Формализованное описание производственных систем

Основу производственных систем составляют производственные процессы, которые ориентированы на выпуск разнообразной продукции или изделий, которые могут изготавливаться в дискретном или непрерывном поточном производстве. Такие операции, как разделение на группы, объединение групп, сборка, разборка, монтаж, контроль качества и устранение брака представляют собой типичные функции, реализованные дискретными производственными процессами.

Современные производственные системы основаны на использовании большого разнообразия технологических процессов, видов оборудования, способов организации. Естественно, что возникает проблема создания математической модели, с помощью которой можно было бы единообразно описать производственную систему. Поэтому необходимо систематизировать основные подходы к созданию математического обеспечения автоматизированных систем управления производственными системами.

Для того чтобы точно промоделировать производственный процесс, модель должна отслеживать информацию по ходу технологического процесса для каждого выпускаемого продукта. Кроме того, в модели необходимо учитывать правила построения очередей, последовательность выполнения операций, которые задаются при проектировании технологического процесса, а также простои. Иногда при моделировании важно воссоздать расписание работы персонала во времени. Таким образом, моделирование должно наиболее точно воссоздавать процессы, которые наблюдаются на практике.

Моделирование производственных систем нацелено на определение оптимальных параметров и режимов работы или наиболее подходящей структуры производственного процесса. Используя моделирование, можно уточнять и определять вероятностные закономерности, выявлять конкретные взаимосвязи и взаимоотношения (например, между степенью загрузки производственного участка, средним временем простоя заготовок и необходимым средним временем технологической операции).

Технологические производственные системы разделяют на отдельные элементы: технологические агрегаты, испытательные стенды, транспортные средства, рабочие места, склады и т.п. Производственный процесс «движется» сквозь эти элементы и «потребляет» производственные ресурсы во времени (при выполнении операции).

Таким образом, производственный процесс отображается как некоторый материальный поток, объединяющий все без исключения продукты, которые есть в производственной системе. Все операции, которые выполняются с некоторым материальным потоком, связаны с задержками по времени выполнения операции, независимо от того, изменяется ли состояние продукта в потоке.

При разработке математических моделей можно выделить два подхода.

Первый, формально-математический, заключается в формализованном описании объектов производственной системы и отношений между ними. Естественно, что это описание будет носить более или менее идеализированный характер в той или иной степени отражающее реальные условия функционирования предприятия.

А так как разработка любой модели начинается с формирования исходных данных и выбора ограничений то необходим второй подход, связанный с интерпретацией, т.е. как осуществлять переход от реальных явлений, характерных для производственной системы, к формализованным понятиям и обратно.

Здесь следует отметить, что практика функционирования предприятия является результатом деятельности различных специалистов, использующих в своей деятельности различные подходы описания процессов своей деятельности и большое разнообразие нормативных документов (ГОСТы, как российские, так и ISO, руководящие материалы, отраслевые стандарты и т.д.).

Условно предприятие можно разделить на материально-производственную систему (собственно производство) и информационно-управляющую систему, основанную на определенных экономических принципах функционирования. Деятельность производства связана с выполнением функциональных обязанностей работников производства и средств производства, а информационно управляющая система – с работниками управления и информационно-управляющими системами. Качественно различные виды работников, средства производства и перерабатываемых продуктов назовем ингредиентами.

Множество ингредиентов предполагается конечным, откуда вытекает возможность дать каждому его элементу номер (код). Список наименований ингредиентов и их номеров обычно называют классификатором. При наличии классификатора любой ингредиент, участвующий в процессе производства может быть опознан только по своему индексу.

Составление классификатора является необходимым неформальным этапом в построении модели. Само предположение о возможности составления конечного классификатора является идеализацией. Оно по существу эквивалентно предположению о нали­чии заранее установленных квалификационных шкал (шкал сортности), задающих конечное разбиение на, вообще говоря, бесконечном множестве качественных различий ингредиентов, фигури­рующих на реальном предприятии. Различное построение шкал приводит к различным множествам ингредиентов, различному агрегированию. Однако при построении модели следует считать заданными правила классификации, что, конечно, не исключает возможности дальнейшей формальной группировки какого-либо подмножества исходных ингредиентов в один ингредиент (формального агрегирования).

Таким образом, в дальнейшем предполагается заданным конечное множество (список, массив) ингредиентов производства.

Процесс производства будем описывать в терминах отношений между ингредиентами, называемых технологическими операциями.

Множество операций, возможных в данном производстве, будем называть технологическим множеством и предполагать его конечным, так что каждой операции может быть сопоставлен ее номер. Каждая операция характеризуется через отношение следующих групп (подмножеств) ингредиентов:

а) работники — исполнители;

б) технические средства;

в) затрачиваемые в операции (входные) и

г) выпускаемые в операции (выходные) ингредиенты.

Ингредиенты, затрачиваемые или выпускаемые хотя бы в одной операции, будем называть продуктами.

Цель производства состоит в выпуске продуктов, которые могут быть использованы вне его, внешними потребителями.

Такие продукты назовем конечными или выходными. Для каждого конечного продукта может быть указана одна или несколько технологических схем его получения из исходных, входных продуктов, получаемых предприятием извне, от его внешних поставщиков.

Технологическая схема представляет собой логически упорядоченный набор операций, в ходе каждой из которых выпускается либо конечный продукт, либо промежуточные продукты, подлежащие последовательному преобразованию в конечный с помощью других операций схемы.

Различные технологические схемы получения одного и того же продукта и даже технологические схемы получения разных продуктов могут включать и общие одинаковые операции. Объединение технологических схем получения всех конечных продуктов назовем технологией производства. Структура технологии может быть описана, например, графически в виде технологической сети, где прямоугольниками (или кружками) обозначены операции, а стрелки, связывающие прямоугольники, означают продукты, выпускаемые в одной операции и затрачиваемые в другой.

Для изготовления изделий высокого качества и в необходимых количествах, а также экономичных при изготовлении и эксплуатации необходимо надлежащим образом организовать производственный процессих изготовления.

Производственный процесс (ГОСТ 14.004-83 «Технологическая подготовка производства. Термины и определения основных понятий») – совокупность всех действий людей и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления и ремонта продукции. В широком понимании, называют совокупность действий, в результате которых конструируются изделия, создаются материалы и полуфабрикаты, в последствии превращаемые в готовые изделия методами и средствами, которыми располагает технология.

Процесс производства основан на реализации технологических процессов, разрабатываемых для изготовления тех или иных изделий (продукции), выпускаемых предприятием.

Выпуск нового продукта на основе разработанной конструкции возможен лишь при наличии тщательно проработанной технологической документации и с использование средств технологического оснащения производственных процессов. Технологическое обеспечение нового производства осуществляется в рамках самостоятельного комплекса работ, составляющих содержание технологической подготовки производства.

Технологическая подготовка производства (ТПП) по ГОСТ 14.004-83 – это совокупность взаимосвязанных процессов, которые обеспечивают технологическую готовность предприятия, при наличии полных комплектов конструкторской и технологической документации, к выпуску изделий заданного уровня качества при установленных сроках, объема выпуска и затратах, включает целый комплекс организационно-технических мероприятий, которые реализуются заводом до запуска в серийное производство нового образца какого-либо продукта.

Организация ТПП направлена на формирование структуры технологической подготовки производства и подготовку информационного, математического и технического обеспечения, необходимого для выполнения функций технологической подготовки производства.

Задача технологической подготовки производства состоит в освоении нового образца продукта в серийном производстве, в наиболее короткие сроки, обеспечивая требуемое качество и плановые технико-экономические характеристики:

· планируемую трудоёмкость;

· планируемую себестоимость;

· уровень автоматизации и механизации;

· а, главное, качество.

Целью ТПП согласно ГОСТ Р 50995.3.1-96 «Технологическое обеспечение создания продукции. Технологическая подготовка производства» является оптимальное по срокам и ресурсам обеспечение технологической готовности производства к изготовлению продукта в соответствии с требованиями заказчика или рынка данного класса продуктов.

ТПП при технологическом обеспечении взаимосвязана со стадиями жизненного цикла продукции и предусматривает проведение работ при проектировании продукта, изготовлении опытных образцов и единичных продуктов, постановке на производство серийных продуктов и направлена на:

· рациональное по срокам и ресурсам совмещение стадий разработки продуктов и подготовки их производства;

· формирование определяющих (принципиальных) технологических и организационных решений по производству продуктов в процессе их проектирования;

· выявление и решение принципиальных проблем технологии, применения материалов и организации производства до начала изготовления продуктов для приемочных испытаний;

· своевременное обеспечение производства качественными технологическими процессами, материалами, комплектующими изделиями, средствами технологического оснащения на основе использования, при их создании или приобретении, информационных массивов описаний конструкторско-технологических решений;

· своевременное обеспечение исходной технологической информацией материально-технических и организационно-экономических процессов подготовки производства, в том числе реконструкции, расширения или нового строительства;

· создание условий для организационной, информационной и технической совместимости работ ТПП, проводимых на стадиях разработки и постановки изделий на производство различными исполнителями.

Основу ТПП составляет разработка технологического процесса, реализация которого и позволяет производителю выпускать на рынок продукцию. Качество продукции напрямую зависит от качество разработки технологического процесса и его реализации.

Технологический процесс - часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. Основу технологического процесс составляют операции. Операция – законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте. Наименование операции определяется типом оборудования, на котором она выполняется. Например, на токарном станке – токарная, на фрезерном – фрезерная, на сверлильном – сверлильная.

Операция является неделимой в планово-организационном отношении частью технологического процесса и является основной единицей производственного планирования.

Операции служат основанием для разработки норм времени, планирования производства, расчета количества оборудования, рабочих мест и работы для выполнения программы, а так же для начисления оплаты за труд.

Множество технологических операций, возможных в данном производстве, назовем технологическим множеством и будем его предполагать конечным. Каждая операция в технологическом процессе имеет свой номер. Для каждой операции характерно следующее отношение групп (подмножеств), участвующих в реализации данной операции:

· исполнители – работники;

· технические средства (оборудование, приспособление, средства контроля);

· затрачиваемые в операции материалы;

· выпускаемый в операции продукт.

Цель производства состоит в выпуске продуктов, которые реализуются потребителям.

Технологический процесс представляет собой, как сказано выше, логически упорядоченный набор операций, в ходе каждой из которых выпускается промежуточный продукт и только в заключительной операции – конечный продукт.