем и другими ее характеристиками системы.	Существует сложность при описании всех условий и требований системы.
Физическое моделирование	Экспериментальное моделированное, основанное на физическом подобии модели.	Применяется при невозможности применения аналитического метода.	Область применения, недоступная другим методам.	Метод дает надежные результаты лишь при соблюдении физического подобия модели.
Натуральное моделирование	Моделью является материально или мысленно представляемый объект, в достаточной степени повторяющий свойства.	Применяется для проведения ряда тестов над моделью. Примеры - различные этапы прототипирования на производстве.	Возможность протестировать объекты моделирования в реальных условиях.	Высокие затраты на создание.

Математическое моделирование - наиболее широкий раздел моделирования. Метод не требует больших затрат на проведение (например, как физическое или натурное моделирование), а с ростом производительности ПК проведение расчетов перестало занимать много времени.

Методы математического моделирования:

· Линейное программирование

· Нелинейное программирование

· Динамическое программирование

· Сетевые задачи

· Вероятностные оптимизационные модели

· Целочисленное программирование

· Имитационное моделирование

В процессе линейного программирования создается система линейных уравнений с требуемыми ограничениями. Пример задачи линейного программирования - распределения ресурсов. Основными плюсами метода являются простота, возможность быстро получить решение без применения ЭВМ. В результате правильной постановки задачи обеспечивается необходимая точность решения. Минусом данного метода является узкий круг решаемых задач - только малая часть реальных процессов линейна, в других системах использование приводит к излишней аппроксимации.

В ходе нелинейного программирования создается система нелинейных уравнений с ограничениями. Пример задачи - управление процессом производства или прибыль, полученная от реализации продукции. Достоинства метода - возможность задавать зависимости переменных (например, влияние объема продаж на цену). Недостатки метода- возрастающая сложность решения и необходимость большого массива данных.

Нелинейное программирование может применяться, когда зависимости между величинами нельзя выразить линейно. Примером, служит случай, когда на предприятии в течение нескольких лет наблюдается постоянный прирост количества выпускаемой продукции, который при этом отстает от роста трудозатрат, в то время как темпы роста величины объема отходов его обгоняют. Следующим примером является компания, которой следует оплатить выставленный счет за электроэнергию в варианте, когда расчеты происходят по нелинейно заданной формуле, которая учитывает среднесуточный расход и «пиковую» потребность в энергии. При такой ситуации компания получает сведения о нелинейной составляющей затрат из договора о ставках оплаты, который был заключен с компанией, занимающейся энергоснабжением.

Кроме того, нелинейность используется в модели программирования и в других случаях, например [14, с 301]:

1. Создание бензиновых смесей. В модели приготовления бензина какого-либо химического состава из отдельных фракций, которые были получены в результате перегона нефти, существуют нелинейные ограничения для октановых чисел смеси. Эта характеристика качества нелинейно зависит от количества тетраэтилового свинца, добавляемого к смеси.

2. Управление производственным процессом компании. При рассмотрении модели металлургического завода величина переменной, обуславливающей температуру в доменной печи, может быть задана функцией других переменных, которые соответствуют количеству требуемого тепла и временным показателям процесса. Таким образом, каждая из этих переменных имеет место в других ограничениях, а также в целевой функции.

3. Выручка от реализации готовой продукции. Обычно спрос на готовую продукцию компании в некоторой степени зависит от цен реализации, при этом, не смотря на аналогичное снижение цен конкурентами. Таким образом, чем ниже цена продукта, тем выше становится объем реализации. Это значит, что выручка от реализации готовой продукции изменяется не пропорционально цене, и подобное обстоятельство возможно отразить в целевой функции многопродуктовой модели при помощью нелинейной зависимости. Для упрощения и иллюстрации примем, что х(р) это объем реализации, который зависит от цены р; тогда выручка от реализации станет равна функции рх(р). Далее пусть на представляющем интерес интервале изменения цены функция объема реализации от цены линейна, т. е. имеет вид х (р) = ap + b .Таким образом слагаемые в целевой функции, характеризующие выручку от реализации, являются квадратичными относительно управляющей переменной цены р и имеют вид (ар²+bр).

Пока не существует универсального метода решения задач нелинейного программирования. Задачи легко описываются системой уравнений, но методы решений крайне громоздки, фактически почти всегда для решения используется ЭВМ.

В процессе динамического программирования, как правило, составляется сетевая модель. Пример - модель распределения усилий. Область применения метода - многоэтапные задачи. В результате решения задачи создается рекуррентное выражение, которое выражает шаги, которые следует принимать на любом этапе. Достоинства метода - позволяется принимать адекватное решение несколько раз, исключая вмешательство человека. Это происходит на основе рекуррентного выражения - то есть с помочью ЭВМ. Недостаток метода - узкий круг решаемых задач, сложность составления рекуррентного выражения.

Сетевые задачи - частный случай задач линейного программирования. Для описания модели используется граф. Основным примером сетевой задачи является транспортная задача. Чаще всего сетевой метод становится удобным при графическом описании оптимизационных задач и может применяться для сложных (тысячи переменных и сотни ограничений) задач. Графический механизм удобен для использования в описании задач линейного программирования. Способность учитывать при решении транспортной задачи сезонности, пропускной способности, переменной мощности поставщиков и т.п. Большинство задач, решаемых данным методом, являются вариациями транспортной задачи.

Вероятностные оптимизационные модели это метод, учитывающий вероятностную компоненту. Включает в себя вероятностные модели управления запасами и системы массового обслуживания. Область применения метода - любые модели, для описания которых требуются случайные величины. Достоинства данного метода - вместо излишнего усложнения модели вводятся вероятности событий, что позволяет решать сложные задачи, не решаемые другими методами. Недостаток метода - Сложность решения без ЭВМ.

Значительное число оптимизационных задач имеют ограничение в целочисленном решении. Для их решения нужны особые алгоритмы. Пример - задача коммивояжера. Область применения - круг задач, требующий целочисленного решения. Достоинства метода - метод позволяет решать комбинаторные задачи.

Нередко возможны условия, при которых модель планирования включает некоторое количество целочисленных переменных. Например [14, с. 198-200]:

1. Использование оборудования. Предположим, что переменными Х следует обусловить единицы оборудования, которые функционируют в течение рассматриваемого периода времени, который описывается моделью. Таким образом, когда все единицы оборудования характеризуются большой мощностью и высокой стоимостью, то значение переменной X, например 20/3, возможно потеряет смысл и окажется невыполнимым в условиях реальной задачи принятия решения. При подобном варианте на значения величин X накладывается требование целочисленности.

2. Размеры партий. В случае разработки определенных производственных планов на значения X могут накладываться некоторые ограничения следующего вида X ?0 или X ? L. Так величина X может обуславливать объем выпуска конкретных товаров, который следует изготовить в рамках периода времени t, и L представляет собой минимум возможного объема партии данных товаров. Данное ограничение является примером условия вида «или -- или», которое можно формально ввести в модель при помощи целочисленных переменных X и L.

3. Решения типа «да--нет». В некоторых случаях может возникнуть потребность в определении ситуаций А или С. Для подобной цели на переменные X налагаются ограничения Х = 1 или Х = 0, соответствующие вариантам «принять» или «отвергнуть». Это следует определить основной причиной, обуславливающей, по какой причине целочисленное.

Общий алгоритм решения задач целочисленного программирования обязан исключать требования явного перебора всех допустимых альтернатив. Поэтому требуются методы, которые обеспечивают только частичный перебор относительно небольшого количества возможных случаев и вариантов и неявный перебор всех остальных. Так симплексный метод, который применяется в решении обычных задач линейного программирования, обуславливается такими свойствами.

В рекуррентных соотношениях, которые применяются в методе динамического программирования, используют принцип оптимальности, который позволяет устранять требование перебора абсолютно всех допустимых решений. Так эффективность данных методов оптимизации, базируемых только лишь на частичном переборе, характеризует постановку задачи поиска подобных подходов к постановке и решению задач, использующих целочисленного программирование.

В практической деятельности основной целью построения модели является поиск решения некоторой проблемы реального мира, которую дорого или невозможно решать, проводя эксперимент с реальными объектами. На рисунке 7 представлены эти два пути решения проблемы: прямой путь решения проблемы, которые основывается на проведение экспериментов с реальными объектами. Этот вариант может быть заменен экспериментом, который проводится с абстрактной моделью. При этом оба пути могут привести к решению вопроса, но при помощи моделирования такое решение находится значительно проще и дешевле. [3, с. 116-118]

Имитационное моделирование - это компьютерная разработка и выполнение программной системы, которая отражает поведение и структуру моделируемого объекта. Компьютерный эксперимент с моделью состоит в выполнении данной программы с разными значениями параметров (исходных данных) и анализе результатов выполнения моделирования.