CC BY
70
УДК 658.51:004.9
ББК 65.29
4 49
Черненко А.А.
Аспирант кафедры информационной безопасности и прикладной информатики Майкопского государственного технологического университета, Майкоп, e-mail: [email protected]
Схема межцеховой маршрутизации заявок как инструмент диспетчирования в системе оперативно-календарного планирования
(Рецензирована)
Аннотация. Рассматривается структура информационной системы оперативно-календарного планирования. Предлагается алгоритм расчета производственного расписания. Дается определение заявки, жизненного цикла заявки. На основе данного определения предлагается алгоритм межцеховой маршрутизации заявок, а также методика организации информационного обмена между модулями расчета производственного расписания и диспетчирования.
Ключевые слова: MES, ODS, расчет производственного расписания, диспетчирование, оперативно-календарное планирование.
Chernenko А.А.
Post-graduate student of Department of Information Security and Applied Informatics, Maikop State University of Technology, Maikop, e-mail: [email protected]
Driving interdepartmental routing of applications as a tool for dispatching in the operational scheduling system
Abstract The paper deals with the structure of the information system of operational scheduling. An algorithm is offered for the calculation of the production schedule. The definition of application and its life cycle are given. Based on this definition, we propose an algorithm of interdepartmental routing of applications, as well as the technique of organization of data exchange between modules ofproduction schedule calculation and dispatching.
Keywords: MES, ODS, the production schedule calculation, dispatching, operational scheduling.
Управление процессами маршрутизации заявок является важной функцией информационной системы оперативно-календарного планирования. Исполнение заявок в рамках директивных сроков позволяет учитывать изменения в текущем производственном расписании с заданным интервалом времени. В соответствии с положениями стандарта MESA [1] в области разработки и сопровождения производственных исполнительных систем (Manufacturing execution system, MES), обязательным условием является наличие модуля диспетчирования (Dispatching production unit, DPU) в системе оперативно-календарного планирования. Наряду с диспетчированием, MES-система должна выполнять следующие функции: управление персоналом (Labor Management, LM), управление производственными процессами (Production Management, РМ), оперативно-детальное планирование (Operations/Detail Scheduling, ODS), управление документами (DOC) и др. В данной статье предлагается схема маршрутизации заявок в качестве модуля диспетчирования в информационной системе оперативно-календарного планирования.
Модуль диспетчирования является частью ядра системы оперативно-календарного планирования (рис. 1).
Портфель заказов формируется на верхнем уровне иерархии. Управление портфелем заказов является частью функционала многих информационных систем, например, системы планирования ресурсов предприятия (Enterprise resource planning, ERP).
Ядро системы оперативно-календарного планирования получает на вход данные о заказах и в результате формирует модель планирования с использованием информации о номенклатуре, персонале, оборудовании. На каждой новой итерации модель конкретизируется. Полученные в результате расписания направляются в цеха. За счет допол-
нительного контура диспетчирования (DPU) обеспечивается коррекция составленного расписания с учетом влияния многих факторов, таких как: переналадки оборудования, ремонты, отказы, транспортные и складские операции, кадровый состав операторов и станочников и т.д. В целях повышения точности планов все вышеперечисленные факторы фиксируются в системе.
Планы в ERP
Рис. 1 Структурная схема функционирования производственной исполнительной системы (MES)
Расчет производственного расписания осуществляется итеративно с фиксированными промежутками времени (порядка 6 минут). Алгоритм состоит в детализации расписания до уровня рабочих мест, а также модификации в результате диспетчирования (рис. 2).
Принимая во внимание специфику работы предприятия, отрасли в целом, можно предложить следующие критерии оптимизации производственного расписания: загрузка оборудования {max загрузка, min число используемых станков, равномерная загрузка, min количество переналадок), приоритет операций (ближайший срок готовности, max длительность обработки, min длительность обработки), очередь (обработка в порядке очереди, операция - из конца очереди, max длительность операции, min длительность операции) [2].
Выбор критерия для формирования модели планирования определяется величиной портфеля заказов. Данная величина может изменяться в пределах горизонта планирования, поэтому важно учитывать динамику загрузки производственных мощностей с целью минимизации рисков планирования. На загруженных мощностях (порядка 80%) целесообразно применять оптимизацию расписания по критерию очереди либо приоритета операций [3].
Рис. 2 Алгоритм расчета расписания
Процесс расчета производственного расписания протекает в несколько этапов. Этап оценки мощностей характеризуется формированием модели планирования на заданном горизонте с определенным показателем риска. Для определения коэффициента загрузки производственных мощностей необходима информация о технологических процессах, номенклатуре и оборудовании. Значения коэффициентов загрузки оборудования в промежутке от 0,7 до 1,0 свидетельствуют о высокой степени риска при принятии решения о включении нового заказа в портфель.
На этапе объемно-календарного планирования происходит расчет предварительного расписания с учетом выбранных критериев. Система позволяет оценить расписания, составленные с применением альтернативных критериев. Полученная модель планирования является обобщенной и впоследствии детализируется.
Обобщенное расписание поставляется в цеха, где детализируется в разрезе рабочего места, а также модифицируется за счет контура диспетчирования (рис. 3). Внештатные ситуации, приводящие к изменению расписания в цехах, учитываются в обобщенном расписании.
Атомарным элементом схемы диспетчирования является заявка. Заявка представляет собой унифицированную структуру, включающую в себя следующую информацию: сведения о согласантах, сведения об инициаторе, принадлежность к маршруту, сведения об адресате, перечень обрабатываемых деталей, информацию об оборудовании, тип и статус. Заявка двигается по маршруту посредством выполнения процедур согласования.
Рис. 3 Алгоритм межцеховой маршрутизации
На первом этапе происходит классификация проблемы. Если проблема связана с выходом из строя производственной единицы, то принимается решение о резервировании объемов продукции для дальнейшего учета в производственном расписании.
Согласование подразумевает проверку ответственным лицом содержания заявки в целях предотвращения ошибок формирования. Согласование осуществляется мастером смены.
На этапе выбора маршрута происходит определение круга лиц, контролирующих ход исполнения заявки. Для однотипных заявок (ремонт, приемка продукции и др.) предусматривается возможность выбора заранее созданных маршрутов.
Завершающим этапом работы алгоритма межцеховой маршрутизации является отправка пакетов в модуль оперативно-детального планирования (ODS) для перерасчета текущего производственного расписания.
Следует отметить, что единовременно одна и та же заявка может содержать только одного адресата, то есть не может быть переадресована после запуска транзакции. Для оптимизации процесса управления потоками заявок целесообразно использовать статистические методы, прогнозирование, а также экспертные процедуры. Применение методов первой группы позволяет решить задачу автоматизированной классификации заявок в зависимости от различных признаков, таких как: тип, содержание, принадлежность к подразделению, срок и др.
Вторая группа методов используется для предсказания сроков исполнения заявок по факту, тем самым способствует уменьшению регламентированного времени исполнения. Также применение прогнозирования позволяет оптимизировать поток заявок за счет исключения очередей, а также внедрения системы приоритетов.
Экспертные процедуры применяются для обучения систем по правилу: «Если <условие>, то <действие>». Учет знаний экспертов при организации потока заявок позволит принимать решения в автоматизированном режиме, при котором инициатору необходимо лишь подтвердить сгенерированный на основе правил маршрут. Такой
подход значительно снижает время запуска транзакции с заявкой, а тем самым и время обработки последней.
В целях организации взаимодействия с модулем оперативно-детального планирования (ODS) в ИС схема диспетчирования предполагает использование следующих сценариев инициирования заявки, выполняющейся в пределах одного горизонта планирования:
1. Система обнаружила, что существует лучший с точки зрения выбранного критерия (или альтернативных критериев) план.
2. Возникла необходимость в пересчете расписания вследствие выхода из строя производственной единицы.
3. Возникла необходимость в пересчете расписания вследствие ввода в эксплуатацию после ремонта производственной единицы.
4. Реструктуризация модели приоритетов из-за изменения директивных сроков.
Каждый сценарий предполагает пересчет производственного расписания в соответствии с определенным заранее критерием.
Рассмотрим более подробно механизм работы интегрированной системы маршрутизации заявок на примере одной заявки. Каждой заявке во время инициирования присваивается определенный тип. Процесс выбора адресата осуществляется пользователем вручную.
После того как заявка создана, происходит выбор маршрута, состоящего из этапов согласования, утверждения и исполнения. Маршрут представляет собой транзакцию, тем самым приобретает свойства последней, а именно: маршрут не может быть завершен, пока не выполнены его промежуточные этапы.
Если заявка создается по одному из сценариев, то пользователю необходимо выбрать только маршрут.
Транзакционный подход делает возможным внедрение ролевой модели [4] для обеспечения взаимосвязи всех этапов жизненного цикла маршрута. Выделим роли инициатора, согласанта (первой и второй категорий) и исполнителя. Любому пользователю в системе в рамках одной заявки не может быть предоставлено более одной роли, например, невозможно быть инициатором и исполнителем по одной и той же заявке. Движение по маршруту осуществляется путем действий со стороны согласантов. После согласования заявка попадает в обработку к специалисту - исполнителю. Завершающим действием процедуры маршрутизации является закрытие заявки. Следует подчеркнуть, что возможны также отрицательные действия согласантов. В этом случае маршрут либо прерывается полностью (согласант указывает причину отклонения), либо замораживается до выполнения определенных условий.
При интенсивном потоке взаимосвязанных заявок может возникнуть потребность в интеграции маршрутов, то есть применения так называемой операции связывания маршрутов. Однако ввиду алгоритмической сложности механизма выделения связанных маршрутов, предусмотрена возможность явной интеграции посредством присвоения заявке специализированного статуса «связан» (рис. 4).
По завершении маршрута заявка попадает в архив с целью проведения дальнейшего анализа, включающего следующие процедуры: сбор статистики, классификацию, поиск «узких мест» и т.д.
Приведем перечень проблемных ситуаций, выявленных на этапе разработки прототипа интегрированной системы маршрутизации заявок.
Первая проблема заключается в реализации механизма выбора адресата в автоматизированном режиме на основе семантического анализа текста заявки. Представляется возможным предложить следующий алгоритм для решения выявленной проблемы. Первый этап состоит в поиске ключевых слов по словарю. Второй этап состоит в про-
ведении процедуры классификации найденных слов. В случае нахождения совпадений производится типизация заявки. В противном случае, принимается решение о создании нового класса, при этом пользователю высылается соответствующее уведомление. Возврат к первому этапу. На четвертом этапе производится выбор адресата на основе найденного типа и информации об инициаторе. На последнем этапе инициатору заявки выдается уведомление о принятом решении.
Рис. 4 Жизненный цикл заявки
Вторая проблема заключается в поиске оптимального маршрута заявки с учетом нагрузки исполнителей, их квалификации, типов заявок, сроков исполнения и др. В этой связи также возникает задача максимально возможной типизации структуры заявки. Целесообразно предложить следующий алгоритм. На первом этапе определяется тип текущей заявки. Далее производится расчет коэффициента нагрузки у каждого исполнителя по данному типу заявки. Коэффициент нагрузки рассчитывается как отношение числа заявок в работе по выбранному типу к общему числу заявок в работе у конкретного исполнителя. Третий этап подразумевает поиск наименьшего коэффициента среди найденных. На заключительном этапе производится адресация заявки на исполнителя, имеющего наименьшее значение коэффициента нагрузки.
Третья проблема состоит в проектировании и реализации механизма связывания маршрутов, обеспечивающего возможности работы в ручном и автоматизированном режимах. Для решения данной проблемы представляется необходимым использовать следующий алгоритм. Во-первых, производится процедура поиска взаимосвязанных маршрутов. Во-вторых, по результатам поиска строится ориентированный граф, описывающий последовательность найденных маршрутов. В-третьих, происходит проце-
дура связывания маршрутов в один на основе построенного графа. В-четвертых, осуществляется ожидание завершения последнего маршрута, после чего процедура связывания прерывается.
Последняя из выявленных проблем заключается в разработке и реализации алгоритмов формирования заявок по мере надобности в режиме реального времени в зависимости от изменений контролируемых параметров. Для решения данной проблемы целесообразно использовать алгоритм, состоящий из трех шагов. На первом шаге формируется словарь контролируемых параметров. На следующем шаге указывается периодичность инициирования заявок. На третьем шаге указывается адресат, который будет получать уведомления и осуществлять мониторинг процесса автоматизированного инициирования заявок. В случае, когда заранее известен тип инициируемой заявки, предложенный алгоритм может быть модифицирован. На первом шаге при формировании словаря учитывается тип заявки, что позволяет увеличить скорость алгоритма в целом за счет существенного сокращения объема словаря.
Таким образом, в настоящей статье представлена схема межцеховой маршрутизации заявок как часть информационной системы оперативно-календарного планирования с детальным описанием алгоритмов работы, возможных проблем и путей их разрешения.
Примечания:
1. [Электронный ресурс].
URL: http://www.mesa.org/en/index.asp
2. Загидуллин P.P. Управление машиностроительным производством с помощью систем MES, APS, ERP. Старый Оскол: ТНТ, 2011. 369 с.
3. Черненко A.A. К вопросу о применении концепции ERP II для решения задач управления в сфере производства // Современное состояние и перспективы развития технических наук. Уфа: Аэтерна, 2014. 72 с.
4. Черненко A.A. Особенности повышения эффективности бизнес-процессов на предприятиях различных типов посредством использования возможностей промышленных ИС // Новые технологии. Майкоп: Изд-во МГТУ, 2014. Вып. 4. 108 с.
References:
1. [Электронный ресурс].
URL: http://www.mesa.org/en/index.asp
2. Zagidullin R.R. Management of engineering production with systems MES, APS, ERP. Stary Oskol: TNT. 2011.369 pp.
3. Chernenko A.A. On the question of application of the concept of ERP II for control tasks in production // The Current State and Prospects of Development of Engineering Science. Ufa: Aeterna, 2014.72 pp.
4. Chernenko A.A. Features of the efficiency increase of business processes of enterprises of various types through the use of capacity of industrial IP // New Technologies. Maikop: MSTU Publishing House, 2014. Iss. 4. 108 pp.
