Мультиагентная система «Smart Factory» для стратегического и оперативного управления машиностроительным производством «Точно в срок» и «Под заданную стоимость»

Баклашов Виктор Иванович; Казанская Дарья Николаевна; Скобелев Петр Олегович; Шпилевой Виктор Филиппович; Шепилов Ярослав Юрьевич

УДК 004.75, 681.5

МУЛЬТИАГЕНТНАЯ СИСТЕМА «SMART FACTORY» ДЛЯ СТРАТЕГИЧЕСКОГО И ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ «ТОЧНО В СРОК» И «ПОД ЗАДАННУЮ СТОИМОСТЬ»

Я.Ю. Шепилов1

1 НПК «Разумные решения» 2 Самарский государственный аэрокосмический университет

Поступила в редакцию 01.09.2014

Рассматривается новый подход к созданию сетецентрических интеллектуальных систем управления производством, реализованный на основе мультиагентных технологий. Подобные системы обеспечивают адаптивное управление цехами производства «точно в срок» и «под заданную стоимость» по событиям в реальном времени. Описываются архитектура и основные функции муль-тиагентной системы Smart Factory. Представлены результаты внедрения системы.

Ключевые слова: адаптивное управление, мультиагентная система, сетецентрическая архитектура, планирование в реальном времени

Задача повышения результативности и эффективности управления сложными машиностроительными производствами формирует новые требования к IT-системам. В то время как «боевая» обстановка в цехах определяется постоянным потоком новых событий и «вводных» о ходе работ, возможности традиционных MES-систем, рассчитанные на стабильные массовые производства типовых изделий с распределенным на месяц вперед планом операций, оказываются крайне ограниченными в оперативном решении насущных задач. Оценки эффективности применения автоматизированных систем планирования для ряда машиностроительных предприятий показывают ряд негативных последствий:

- перерасход трудозатрат на 30-40% на создание «неактуальных» заделов и скрытые простои ввиду несвоевременного перепланирования с ростом затрат на материалы, ФОТ и др.;

- постоянный дефицит материалов и компонент по «горящим» позициям;

Баклашов Виктор Иванович, эксперт. E-mail: [email protected]

Казанская Дарья Николаевна, аналитик. E-mail:

[email protected]

Скобелев Петр Олегович, доктор технических наук,

профессор кафедры конструкции и проектирования

летательных аппаратов. E-mail:

petr. skobelev@gmail. com

Шпилевой Виктор Филиппович, эксперт. E-mail: vshpilevoy@yandex. ru

Шепилов Ярослав Юрьевич, ведущий программист. Email: [email protected]

- в 80% подразделений-цехах текущее пооперационное планирование «лежит» на «плечах» мастеров и цеховых диспетчеров и определяется полностью ими, а не руководством завода, и др.

В результате на практике для обеспечения выполнения заказов «точно в срок» приходится создавать дополнительный запас заготовок на складе на «время опережения» и фактическая стоимость оказывается выше запланированной, или же выполняют план «точно в срок», но тогда по любой цене, теряя финансовую эффективность из-за изменяющихся факторов производства, колебаний спроса и предложения на рынке и низкой точности самих исходных данных.

В настоящей работе рассматривается новый подход к созданию интеллектуальных систем управления производством, реализованный на основе мультиагентных технологий. В этом подходе для каждого цеха создается собственная система управления производством, которые далее объединяются в сетецентрическую систему (систему систем), и делается переход от методологии каскадного пакетного планирования в одном центре «для всех» подразделений к непрерывному адаптивному планированию каждого с учетом текущего факта. Предлагаемые системы предназначены для адаптивного управления цехами производства «точно в срок» и «под заданную стоимость» по событиям в реальном времени, с переходом «от сборки по складу» к сборке «по сроку установки» с пооперационным планированием, реализуя методологию «бережливого производства». Адаптивность

системы означает, что планирование никогда не останавливается (концепция «живого расписания»), позволяя в непрерывном режиме проводить перепланирование выбранных заказов и ресурсов, на которые оказывают влияние приходящие события (событийная диспетчеризация). План строится динамически и лишь уточняется и корректируется по событиям без останова в группах агентов, необходимых для обеспечения заданных сроков, без полного пересмотра плана в случае изменений в реальном времени.

Система представляет собой двухуровневую адаптивную р2р сеть (от англ. выражения «реег4о-реег» - «каждый с каждым» и «равный с равным») автономно работающих планировщиков, но способных взаимодействовать для согласования решений:

- уровень стратегического планировщика завода в целом на большой горизонт планирования;

- уровень оперативных планировщиков цехов (обычно до 3-6 месяцев вперед).

В системе создан набор специализированных агентов для машиностроительных предприятий, которые представляют интересы заказов, рабочих, оборудования, операций, инструментов и материалов, учитывая отношения следования между операциями. На входе системы - описания

Основные функциональные возможности:

• стратегическое объемно-календарное планирование завода в целом с учетом объемов заказов и пропускной способности цехов предприятия; формирование текущего состояния производства «План /Факт / Перепланированный План» в режиме реального времени;

• согласованное оперативное планирование сменно-суточных заданий цехов заготовительного, инструментального, механосборочного, испытательного, ремонтных цехов

ресурсов цеха, структуры изделий и технологических процессов, а на выходе - поток сменно-суточных заданий в разрезе сотрудников, оборудования, заказов, потоков создания ценности в непрерывном режиме. Грануляция целевых функций до уровня отдельных агентов позволяет гибко строить планы производства, добиваясь баланса по заданным критериям. Система автоматически в реальном времени осуществляет корректировку производственной программы и планов операций по отдельным сотрудникам по фактам событий. Например, при выявлении брака система автоматически отменяет оставшуюся цепочку операций и создает заказ на предыдущую операцию (реализуя систему «канбан»), а при необходимости перенаправляет потоки создания ценности.

Предлагаемая р2р-сеть построена на базе сервисной архитектуры, в которой каждый планировщик может работать автономно в своем цехе, реагируя на возникающие события, а при необходимости может взаимодействовать с планировщиками других цехов через общую шину данных предприятия или Стратегическим планировщиком при «критических» невыполнениях заданий (рис. 1).

машиностроительного предприятия, автоматическая координация работы между цехами;

• возможность интерактивного включения пользователя в режиме «Перепланирования заданий»;

• прогнозное формирование стоимости операционных затрат и формирование фактических операционных затрат по заказам, цехам, операциям в режиме «реального премени»;

• развитые функции мониторинга планов, подготовка отчетов, интеграция и т.д.

Связи р2р: каждый с каждым

Узел

распределенных расчетов

Стратегический планировщик Укрупненный план завода в целом по цехам на большой горизонт времени с учетом реальной загрузки цехов

-1—1_\

1 ---

<Г\

Планировщик цеха 1

Общая шина данных предприятия

I О 1 г\ \ гх I

анировщик Планировщик Планировщик цеха 3 цеха 4 цеха 5

Планировщик цеха 2

р ^ — * Детализированные точные

помесячные планы по ДСЕ по цехам по Планировщик группы 1 I ДНЯМ( рабочш> оборудованию и операциям,

Общая ишна данных предприятия ' Межцеховые планы поставок ДСЕ

11 * Сменно-сугачнсье задание

I Пооперационный план на каждый день

Плэнироещих группы 2 Планировщик. группы 3 каждого рабочего

Автоматизированное сменно-суточное задание с

выдачей работ rtû мере исполнения

Рис. 1. Архитектура мультиагентной системы «Smart Factory

Внедрения системы. Представлены результаты внедрения в ОАО «Ижевский

мотозавод», ОАО «АвиаАгрегат», ОАО «Кузнецов» и других предприятиях (рис. 2, 3).

■■■ МАС - Инженер ПДБ

Файл Заказы Справочники Отчеты

И[е| ГО в ИД [л| [в|

Импортировать | Обновить статус Пересчитать трудоемкость В Состав заказа || 1:5 Дерево ДСЕ || Г1" Копировать | | Добавить / Редактировать 11 Щ, Удалить

18,11. .. Холдинг внутрен. .31.12.. . сдан БИ1886-5671 30,01,2012 110,37 101,8 52,9 №012... ПРЕССФ.., ЦТЕА73... 1 12,1,. Закир.. Цеховой №35

06,05. .. Холдинг ремонт ,, 31.05.. . заплани., БИ18 36-3661 13,03,2012 35,2301 0 №012. .ПРЕССФ. 1 Закир.. Отсутс,,. №35

02,11. .. Холдинг внутрен. . 30.11.. . сдан БИ0604-7556 31,01,2012 275,6356 65,9056 160 №012. . ПРЕССФ.., ЦТЕА82... 1 28.1.. Закир.. Цеховой №35

03,11. .. Концер., внутрен. . 28.02.. . сдан БИОб 11-3029 31,01,2012 431,4644 383,2604322 №012. .прессф,. ОБЩ,ПР... 1 17.1.. Голуб.. Заводе,,. №65

03,11. .. Концер., внутрен. . 29.02.. . заппани., БИ0611-3029/80 13,02,2012 134,43 107,72 17,4 №012. .преесф,. общ,прим. 4 24,1,. Голуб.. Заводе,,. №65

08,09. .. Холдинг ремонт ,, 30.09.. . заплани., БИ0607-4805 18,04,2012 160,582 29,61 №012. .ПРЕССФ. 1 Закир.. Отсутс,,. №35

12,07. .. Холдинг ремонт ,, 29.07.. . заплани., БИ 18 35-3722 14,03,2012 19,652 0 №012. .ПРЕССФ. 1 Закир.. Отсутс,,. №35

18,10. .. Холдинг ремонт ,, 31.10.. . заплани., БИ0605-4119 22,02,2012 23,7703 13,03 №012. .ПРЕССФ. 1 Голуб.. Отсутс,,. №35

24,11. .. Концер., внутрен. . 15.02.. . в работе БИ0607-4665/89 13,02,2012 10,832 0 2,66 №012. .прессф,. ЮМГИ73.., 4 09,0,. Закир.. Заводе,,. №65

03,06. .. Концер., ремонт ,, 30.07.. . заплани., БИ0607-4888 06,03,2012 428,081 303,821 - №012. .ПРЕССФ. .ЮМГИ73.., 1 Голуб.. Отсутс,,. №65

02,08. .. Холдинг ремонт ,, 31.08.. . заплани., БИ 1886-5636 19,03,2012 56,758 0 №012. .ПРЕССФ. 1 Закир.. Отсутс,,. №35

30,11. .. Холдинг ремонт ,, 30.12.. . заплани., БИ 1886-5554 02,03,2012 28,734 4,44 - №012. .ПРЕССФ. 1 Голуб.. Отсутс,,. №35

29,11. .. Холдинг внутрен. .31.03.. . заплани., БИ0604-7560 27,03,2012 101,47 0 49,5 №012... ПРЕССФ.., ДУИ832.,, 1 19,0,. Закир.. Отсутс,,. №35

06,05. .. Холдинг ремонт ,, 31.05.. . заплани., БИ 18 36-3892 16,03,2012 22,8601 0 №012. .ПРЕССФ. 1 Закир.. Отсутс,,. №35

07,12. .. Холдинг ремонт ,, 30.12.. . в работе В950-7797 16,05,2012 150,422 0 №012. .ПРЕССФ. 1 Голуб.. Отсутс,, ■ №35

16,08. .. Холдинг внутрен. .31.08.. . заплани., БИ1886-5653 04,04,2012 29,872 0 36 №012. .ПРЕССФ. .ИЭ86833951 25,0,. Голуб.. Отсутс,,. №35

08,08. .. Холдинг внутрен. . 31.08.. . заплани., БИ 18 35-4244 03,05,2012 91,34 0 58 №012. . ПРЕССФ.., ЦЕ 786089 И 18,0,. Закир.. Отсутс,,. №35

06,05. .. Холдинг ремонт ,, 31.05.. . заплани., БИ 1836-3776 29,02,2012 22,6801 0 - №012. .ПРЕССФ. 1 Закир.. Отсутс,,. №35

22,09. .. Холдинг внутрен. . 31.03.. . заплани., БИ 1886-5658 15,03,2012 189,85 47,63 119 №012. .ПРЕССФ. .ШИКС 75.., 1 15,1,. Закир.. Цеховой №35

30,05. .. Холдинг ремонт ,, 30.06.. . в работе БИ 1880-3074 01,06,2012 788,756 0 №012. .ПРЕССФ. 1 Закир.. Отсутс,,. №35 Я

22,11. .. Концер., внутрен. .28.02.. . заплани., БИ0611-3028 12,03,2012 361,58 117,45 353,1 №012. .прессф,. общ, прим. 1 06,0,. Голуб.. Генера,,. №65

^ Поиск: |прессформа С 0 отобразить сданные П с заготовками П архивируемые |»1 архив У Из архива | Отмена архивации Настроить архивацию

I А, Па мять: 48 Мб

Рис. 2. Список событий и заказов

Рис. 3. Очередь событий и график рабочих

Результаты внедрения:

• обеспечивается полная прозрачность работы цехов и существенный прирост выпуска:

- замеренный и доказанный прирост производства 20-30%;

- доступность реальной текущей информации: от рабочего до директора;

• обеспечивается возможность выполнения заказов в срок и под заданную стоимость с учетом особенностей текущей загрузки цехов,

зависимостей технологических операций, возможностей рабочих и оборудования и др.;

• обеспечивается оперативная реакция системы на изменения задач, заказов и перепланирование в реальном времени с формированием прогноза Стратегического плана;

• создается платформа для принципиального изменения качества управления производством, прямого включения сотрудников в реализацию плана и роста эффективности бизнеса.

MULTIAGENT SYSTEM "SMART FACTORY" FOR STRATEGIC AND OPERATIONAL MANAGEMENT OF MECHANICAL ENGINEERING PRODUCTION "JUST IN TIME" AND "UNDER THE

SET COST"

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Ya.Yu. Shepilov1

1 SPC "Smart Solutions" Samara State Aerospace University

New approach to creation the network-centric intellectual control systems of production management, realized on the basis of multiagent technologies is considered. Similar systems provide the adaptive management of production shops "just in time" and "under the set cost" on events in real time. The architecture and the main functions of multiagent Smart Factory system are described. Results of introduction the system are presented.

Key words: adaptive management, multiagent system, network-centric architecture, real time planning

Viktor Balashov, Expert. E-mail: [email protected]

Dariya Kazanskaya, Analyst. E-mail:

[email protected]

Petr Skobelev, Doctor of Technical Sciences, Professor

at the Department of Construction and Design of

Aircrafts. E-mail: [email protected]

Viktor Shpilevoy, Expert. E-mail: [email protected]

Yaroslav Shepilov, Leading Programmer. E-mail:

shepilov@smartsolutions-123. ru