Об одном методе решения оперативного производственного

ОБ ОДНОМ МЕТОДЕ РЕШЕНИЯ
ОПЕРАТИВНОГО ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
РЕМОНТНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
В. Е. Соколов
ПетрГУ, Петрозаводск
Потенциальные и реальные успехи преобразования российской экономики,
обусловленные становлением рыночных форм хозяйствования, во многом зависят от
масштабов использования современных систем и методов разработки стратегии развития
предприятия, прогнозирования, планирования и регулирования производства, а также
адекватных новым условиям экономико-математических моделей и наиболее эффективных
методов их реализации. В рыночных условиях хозяйствования предъявляются более
высокие требования к уровню научной обоснованности различных видов прогнозов и
планов (перспективных и текущих). В литературе представлено много экономикоматематических моделей, задач оптимизации и расчета статистических характеристик
моделей, однако на практике такие задачи используются редко, ввиду не всегда полной
адекватности моделей и реальной ситуации, недостаточной обеспеченности точной
информацией, неудобных или недостаточно информативных форм вывода результатов
расчетов.
Данная статья основана на многолетнем участии автора в разработке и внедрении в
производство
системы
оперативного
планирования
ремонтно-механического
производства ОАО "Архангельский целлюлозно-бумажный комбинат".
1. Оперативное производственное планирование
Оперативное производственное планирование реализует один из этапов
производственного
планирования.
Оно
моделирует
развертывание
хода
производственного процесса применительно к конкретным рабочим позициям в течение
короткого периода рабочего времени (в пределах 2–3 дней). А также имитирует
управляющие решения, которые должны будут приниматься для ведения
производственного
процесса.
Оперативное
планирование
заключается
в
централизованном расчете согласованных, детализированных графиков работы
оборудования и производственных бригад на основании производственной программы,
режимов работы и графиков останова на ремонт основного технологического
оборудования. В подсистеме составления графика рабочего времени необходимо
представить три режима работы:
1. Ручной – подсистема оперативного планирования должна ранжировать заказы по
некоторым признакам и инициировать диалог с пользователем, предлагая ему выстроить
план-график выполнения заказов, в ходе которого следует проверка на корректность ввода
информации, интерпретация и выполнение директив пользователя.
2. Автоматический – подсистема оперативного планирования должна предоставлять
пользователю возможность проверить корректность исходных данных, после чего
формирует график рабочего времени в автоматическом режиме.
3. Смешанный – подсистема оперативного планирования должна ранжировать
заказы по некоторым признакам и предлагать пользователю построить план-график
выполнения некоторых заказов вручную, после чего для оставшихся заказов план-график
строится автоматически.
Работа подсистемы оперативного производственного планирования должна быть
возможна только после проведения процедур расчета планирования потребностей в
материальных ресурсах и планирования потребностей в производственных мощностях.
Входной информацией для подсистемы оперативного производственного
планирования является плановый массив производственных заказов, обработанный
подсистемами планирования потребности в материалах и потребности в
производственных мощностях.
На выходе подсистема должна составить график запуска в производство заказов
и(или) их очередных технологических операций.
Основные цели решения задачи оперативного планирования:
1. Определение очередности запуска и выполнения заказов;
2. Распределение работ между бригадами, участками, рабочими, оборудованием;
3. Составление расписания работы оборудования и производственных бригад,
уточненный расчет плановой загрузки и сроков возможных простоев;
4. Составление графиков пооперационной обработки заказов;
5. Формирование календарных графиков потребности в инструменте различного
вида, вспомогательных материалов, переналадки оборудования;
6. Составление
уточненного
графика
приема-сдачи
работ
смежными
производствами;
7. Построение графика резервов и возможных простоев оборудования и персонала (в
том числе и для планирования профилактических работ, отгулов и выходных персонала).
Традиционным способом распределения работ (операций) по рабочим позициям в
нужной последовательности и в соответствующие моменты времени является составление
диаграммы Ганта. Для этого на временных осях откладываются отрезки времени, равные
длительностям выполнения операций по соответствующим рабочим позициям.
1
Рабочая
позиция 3
2
3
3
Рабочая
позиция 2
3
Рабочая
позиция 1
t
1
2
1
1
2
2
t
t
3
4
t
t
5
t
T
6
Рис. 2. Диаграмма Ганта. Выполнение 3 заказов тремя рабочими позициями
При освобождении рабочей позиции рассматривается очередь операций, готовых к
обработке на данной рабочей позиции ("фронт работ" данной рабочей позиции), и одна из
этих операций назначается на обработку в соответствии с установленным приоритетным
правилом назначения. Очередь операций заранее разбита на ранги в соответствии со
срочностью заказов. Поэтому выбор осуществляется сначала между рангами, а затем –
внутри
выбранного
ранга
в соответствии с приоритетными правилами.
Процедура составления расписания состоит из двух функционально разных этапов.
На первом этапе формируются информационные массивы, необходимые для
реализации оперативного планирования.
1.1. Формируется массив групп технологически одинакового оборудования.
– В случае станков и агрегатов каждая группа объединяет оборудование с
одинаковыми технологическими данными, но не обязательно сходное по остальным
признакам (размерам рабочего стола, скоростью обработки, уровнем точности обработки
и др.).
– В случае производственных бригад каждая группа объединяет специалистов с
одинаковыми специальностями, также без учета остальных признаков.
1.2. Формируется массив размеров технологически одинаковых станков от меньших
к большим, для разгрузки меньших станков большими.
1.3. Формируется массив пар "станочник – станок" для создания связи станочника со
станками. Один станочник может одновременно либо последовательно обслуживать
несколько станков (в зависимости от типа станка – с ЧПУ либо механический).
1.4. Формируется массив связей "рабочий – номенклатурные группы", который
формирует приоритетность обработки каких-либо групп номенклатуры рабочим (в случае
обработки на технологическом оборудовании) либо бригадой (в случае ремонтных
бригад).
1.5. Формируется массив групп операций.
– Для оборудования, операции, которые выполняются на технологически
одинаковом оборудовании.
– Для производственных бригад, операции, которые выполняются специалистами
одного определенного профиля.
1.6. Формируется массив связей "рабочий – бригада", для связи рабочего с бригадой.
1.7. Формируется массив производственного временного графика работы, где
указаны время начала и окончания работы производственного персонала в течение
планируемого периода, а также продолжительность работы, технологические остановы,
перерывы на обед, отгулы и отпуска.
1.8. Формируется массив незавершенного производства для определения стадии
выполнения заказов.
1.9. Формируется массив технологических маршрутов заказов для дальнейшего
назначения технологическим операциям исполнителя.
На втором этапе требуется осуществлять собственно формирование расписания в
виде следующей процедуры.
2.1. Из массива заказов требуется выбрать все заказы, которые находятся в плановом
журнале, сформированном процедурой объемного планирования и проверенном
процедурами планирования потребности в материалах и потребности в мощностях.
2.2. Из отобранных заказов исключаются те, которые к началу периода
планирования не обеспечены инструментом, приспособлениями и другими необходимыми
компонентами.
2.3. Из оставшихся заказов формируются очереди к группам агрегатов и
упорядочиваются по рангам срочности и с учетом дисциплины назначения. Определяются
начальные моменты запуска заказов в производство, т. е. формирование очередей к группам
оборудования, а именно:
– для заказов, у которых еще не начиналась первая операция, возможный момент
начала первой операции определяется поступлением заготовок, от него отсчитывается
продолжительность настройки, чем определяется момент готовности к запуску. Началом
отрезка планирования определяется момент готовности к выполнению очередной
операции у незавершенного производства, если предыдущая операция полностью
выполнена до начала отрезка планирования;
– для заказов незавершенного производства, если предыдущая операция выполнена
не полностью до начала отрезка планирования, то момент готовности к началу текущей
операции определяется по завершению выполняемой операции.
Таким образом, для всех имеющихся заказов формируются моменты их готовности к
очередным операциям.
2.4. Определяется ранее других освобождающаяся рабочая позиция на основании
информации 3-го этапа, и для него из очереди выбирается наиболее высокий по рангу
(первый в очереди) заказ.
2.5. По графику работы рабочей позиции и продолжительности операций с учетом
времени настройки определяют момент окончания операции (освобождения рабочей
позиции).
2.6. Если эта операция является последней в технологическом маршруте, то данный
заказ исключается из очереди. Если эта операция не является последней, то в массиве
заказов для последующей операции формируется такая же информация, как и на первом
этапе составления расписания, то есть определяются момент готовности заказа к
следующей операции и наиболее ранний момент готовности заказа к настройке на
обработку на следующей операции.
2.7. Регистрируется новый момент освобождения данной рабочей позиции, и в этой
группе оборудования идентифицируется новая рабочая позиция, освобождающаяся
первой от ранее назначенной работы, и определяется момент ее освобождения.
2.8. Для каждого заказа из очереди определяется момент окончания операции и
формируется такая же информация, как и в п. 2.6.
2. Методика работы оперативно-производственного планирования
Подсистема оперативно-производственного планирования должна запускаться
только после формирования месячного производственного плана по подразделениям,
плана потребностей в материалах, плана потребности в производственных мощностях и
формирования необходимых справочных данных.
На первом этапе работы пользователь готовит справочные массивы данных,
описанные выше, для последующей работы оперативного планирования.
Второй этап – планирование и составление производственного расписания.
На вход подсистеме оперативно-производственного планирования поступают заказы
на изготовление, реставрацию и ремонт различных деталей и механизмов с несколькими
уровнями срочности, отобранные подсистемой объемного планирования. Все уровни
срочности можно объединить в три блока с пропорциональным количеством заказов:
экстренный, срочный, текущий. Экстренные заказы требуют немедленного выполнения.
Как правило, это незавершенные детали и механизмы, уже находящиеся в производстве,
либо детали и механизмы, из-за которых встало основное производство. Выполнение
экстренных заказов планируется в первую очередь, и дата начала выполнения ставится как
можно ближе к начальному сроку планирования. Срочные заказы должны быть исполнены
в течение заданного периода планирования. К срочным заказам относятся обычно плановые
заказы, выполнение которых не было начато в текущем периоде объемного планирования.
Текущие заказы выполняются исходя из оставшегося фонда рабочего времени после
выполнения экстренных и срочных заказов. Обычно текущими заказами становятся заказы,
выполнение которых не столь срочно в периоде планирования объемного плана.
Кроме срочности, приоритетами у заказов могут выступать:
– Лимитирующие операции – операции, очередь к которым максимальна,
вследствие этого будут происходить простои заказов. Чтобы избежать этих простоев,
подсистема должна дать большие приоритеты тем заказам, которые не используют данные
лимитирующие операции, либо время выполнения лимитирующих операций
несущественно.
– Равномерная загрузка производственных бригад и оборудования – некоторое
оборудование и бригады, выполняющие специфические операции, могут остаться
недозагруженными вследствие большого числа однотипных заказов. Чтобы избежать
простоев такого оборудования и бригад, система должна дать больший приоритет заказам,
имеющим в своем производстве максимальное суммарно-временное количество операций,
ориентированных на данное оборудование и бригады.
– Уменьшение количества незавершенного производства – заказам, которые уже
находятся в производстве, подсистема должна дать максимальный приоритет. Вследствие
чего в первую очередь назначения в производство получат незавершенные заказы
прошлых периодов планирования, а вновь поступившие заказы будут выполнены только
исходя из неполной загруженности оборудования и производственных бригад.
– Количество операций (количество деталей) – производство заказов может быть
растянуто по времени из-за большого количества деталей либо операций. Для скорейшего
выполнения таких заказов подсистема должна дать наибольший приоритет таким заказам.
– Жесткость сроков – заказы, у которых дата начала выполнения или дата
завершения жестко фиксированы, то есть запаздывание выполнения данных заказов
может обернуться штрафом для производства.
Следующий этап работы подсистемы – планирование. Как было сказано выше,
планирование происходит двумя способами: с помощью ручного режима либо в
автоматическом режиме. Поскольку данные способы планирования сильно отличаются
друг от друга, необходимо разделить их работу.
Ручной режим планирования
Для пользователя система должна сформировать ранжированный список
выполняемых заказов на заданный период планирования. Для этого система должна
произвести анализ заказов, используя приоритеты, которые желает учесть пользователь и
вывести их в виде журнала, сортированного по приоритетам. На первое место требуется
поставить заказы, максимально удовлетворяющие выбранным приоритетам, в конце –
заказы, минимально им удовлетворяющие.
Далее пользователь выбирает заказы и планирует их производство.
Пользователю подсистема должна развернуть список операций, которые необходимо
выполнить в плановый период с назначенными исполнителями операций, максимально
подходящими для данной операции, по мнению подсистемы. В случае если пользователю
по каким-либо причинам не нравится выбор подсистемы, он вправе сам произвести
назначение. Для этого подсистема должна развернуть список возможных исполнителей
выбранной операции, и сроки либо временные промежутки, когда данные исполнители
могут приступить к выполнению операции. После назначения всех исполнителей на все
операции подсистема должна предложить пользователю сохранить выполненные
назначения либо выйти, не сохранив назначения, тем самым определив, что данный заказ
либо не будет выполнен в плановый период, либо его назначения будут произведены
позднее.
Заказы, получившие назначения, должны быть помечены подсистемой для
исключения повторной работы с ними. При этом подсистема должна предоставлять
возможность пользователю в любой момент времени отказаться от выбранного
назначения.
Проходя последовательно все заказы, пользователь сформирует план на
планируемый период.
Автоматический режим планирования
Пользователь в ручном режиме может произвести все назначения для заказов
самостоятельно, однако это достаточно продолжительная по времени процедура,
учитывая, что количество заказов на отдельных участках может достигать 400–500 штук, а
время обработки каждого из них несколько минут (часов). Чтобы уменьшить время
обработки заказов, подсистема должна предлагать выполнение назначений в
автоматическом режиме.
Автоматический режим должен работать на основе выбранного критерия
оптимизации. Заказы, которые перед началом работы алгоритма должны будут получить
свои приоритеты, последовательно пройдут режим назначения исполнителей операций от
заказов с максимальным приоритетом к заказам с минимальным. В отличие от ручного
режима, исполнители не отображаются на экране для выбора их пользователем, а
заносятся в график работ автоматически. Порядок назначения выполнения операций
заказов можно посмотреть в форме работы ручного режима и произвести корректировку в
случае несогласия пользователя со сделанными назначениями.
Смешанный режим планирования
После назначения в ручном режиме наиболее приоритетных для пользователя
заказов подсистема должна предложить ему закончить планирование в автоматическом
режиме, сохранив назначения, которые были произведены ранее. Этот режим работы
должен представлять наибольший интерес для пользователя, работающего с подсистемой
оперативного планирования. Поскольку все заказы, которые пользователь считает для
себя приоритетными, возможно планировать в ручном режиме, а для остальных заказов
предложить составить план их выполнения самой подсистеме, в автоматическом режиме.
Закончив этап оперативного планирования, подсистема должна дать возможность
оценить результаты расчетов с помощью следующих отчетов:
– Загрузка оборудования (станков, бригад);
– Период выполнения заказов;
– Сопроводительные листы;
– График работы ОТК;
– Индивидуальные графики работы;
– График простоев персонала.