Прототип системы оценкипроизводственного потенциалаМоделирование сборки изделий

Наша задача – выбор предприятия, способного наилучшим образом выполнить производственный заказ.Критериями оценки являются скорость выполнения заказа (производительность) и качество изделия.

Входные параметры задачи – общее описание процесса производства изделия, технические спецификациина сырье и полуфабрикаты, описание оборудования предприятий-претендентов.На выходе система выдает таблицу, описывающую процесс производства на каждом из предприятий-претендентов.

В качестве примера производственного процесса рассмотрим выпуск лопаты.

Этот процесс имеет известную структуру, но выполнить его можно по-разному.Лопаты, сделанные на разном оборудовании, будут иметь разные характеристики.

Пример желаемого результата работы системы:

1Задача

ООО «Альфа» ООО «Бета» ООО «Гамма»

Время на изготовление1 единицы изделия

6 минут 8 минут Изделие не может быть изготовлено

Характеристика результата Черенок от 1.3 до 1.5 мШтык окрашенный

Черенок от 1.3 до 1.6 м, шлифованный

Штык оцинкованный

Прежде чем двинуться дальше, необходимо сделать несколько важных оговорок.В этой презентации описывается прототип программной системы, задача которого – продемонстрировать подходы к решению задачи сравнения производственного потенциала предприятий путем создания необходимой для этого концептуальной модели, и реализации вычислений на ней при помощи семантических технологий.

Полноценная программная система, предназначенная для решения этой задачи, должна быть основанана куда более развитой модели предметной области (производства), охватывать широкий круг аспектов,включая применяемые стандарты и нормативы, структуру и состав производственно-технических циклов и технологий, средств производства и логистической инфраструктуры, производственных отношений, ресурсов и их источников и др. Кроме того, такая система должна решать задачу сравнения производственного потенциала на разных стадиях жизненного цикла изделия – от концепции (эскизного проекта) или создания проектно-конструкторской документации до подготовки производства.

Автором концептуальной модели, включающей все перечисленные аспекты и позволяющей реализовать пригодную для реальной эксплуатации систему, является Сергей Очередько. Описанный в этой презентации прототип создан под влиянием его идей, но не является их реализацией, охватывая только отдельные аспекты моделирования производства.

Мы готовы спроектировать и создать полноценную программную систему, использующую модель необходимой полноты.

p.s. Разумеется, рассматриваемый в качестве примера процесс производства лопаты является вымышленным,как и характеристики используемого оборудования.

2Ограничения прототипа

Для выполнения расчетов нам понадобится модель. Модель делится на две части: первая, которую мы назовем «план», описывает шаблоны производственных операций,

которые необходимо выполнить для получения готового изделия; другая, которую мы назовем «факт», описывает модели оборудования и его возможности,

а также наличие конкретных единиц оборудования в производственных комплексах.

Центральным понятием модели является спецификация.При помощи спецификаций происходит «стыковка» обеих частей модели.

Спец

ифик

ация

Шаблон производственной

операции

Вид обработкиТребование

Результат

Производственная операция

Производственное оборудование

Прои

звод

стве

нны

й ак

тив

Прои

звод

стве

нны

й ко

мпл

екс

входная

выходная

выполняемаяобработкаподвергнут

обработке

выпо

лняе

тся

на о

бору

дова

нии

вид

акти

ва

вход

ит в

ком

плек

с

имеет требование

имеет результат

имеет

спецификацию

имее

тсп

ециф

икац

ию

3Структура модели

План Факт

Приведем пример сравнения конкретных спецификаций на одну из операций в процессе производства лопаты.

Спецификация 3

Изготовление п/ф черенка

Шаблон производственной операции

ОцилиндровкаВид обработки

БрусТребование

Черенок лопатыРезультат

Оцилиндровка на станке КПА-60

Производственная операция

Модель станка КПА-60

Производственное оборудование

Станок КПА-60 компании Альфа

Производственный актив

входная

выхо

дная

выполняемаяобработка

подвергнутобработке

выпо

лняе

тся

на о

бору

дова

нии

вид актива

имеет требование

имеет результатим

еет

спец

ифик

ацию

имее

тсп

ециф

икац

ию

4Сравнение спецификаций

Спецификация 1

Спецификация 4

Спецификация 2

поисксоответствия

Спецификация 1Тип: дерево, брусДлина от 1.3 мТолщина 0.05 м

Спецификация 3Тип: дерево, цилиндрДлина от 1.3 м до 1.5 мДиаметр от 0.035 м до 0.05 мОбработка: оцилиндрован

Спецификация 2Тип: дерево, брусДлина от 1.3 м до 3 мТолщина от 0.03 м до 0.07 мШирина от 0.03 м до 0.07 м

match

match

match

Спецификация 4Тип: дерево, цилиндрДлина от 1.3 м до 1.5 мДиаметр от 0.035 м до 0.05 мОбработка: оцилиндрован

match

match

match

match

План Факт

Набор возможных параметров спецификации зависит от заданных в ней типов: у дерева одни параметры, у металла – другие.

Рассмотрим весь процесс производства лопаты.На следующей диаграмме показана последовательность операций по обработке заготовок.

Брус деревянный Лист стальной

Черенок Штык

Лопата

затыловка

оцилиндровка

сборка

защита поверхности (окраска или оцинковка)замыкание тулейки (сварка или пайка)подготовка тулейки (гибка)заточкаштамповкавырубка

5Пример процесса производства

На конкретном предприятии каждая операция выполняется конкретным оборудованием.Опишем два предприятия – Альфа и Бета, обладающих разным оборудованием для изготовления лопат.Для упрощения предположим, что все операции по изготовлению штыка, кроме антикоррозийной обработки,выполняются одним автоматом.

Станок круглопалочный

КПА-50Автомат КОЗ.4.34.01

Станок затыловочный ЗС-60

Покрасочная камера ОСК-А1

Пост сборки

Альфа

Станок круглопалочный

Термит 60ЦАвтомат КОЗ.4.34.01

Станок затыловочный ЗС-60

Гальваническая ванна ТЕМП

Пост сборки

Бета

6Пример производственных мощностей

черенок штык черенок штык

Процесс выполнения расчета:1. Определяются шаблоны операции, у которых нет предшествующих операций (начальные точки процесса).2. Для каждого шаблона находится конкретное оборудование компании-претендента,

на котором эта операция может быть выполнена.3. Сравниваются входная и выходная спецификации шаблона и конкретного оборудования.4. Если они совпадают, то операция считается выполненной; запоминается ее длительность и результат.5. Происходит переход к шагу 1, но теперь ищутся операции, которые могут быть выполнены следующими.Алгоритм позволяет учесть параллельное выполнение разных операций, наличие нескольких единиц оборудования,на котором операция может выполняться сразу с несколькими заготовками.

Процесс сравнения спецификаций:6. Сравниваются типы материала/полуфабриката в спецификациях. Тип может включать указание на материал,

форму, другие «первичные» характеристики7. Строится список количественных параметров (обычно в виде пар значений от-до), проверяется пересечение.8. Строится список качественных параметров (например, марка стали), проверяется соответствие.9. Строится список видов обработки, которым подвергнут полуфабрикат для достижения определенных

характеристик («шлифованный», «окрашенный» и т.д.), проверяется соответствие.

Спецификация на операцию, выполняемую на конкретном оборудовании, может быть же, чем спецификацияу́шаблона (короче список доступных видов материала, меньше интервалы значений параметров и т.п.).Операции в ней могут быть подклассами (подтипами) операций в шаблоне: так, покраска и оцинковка – подклассы антикоррозийной обработки, указанной в шаблоне.

7Алгоритм расчета

Одна из важнейших особенностей нашей модели состоит в том, что по мере прохождения заготовок по производственным постам с разным оборудованием они получают различныекачественные и количественные характеристики, которые становятся затем характеристиками конечного продукта.Посмотрим, какие характеристики приобретают детали лопаты на производственной линии предприятия «Бета»:

8Формирование характеристик продукта

Станок круглопалочный

Термит 60ЦАвтомат КОЗ.4.34.01

Станок затыловочный ЗС-60

Гальваническая ванна ТЕМП

Пост сборки

черенок штык

Штык оцинкованный

(у предприятия «Альфа»он будет окрашенный)

Черенок шлифованный

(у предприятия «Альфа»станок не шлифуетзаготовки)

Диаметр от 3 до 4 см

(у предприятия «Альфа»будет от 3.5 до 5 см )

Как мы видим, характеристики могут быть какколичественные, так икачественные.

Посмотрим на результаты расчетадля предприятий «Альфа» и «Бета»(различия подчеркнуты).

Каждая группа колонок в таблицепредставляет одну линиюпроизводства.

9Результат расчета

У нас появился еще один претендент – компания «Гамма», но у нее недостаточно оборудования,чтобы выполнить заказ:

Результат расчета 10

Рассчитав последовательность технологических операций для выпуска продукции, система может такжевычислить суммарный расход сырья, затраты энергии:

Результат расчета 11

Итак, мы поняли, что «Альфа» может изготовить одну лопату за 6 минут, а «Бета» – за 8 минут;зато лопаты «Беты» оцинкованы (у «Альфы» - покрашены), и черенок у них отшлифован.Вся информация для принятия решения о том, у кого разместить заказ – налицо.

Конечно, мы реализовали только прототип системы (см. слайд 2), к тому же базирующийся на предположении,что нам известна вся информация как о структуре производственного процесса, так и о мощностях предприятий.

В полнофункциональном варианте системы необходимо:1. Учесть возможность полноценного ветвления процесса производства, альтернативные пути выполнения операций;2. Включить в спецификации требования к инструменту и оснастке, квалификации персонала, а не только к сырью;3. Учесть возможность параллельной загрузки производственных мощностей другими заказами.

В рабочем варианте системы должен быть реализован механизм простой загрузки спецификаций через файлы Excelили XML, а также удобный редактор шаблонов производственных процессов.

Тем не менее, прототип демонстрирует практически реализуемый путь объективного сравненияпроизводственного потенциала различных предприятий, без излишнего упрощения и статистических расчетов.Кроме того, он позволяет отразить влияние различий в технологии производства на разных предприятияхна качество конечного продукта.

Результат расчета 12

В заключение покажем окно редактора модели:

13Редактирование модели

Результатами применения системы, построенной на идеях предложенного прототипа, могут стать:

Объективный выбор подрядчиков, способных наилучшим образом выполнить производственный заказ;

Создание плана инновационного развития предприятия (ПИР), наилучшим образом способствующего развитию его производственного потенциала;

Сокращение удельной себестоимости производства продукции (стоимость единицы полезного качества).

Будем рады обсудить и другие функциональные требования, которые целесообразновключить в состав готового продукта.

Результаты применения алгоритма 14