К вопросу об оптимизации автоматизированного управления производственным процессом машиностроительных предприятий Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

11 (116) - 2008

Экономика и управление

к вопросу об оптимизации автоматизированного управления производственным процессом

машиностроительных предприятий

а.к. третьяков

Правительство Нижегородской области

Как известно, производственный участок или цех машиностроительного предприятия является низовым звеном иерархической структуры предприятия. Именно на производственном участке происходит процесс производства, процесс выполнения технологических операций, процесс создания добавочной стоимости. В состав производственного участка входят рабочие места, оборудование и управленческий персонал. К функциям управленческого персонала участка относятся учет выполнения плановых сменных заданий за прошедшую смену и планирование сменных заданий на следующую смену на основе производственного плана участка. В процессе планирования сменных заданий плановики , распределители работ и мастера рассчитывают текущие остатки или межоперационные заделы, плановые количества деталей и операций, проверяют обеспеченность планируемых операций материалами, комплектующими и покупными изделиями, наличие оборудования, инструмента, проводят анализ возможности выполнения операций на рабочем месте по загрузке рабочего места, по технологическим особенностям и формируют сменные задания на рабочие места из условия их полной загрузки.

Процесс планирования сменных заданий — достаточно длительная и кропотливая работа. Объем этой работы зависит от количества рабочих мест и количества операций, по которым проводятся указанные работы по планированию. К управленческому персоналу производственного участка предъявляются требования быстрого формирования сменных производственных заданий, обеспечивающих полную занятость рабочих в течение рабочей смены, максимальную заработную плату

рабочих и выполнение самых срочных операций, отвечающих требованиям календарного производственного плана участка. При формировании сменных заданий большую роль играет фактор времени: сменное задание должно быть готово в течение обеденного перерыва или пересменки.

Очевидно, что процесс планирования сменных заданий должен быть автоматизирован. На крупных предприятиях, работающих в условиях автоматизированной системы управления производством (АСУП), задачи планирования сменных заданий решаются в рамках подсистем АСУП. Системы управления производственными процессами на участках и в цехах находятся на нижних уровнях иерархии систем управления предприятием. Учетная информация о выполнении операционных заданий и о состоянии межоперационных заделов формируется на основе анализа выполнения сменных заданий на производственных участках. Эта информация проходит на высшие уровни иерархии, где принимается решение об изменении производственных планов, которые уже в измененном виде доводятся до производственных участков. Управленческий персонал производственных участков должен в кратчайшее время отреагировать на изменение планов и составить сменные задания с учетом этих изменений. Автоматизированная система управления производственными участками может работать только в составе комплексной системы АСУП предприятия, и только на предприятиях, имеющих такую систему.

Необходимо отметить, что традиционные АСУП имеют ряд существенных недостатков, из которых можно выделить следующие:

• в условиях нестабильной работы предприятия в рыночных условиях сложно назначать календарно-плановые нормативы, влияющие на качество планирования и трудоемкость вычислительных процессов;

• межоперационные заделы нужно рассматривать как оперативно меняющийся параметр, а также необходимо корректировать другие данные. Это психологически и физически сложный процесс;

• системы АСУП очень требовательны к вычислительным ресурсам. Расчеты занимают много времени; требуется высокоскоростная вычислительная техника с большим объемом памяти;

• на предприятии необходимо содержать подразделение АСУП, которое увеличивает издержки предприятия и повышает цену продукции, следовательно, снижает ее конкурентоспособность;

• для средних и особенно для малых предприятий автоматизированные системы управления производством не могут быть доступны в связи с высокой стоимостью (ERP-системы от 400 тыс долл. и выше) и длительными сроками внедрения (более двух лет).

Средним и малым промышленным предприятиям в условиях острого дефицита финансовых средств, ограниченного числа управленческого персонала, постоянно меняющейся номенклатуры товарных позиций, обусловленной конъюнктурой рынка, особенно необходима гибкая, недорогая и эффективная система управления производством участков и цехов. Вариант такой автоматизированной системы операционного учета и планирования сменных заданий для рабочих мест на основе номенклатурного приоритетного производственного плана участка или цеха машиностроительного предприятия и предлагается автором.

Одной из задач управления предприятием является расчет, формирование и начисление заработной платы основным рабочим. Эта задача отделена от управления производством и входит в круг задач расчета заработной платы на предприятии. Как правило, это отдельная многоуровневая система, входящая в систему бухгалтерского учета предприятия.

Целесообразно систему расчета заработной платы рабочих включать в систему планирования и учета производственного процесса. Это приводит к возникновению возможности ежедневного автоматического расчета заработной платы рабочих без

дополнительных затрат, начисления премий, учета различных вычетов и формирования ведомости заработной платы. При этом можно применить следующий алгоритм формирования сменных заданий:

а) выбор наиболее срочной товарной позиции из приоритетного номенклатурного плана;

б) выбор значения планового количества;

в) определение значений исходных остатков (исходных межоперационных заделов);

г) расчет текущих остатков (текущих межоперационных заделов);

д) расчет производственных планов деталей;

е) расчет планов операций;

ж) расчет обеспеченности операций;

з) расчет загрузки рабочих мест;

и) расчет операционных текущих планов;

к) выборка операций с ненулевыми значениями;

л) формирование массива приоритетных операций;

м) деление массива приоритетных операций на группы по кодам профессий;

н) формирование сменных заданий;

о) выбор следующей по срочности товарной позиции из приоритетного номенклатурного плана;

п) повторение пунктов г)... н).

Формирование сменных заданий происходит до полной загрузки рабочих мест с учетом возможной переработки норм.

По окончании смены или в процессе выполнения операций повторяются пункты г). п) с учетом информации о выполнении. Таким способом формируется сменное задание на вторую и последующие смены.

Указанный перечень работ выполняется управленческим персоналом перед каждой рабочей сменой. При решении этих задач необходимо производить расчеты и фиксировать значения расчетных данных на носителях информации. Количество такой информации зависит от количества производственных операций, выполняемых на производственном участке или цехе в течение смены. Как правило, на машиностроительных предприятиях количество производственных операций исчисляется тысячами, иногда десятками тысяч. В этих условиях ручной способ расчета сменных заданий становится громоздким, трудоемким и недостаточно эффективным.

Плановые нормативы. К плановым нормативам можно отнести условно постоянную информацию, которая может изменяться в интервалах времени, превышающих продолжительность смены:

• номенклатурный приоритетный план участка (цеха);

• отгрузка готовой продукции;

• исходные остатки (начальные межоперационные заделы);

• штучно-операционные нормы времени (нормативное время выполнения деталь-операции);

• операционные расценки (стоимость работ, связанных с выполнением деталь-операции);

• коды групп рабочих;

• табель учета рабочего времени рабочих. Номенклатурный приоритетный план участка

(цеха) или производственный план участка (цеха) — это перечень товарной номенклатуры с количествами, планируемый для производства на участке или в цехе в течение планового периода (месяца), составленный по срочности отгружаемых позиций. Часто к перечню позиций и количеству добавляются сроки отгрузки товарных позиций. В условиях стабильной работы крупного предприятия с долгосрочными заказами производственный план предприятия меняется достаточно редко. Также редко меняются производственные планы участков (цехов). На таких предприятиях, как правило, созданы и достаточно успешно функционируют отечественные АСУП или зарубежные системы (MRP II, ERP) управления производством.

Иная картина наблюдается на предприятиях, работающих в условиях нестабильного рынка, выполняющих любые заказы и меняющих производственные планы ежедневно. В этих условиях отечественные АСУП или зарубежные системы (MRP II, ERP) управления производством просто не работают.

В предлагаемой автоматизированной системе управления производственным участком (цехом) производственный план может меняться ежедневно в соответствии с поступлением заказов. Аналогично ежедневно меняется таблица отгрузок готовой продукции. Скорость и качество формирования сменных заданий от этого не менятся.

Штучно-операционные нормы и операционные расценки меняются значительно реже, в основном, в связи с изменением технологии выполнения операций, повышением квалификации рабочих, устранением неточностей нормирования, изменением стоимости нормо-часа.

Коды групп рабочих могут меняться с изменением структуры производственного участка или с радикальным изменением производственного плана, требующим изменения структуры рабочих

мест и их количества. Состав рабочих меняется в соответствии с текучестью кадров и связан с приемом и увольнением рабочих.

В предлагаемой системе достаточно в табель учета рабочего времени включить фамилию, специальность рабочего и код профессии рабочего, чтобы получить для него сменное задание. Предлагаемая система управления производственным участком (цехом) легко адаптируется:

• к изменению состава рабочих (особенно в условиях большой текучести кадров);

• к изменению организационной и технологической структуры производственного участка (цеха);

• к быстрому изменению производственного плана, обусловленного конъюнктурой рынка и меняющимися запросами заказчика;

• к воздействию негативных случайных факторов, таких как сбои в работе оборудования, прогулы, несвоевременные поставки материалов и комплектующих изделий, срывы выполнения заданий на предыдущих операциях и т. д.

Алгоритм предлагаемой системы управления построен с учетом максимального использования существующих производственных мощностей участка (цеха) и максимальной скорости изготовления продукции. Для формирования сменных заданий предлагается максимально возможное количество операций технологического процесса по каждой детали и сборочной единице разузлованного номенклатурного приоритетного плана.

Вычисляемые функции. К вычисляемым функциям относятся переменные величины, участвующие в процессе формирования сменных заданий, для которых возможно установление функциональных зависимостей с плановыми нормативами и (или) другими вычисляемыми функциями. К ним можно отнести:

• текущие остатки (межоперационные заделы);

• планы выпуска деталей;

• отгрузки деталей;

• планы выполнения операций;

• обеспеченность операций;

• операционные текущие планы (количество деталь-операций с учетом загрузки рабочей смены, обеспеченности операций и планов выполнения операций);

• загрузка рабочего места (время изготовления планируемого количества деталей на операции);

• количество изготовленных деталь-операции в

течение смены;

• количество изготовленных деталь-операций с

начала планового периода до текущей смены.

Ниже будут рассмотрены математические

зависимости и алгоритмы расчета вычисляемых функций.

Электронные таблицы. В системе Microsoft Excel плановые нормативы, вычисляемые функции, операционный состав деталей, разузлованную конфигурацию сборочных товарных позиций, массивы текущих операционных планов, сменные задания, номенклатурные планы, сводные таблицы отгрузки готовой продукции, ведомость заработной платы и т. д. удобно представлять в форме электронных таблиц.

Автоматизированная система управления производством участка (цеха) машиностроительного предприятия представлена в виде совокупности следующих электронных таблиц: график операционного учета и планирования; таблица учета выполнения сменных заданий; операционный план; номенклатурный план; таблица учета отгрузки товарной продукции; сменные задания; таблица расчета заработной платы; ведомость начисления заработной платы; табель учета рабочего времени.

График операционного учета и планирования.

График операционного учета и планирования — это основная базисная электронная таблица, в которой представлена разузлованная операционная структура сборочных товарных позиций. В ней содержатся коды, наименования деталей и узлов, признаки деталей собственного изготовления и покупных или комплектующих изделий, состав сборочных единиц или входимость (количество) деталей в сборочную позицию, текущие и исходные операционные остатки (межоперационные заделы), планы выпуска деталей, отгрузки, планы выполнения операций, текущие операционные планы, штучно-операционные нормы времени и расценки, обеспеченность операций, загрузка рабочей смены или время выполнения деталь-операций, таблица учета выполнения сменных заданий, количество выполненных деталь-операций с начала планового периода до текущей смены.

Рассмотрим подробно вычисляемые функции, входящие в график операционного учета и планирования.

Текущие остатки или межоперационные заделы. Это количество изготовленных деталей, оставшихся по окончании рабочей смены в виде незавершен-

ного производства. Очевидно, что текущий остаток имеет прямую связь с плановыми нормативами и другими вычисляемыми функциями.

Текущий остаток на любой операции технологического процесса, кроме последней, является функцией от исходного остатка, количества деталь — операций, выполненных в сменах, предшествующих планируемой, и количества деталь-операций, выполненных в сменах, предшествующих планируемой на операции, следующей за рассматриваемой.

Обозначим:

От1 — текущий остаток на i — операции, где i =1,2,. кп;

кп — количество операций в технологическом процессе детали с номером п;

Ои — исходный остаток на i — операции, где i =1,2,.кп;

Ид, С. — количество деталей, изготовленных на i — операции в течение смены с номером С.;

Ид+1, С — количество деталей, изготовленных на i+1 — операции в течение смены с номером С;

С — номер последней законченной рабочей смены;

Тд, С — количество сборочных единиц предшествующего уровня разузлования, изготовленных на операции, в которую входит рассматриваемая деталь, в течение смены с номером . С;

То — отгруженная продукция;

а

То = Х Т,

I=1

где Т. — количество деталей товарной позиции, отгруженной в течении й смены.

Тогда текущий остаток рассчитывается по формулам:

От,. = Ои, + £Ид,,. -£Ид,+1>у, гдеi = 1, 2,...кп -1; (1)

1=1 1=1

От, = Ои, +Х Ид ,. - (X Тд ,.) * Вх, где, = кп, (2)

1=1 1=1

где Вх — входимость детали в товарную позицию или количество деталей, входящих в сборочную товарную позицию;

а

От,. = Ои , + XИд,.,. -То, где, = кп. (3)

1=1

По формуле (1) производится расчет текущих остатков на всех операциях деталей, за исключением последней. По формуле (2) — на последней операции детали, если она не является товарной позицией. По формуле (3) — на последней операции товарной позиции.

Блок-схема алгоритма вычисления текущих остатков представлена на рис. 1.

Текущие остатки или межоперационные заделы являются очень важными функциями в системе учета и планирования производственного процесса. На основе текущих остатков или межоперационных заделов легко решается задача расчета незавершенного производства на участке или в цехе предприятия в динамике производственного процесса. А незавершенное производство является одним из инструментов для экономического анализа деятельности предприятия.

План выпуска. В графике операционного учета и планирования используются два вида планов:

1) план выпуска деталей или количество деталей, необходимых для изготовления на участке в течение планового периода (месяца);

2) планы выполнения операций или количества деталь-операций, планируемых для изготовления в течение планового периода (месяца).

План выпуска деталей является функцией от производственного плана участка или цеха, может изменяться ежедневно в связи с поступлением новых заказов. Планы выполнения операций также являются функциями от плана выпуска деталей. Кроме того, они находятся в функциональной зависимости между собой. Они также могут изменяться ежедневно.

Для товарных позиций:

Рис. 1. Блок-схема вычисления текущих остатков

Пт = (X П.,=

I=1

Вх,

(5)

а

Пт = Х П.,

(4)

где П.. — количество деталей товарной позиции производственного плана участка, планируемой к выпуску в течение .-й смены (лист «План»). Пт — план выпуска товарных позиций.

Для деталей, входящих в товарную позицию по дереву разузлования, план выпуска деталей будет определяться зависимостью:

где Вх — суммарная входимость детали по дереву разузлования или количество деталей, входящих в сборочную товарную позицию.

План выполнения операций является функцией от плана выпуска деталей, текущих остатков или межоперационных заделов и отгрузки готовых изделий.

Различаются планы выполнения последних операций технологического процесса и планы других операций.

Для всех операций технологического процесса, кроме последних, планы выполнения операций можно представить в виде:

ПО. = ПО.+1 - От., где i = 1,2,...£в-1, (6) где ПОi — план выполнения /-операции.

Формулы планов выполнения последних операций различаются в зависимости от вида позиции и ее положения в дереве разузлования товарной

I=1

позиции. Для товарных позиций план выполнения последней операции можно представить в виде:

по „=пт - - S Ид, ;

(7)

для деталей и сборочных единиц, входящих в товарную позицию, план выполнения последних операций технологического процесса имеет вид: ПО^=ПО^* Вхь / ВхЬ1 - От^, (8) где L — номер уровня разузлования рассматриваемой детали; L=1,...M;

М — количество уровней разузлования;

ПО£1 — план операции сборочной единицы предыдущего уровня разузлования, в которую входит рассматриваемая деталь;

Бхь — входимость сборочной единицы предыдущего уровня разузлования, в которую входит рассматриваемая деталь, в товарную позицию;

Пт = Cj X П, j= 1

■ V

I:= =1

I = I+1 Ж.

Рис. 2. Блок-схема вычисления плана выпуска деталей и планов выполнения операций

BxL1 — входимость рассматриваемой детали в товарную позицию;

От kn — текущий остаток на последней операции рассматриваемой детали.

Блок-схема вычисления плана выпуска деталей и плана выполнения операций представлена на рис. 2.

В заключение следует отметить, что предложенный способ автоматизированного управления производственным процессом механо-сборочных участков и цехов машиностроительных предприятий с помощью Microsoft Excel — это информационная концепция и алгоритмы, которые глубоко детализируют каждое звено производственной цепочки и учитывают возможные ее ограничения внутри участков предприятия. Он решает две важнейшие задачи эффективного управления производством интенсивным методом без расширения парка оборудования, производственных площадей и увеличения количества рабочих: увеличение производительности труда за счет снижения потерь рабочего времени; сокращение производственного цикла изделий за счет сокращения длительности межоперационных переходов при максимальном использовании производственных мощностей и людских ресурсов.

Комплекс автоматизированного управления производством был внедрен на одном из малых предприятий машиностроительного комплекса, имеющем большую номенклатуру производственного плана, достаточно сложные спецификации с большим количеством вложенных компонентов, разнообразное технологическое оборудование и разнородные рабочие профессии. Предприятие работает в рыночных условиях. Портфель заказов меняется ежедневно, часто происходит корректировка заказов по номенклатуре и количеству. Новые изделия имеют очень сжатые сроки выпуска и запускаются в производство с временными маршрутными технологическими процессами. Нормирование операций происходит в процессе их выполнения. Наблюдаются значительные потери рабочего времени, связанные с изучением технологии операций, настройки оборудования, несогласованности действий управленческого персонала и рабочих. Управленческий персонал малочисленный. Два человека (производственный мастер и распределитель работ) управляют коллективом рабочих в количестве 25 человек. В их функции входит формирование разузлованных номенклатурных планов, операционный учет, планирование и составление сменных заданий и

j=i

диспетчирование производственного процесса, составление заявок на поставку материалов и покупных изделий, организация складского учета, организация отгрузок готовой продукции, устранение сбоев в работе оборудования, консультации рабочих и т.д. Многие из перечисленных работ выполнялись недостаточно корректно или не выполнялись в связи с отсутствием времени. Заработная плата рабочих формировалась, как правило, в конце месяца в авральном режиме. Контингент рабочих недостаточно высокой квалификации, слабо дисциплинирован. Отсутствует мотивация выполнения работ из-за низкого уровня заработной платы и несвоевременного ее начисления. Как следствие, постоянным явлением стала высокая текучесть кадров.

Внедрение автоматизированного комплекса управления производством осуществлялось в течение четырех месяцев параллельно с доработкой и совершенствованием алгоритмов блоков комплекса и обучением управленческого персонала. Через

Литература

две недели после начала выдачи сменных заданий заметно улучшилось отношение рабочих к дисциплине и своим обязанностям. Производительность труда возросла от 8 до 18 %; сократилась длительность производственных циклов на 19 — 22 %; объем товарной продукции увеличился на 14 — 18 %. Это дало возможность применить сдельно-премиальную систему оплаты труда. В результате заработная плата рабочих возросла на 30 — 35 %. Сократилась текучесть кадров в 3,5 раза. Уменьшилась загрузка управленческого персонала, улучшилось качество и эффективность управления.

Положительный опыт внедрения автоматизированного комплекса управления производством говорит о правильности выбранной информационной концепции и эффективности применяемых алгоритмов. В связи с этим предлагаемый комплекс можно рассматривать как составную часть или подсистему в компромиссных отечественных автоматизированных системах управления предприятиями.

1. Коротышев А. Технологии оптимизированного производственного планирования как интенсивный способ развития предприятия. / Конъюнктура товарных рынков». — 2007. — № 1.

2. Когаловский В. М. Системы планирования производства: отечественные компромиссы развития / victor. kogalovsky@mtu-net. ru.

3. Планирование на предприятии: Учеб. пособие для экономических специальностей вузов / Под ред. А. И. Ильина. (В 2 т. ) - М. : Новое знание, 2000.

4. Экономика предприятия: Учебник // Российская экономическая академия им. Г. В. Плеханова. Под ред. проф. О. И. Волкова. - М. : Инфра-М, 2000.

5. Справочник директора предприятия / Под ред. М. Г. Лапусты. — М. : Инфра-М, 2000.