CC BY
55
Совершенствование
оперативно-календарного
планирования
на промышленных предприятиях
Резюме. Современные машиностроительные предприятия столкнулись с проблемой низкой конкурентоспособности выпускаемой продукции, одной из причин которой является неэффективное использование производственных ресурсов. Существенное значение в преодолении данной трудности принадлежит оперативно-календарному планированию производства. В статье предлагается модель, обеспечивающая увязку работ по различным заказам во времени и более полное задействование оборудования и площадей.
Ключевые слова: планирование производства, оперативное управление, использование оборудования.
Наталия Сидорович,
заведующая
кафедрой экономики
и организации
производства
Барановичского
государственного
университета
В последние годы в связи с созданием Евразийского экономического союза и углублением межстрановых интеграционных процессов возник ряд проблем, требующих принятия новых и отмены традиционных средств и методов организации работы промышленных предприятий. Международная кооперация в рамках ЕАЭС предполагает с целью обеспечения роста объемов выпуска и реализации машиностроительной продукции резкое расширение номенклатуры, ассортимента и соответствующую диверсификацию производства. Концепция, доминировавшая на отечественных предприятиях до настоящего времени, оказалась не в состоянии решить возникшие задачи. Согласно ей продаются те изделия, которые могут быть созданы на действующем оборудовании. Суть же сбытовой (маркетинговой) концепции состоит в том, что изготавливается только такая продукция, которая может быть реализована.
Речь идет не только о принципиально новых товарах, но и о ранее выпускавшихся, заказываемых партиями различной величины, с разными комбинациями моделей и сроками поставки. Чтобы удовлетворить растущие требования покупателей, отечественные компании вынуждены создавать большие запасы готовой продукции, образовывать значительные заделы в незавершенном производ-
стве, отвлекая на эти цели существенные оборотные средства, резервировать избыточные мощности, ухудшая тем самым свое финансовое положение. Сбытовая концепция имеет соответствующие инструменты и методы реализации в оперативно-календарном планировании (ОКП).
Обострение рассматриваемой проблемы обусловлено не только изменением ассортимента и номенклатуры выпускаемой продукции, но и работоспособностью технологического оборудования машиностроительной промышленности. Проведенные исследования состояния и уровня использования оборудования группы заводов г. Барановичи в 2014 г. говорят об ухудшении показателей и сужении возможностей компенсировать недостатки ОКП за счет резервов производственных мощностей. В табл. 1 приведен возрастной состав станков.
Эта информация говорит о явной проблеме: в 2014 г. 91% оборудования эксплуатировался более 15 лет, причем эта доля по сравнению с 2012 г. увеличилась на 15,3%.
Отечественным изготовителям металлообрабатывающих станков, к которым относится большинство предприятий Барановичей, приходится конкурировать с современными мировыми фирмами, обновляющими, как, например, в Японии, свою материальную базу каждые 5 лет. Произвести конкурентоспособную продукцию на оборудовании, дважды прошедшем срок физического износа, весьма сложно.
Эти примеры подтверждаются коэффициентами обновления и выбытия, а также сроком обновления. Величина первого индикатора по исследуемой группе предприятий в 2009 г. равнялась 5,8%, в 2012 г. - 41,6%, а в 2014 г. - 7,2%. Второй показатель
Таблица 1. Данные о возрастном составе оборудования
Количество лет Удельный вес, %
эксплуатации оборудования 2009 г. 2012 г. 2014 г.
до 5 3,3 3,9 3,1
от 10 до 15 18,8 18,4 2,8 3,0
свыше 20 43,8 41,2 83,7
составил 4,1%, 7,2%, 4,8%, а срок обновления - 17,2, 2,4 и 13,9 года соответственно. Аналогично изменяются коэффициенты износа и степени годности технологического оборудования. В 2009 г. первый был 73,9%, в 2012 г. - 56,5%, а в 2014 г. - 57,8%, а второй - 26,1%, 43,5% и 42,2% соответственно. Таким образом, на должном уровне находится только половина всего станочного парка, что не может не сказываться на качестве выпускаемых товаров, простоях рабочих и, как следствие, конкурентоспособности предприятий.
В 2014 г. средняя величина простоев одного рабочего к фонду рабочего времени, обусловленная функционированием оборудования, составила 16,9%. Данное обстоятельство приводит к снижению уровня среднегодового количества задействованного оборудования, который был 95,2% от установленного. Это снижает возможности для маневра производственными мощностями в оперативно-календарном планировании. Анализируя данную проблему, отметим, что коэффициент интенсивной загрузки станков находится на высоком уровне: в 2009 г. - 1,6, в 2012 г. и 2014 г. - 2,05 и 2,33 соответственно. Иную тенденцию имеет показатель экстенсивного использования оборудования, который в 2009 г. равнялся 0,96, в 2012 г. - 0,99, а в 2014 г. - 0,91. Вследствие совместного влияния обоих индикаторов коэффициент интегральной загрузки оборудования по мощности и времени в 2009 г. составил 1,54, а в 2012 г. и 2014 г. соответственно - 2,04 и 2,13, что говорит о высоком уровне использования работающего оборудования. Об этом свидетельствует также фондоотдача, рассчитанная по объему реализованной продукции и остаточной стоимости станков, которая в 2009 г. находилась на отметке в 2,6 руб., в 2012 г. - 3,1 руб., а в 2014 г. - 5,9 руб. Это увеличение произошло за счет опережающих темпов роста объема производства над стоимостью станков.
Приведенные показатели не являются уникальными. Они характерны для большинства предприятий машиностроительного комплекса страны и обусловлены не только научно-технологическим уровнем производственной базы, но и качеством организации производства, труда и управления. К устаревшему и неэффективно используемому оборудованию можно добавить огромные накладные расходы, раздутые штаты, высокую энергоемкость и материалоемкость
технически отсталых товаров, значительную долю импортных комплектующих, низкую производительность, большой удельный вес ручного труда -это реалии современных условий хозяйствования машиностроительных компаний. В настоящее время данный сегмент меняет вектор своего развития. Наиболее востребованы не металлоемкие и энергоемкие станки, а оборудование с высокой степенью автоматизации, где наибольшую стоимость имеет ИТ-продукт. Отечественный кадровый потенциал вполне может удовлетворить потребности в нем. Подтверждение тому - успешная работа Парка высоких технологий.
Существенное значение в решении этой проблемы принадлежит оперативно-календарному планированию производства, которое отвечает на вопрос, как должен быть выстроен в пространстве и во времени процесс изготовления продукции и каким образом должны при этом взаимодействовать все подразделения и отдельные исполнители, чтобы получить максимальный результат при минимальных затратах ресурсов. В зарубежной практике организации производства уделяется не меньше внимания, чем поиску технических решений. Поэтому при совершенствовании отечественных систем ОКП необходимо изучать опыт иностранных компаний.
На Западе наиболее распространенным является метод сокращения времени выполнения заказа благодаря постоянной готовности предприятия к изменениям, при которых запас не должен превышать установленный минимум, необходимый для обеспечения непрерывного производственного процесса. Основой этой системы является график сборки изделий с указанием их модификаций и сроков изготовления. В данном случае применяется так называемая система вытягивания, при которой один производственный участок забирает детали, сборочные единицы у другого, предшествующего ему по технологическому циклу. Последний в свою очередь взамен изъятых у него узлов изготавливает новые. Для этого он «вытягивает» необходимые комплектующие у предыдущего этапа конвейера и т.д.
Преимущество данной модели ОКП перед «выталкивающей», применяемой в отечественных системах планирования, когда один участок принудительно поставляет свои полуфабрикаты для обработки на последующем, состоит в том, что импульсы движения предметов труда поступают от изготовителя конечной продукции, а не от заготовительных цехов. Несмотря на массовое производство, в вытягивающей системе реализован принцип поштучного изготовления товаров, поэтому время создания изделия на всех без исключения рабочих местах синхронизировано с тактом главного конвейера. Уровень заделов сведен до одной единицы продукции, находящейся в запасе между рабочими местами и поточными линиями.
Отличительная черта такого подхода - остановка производственного процесса на всем предприятии в случае возникших неполадок на одном из участков. Именно этим обстоятельством обусловлено стремление западных компаний к повышению научно-технологического уровня станочного парка. Особенностью управления является то, что оно представляет собой симбиоз стратегического, тактического и оперативно-календарного планирования. Это позволяет разрабатывать и контролировать производственный график в реальном режиме времени при приеме каждого нового заказа и пересчитывать производственную программу с учетом приоритетных направлений стратегий предприятия.
Совместное планирование материальных потоков и производственных мощностей дает возможность поднять всю систему планирования на новый уровень. Отмечая некоторые особенности зарубежных моделей ОКП и сопоставляя их с отечественными, можно сделать несколько выводов.
Во-первых, все заграничные службы ОКП, как правило, базируются на принципах подетальной системы, что характерно и для наших предприятий.
Во-вторых, с точки зрения функциональных возможностей и разрешающей способности белорусские модели ОКП принципиально не уступают иностранным аналогам, но в то же время имеют недостаточную эффективность вследствие низкой исполнительской дисциплины.
В-третьих, эффект в зарубежных системах ОКП достигается за счет ликвидации заделов, уменьшения времени нахождения предметов труда в незавершенном производстве, сокращения длительности производственного цикла, недопущения брака и пересортицы в номенклатуре продукции. В отечественной же практике именно заделы призваны компенсировать все недостатки.
В статье предпринята попытка разработать модель оптимизации производственного цикла изготовления партии изделий. В систему параметров построения и регулирования данного процесса входит достаточно большое количество различных факторов. Наибольшее значение среди них имеют:
■ метод изготовления заказа;
■ сроки запуска-выпуска изделия;
■ размер серии товаров;
■ ритм поточной линии, график ее работы;
■ нормативный уровень заделов;
■ время опережения;
■ уровень загрузки оборудования, производственных площадей и операторов;
■ трудоемкость изготовления единицы продукции на рабочем месте (технологической линии, в структурном подразделении);
■ конечный срок сдачи готовой серии изделий (партии деталей, сборочных единиц).
Среди перечисленных показателей наиболее важна длительность производственного цикла, поскольку в ней отражается специфика технологического процесса, применяемого оборудования, остальные параметры ОКП и эффективность предприятия в целом. Данный индикатор зависит от следующих факторов производства: машинного времени, а также затрат ручного труда и технологических простоев. Одной из задач ОКП является оптимизация структуры цикла с целью сокращения его длительности за счет параллельно-последовательного выполнения операций. При этом обеспечивается максимальная загрузка оборудования, синхронизация работы которого достигается с помощью межоперационных заделов. Освободившиеся станки можно использовать для параллельного изготовления другой серии изделий. Оптимальный размер партии соответствует минимальному времени ее обработки на технологической линии.
Разработаны модели оперативно-календарного планирования, обеспечивающие увязку работ по различным заказам во времени и более полное использование оборудования и площадей [1, 2]. Поскольку производственные процессы в единичном и серийном производстве носят дискретный характер, в их планировании предлагается применять графовые модели (сетевые вершинно-взве-шенные графы и их матричное представление). Они проверены на практике и могут быть внедрены в производство на основе стандартных программных средств ЭВМ.
Математическая постановка задачи включает в себя р - обрабатывающие устройства (ОУ) (р>2), п - размер партии деталей (п>2), требующих обработки (в дальнейшем - число процессов), 5 - количество операций технологического процесса (5>2), Т = ) х, 1 = 7 = !>5 - матрицу времен выполнения операций для каждой сборочной единицы.
Параметр е>0 характеризует дополнительное время, связанное с организацией параллельного выполнения операций технологического процесса и взаимодействия ОУ при распределенной обработке. В дальнейшем вместо матрицы Т используется матрица Тс = ((') ^, элементы которой определяются по формуле = ¿гу + £; г = 1 ,п, у = 1, л .
Предполагается, что взаимодействие обрабатывающих устройств и операций технологического процесса подчинено следующим шести условиям:
■ ни одна из операций не может выполняться одновременно более чем одним ОУ;
■ каждое устройство должно совершать одновременно не более одной операции;
■ каждое действие осуществляется без прерываний;
■ распределение операций по ОУ для каждого из технологических процессов ведется циклически
Рис.
Сетевой
взвешенный
граф
...
по правилу: операция с номером у =кр + г, ] = 1,5, i = 1 ,р, к>0 распределяется на ОУ с номером г;
■ для каждого из п процессов момент завершения ;-й операции на г-м ОУ совпадает с моментом начала выполнения следующей (?+1)-й операции на (г+1)-м ОУ; 1 = \,р-\, у = 1,5-1;
■ произведем разбиение множества процессов на группы (Г), для каждой из операций момент начала ее выполнения для 1-го процесса совпадает с моментом начала ее выполнения для (/+1)-го процесса на ОУ; 1 = \,п — \.
Если к условиям 1-4 добавить поочередно условия 5 и 6, то получаются два базовых синхронных режима. Первый, определяемый условиями 1-5, обеспечивает непрерывное выполнение операций внутри технологического процесса обработки деталей. Второй, создаваемый условиями 1-4 и 6, гарантирует непрерывную работу оборудования.
Обозначим через Т2(р, п, е) минимальную длительность технологического процесса во втором синхронном режиме с учетом параметра е. При 5 = р будет происходить непрерывная деятельность всех ОУ и общее время обработки партии размера п будет определяться формулой:
Tf{p,n,s,s) - ^max
■•_[l<v<n
V V—1
YA-YMy .;=i ¡=i
¡•=i
(i)
Пусть далее 5 = кр+г, к>1, 1 <г<р, то есть число ОУ является ограниченным. Тогда минимальная длительность технологического процесса Т2(р, п, $, е) вычисляется с помощью математического аппарата сетевых взвешенных графов. При
5 = кр, к>1 введем следующие обозначения: в 1 1
^у' = ^у + £ = Ь,(1-\)р+] + Е - время выполнения ;-й операции г-го процесса в 1-й группе с учетом параметра е; г' = 1,и, у=1 ,р, 1 = \,к;
Т?'1- суммарная длительность выполнения ;-й операции в 1-й группе всеми п процессами,
7 =\р, / = 1Д;
А®''- время задержки начала выполнения (?+1)-й операции по отношению к ;-й для первого процесса в 1-й группе, ] = \,р-\, 1 = 1,к;
АВр- время задержки начала выполнения первой операции в (/+1)-й группе по отношению к р-й операции в 1-й группе, I = 1,к — 1.
В силу того, что рассматриваемый синхронный режим распределенного осуществления операций обеспечивает непрерывное прохождение каждого действия для всех процессов, а также с учетом введенных выше обозначений можно выстроить следующие соотношения:
е,1
> }=\р, 1 = \к,
ы
А£;' = тах
,j = l,p-l, 1 = 1, к,
Ае11 = тах
у \<v<n
V—1
Z,s,l y fe,/+l
lip ¿Л'1
,i=l
i=l
l = \,k-\.
(2)
(3)
(4)
При 5 = kp+r, k>1, 1<r<p в формуле (2)
I = \,к + \, причем если I = к+1, то ; изменяется от 1 до г. Равенство (3) для первых к групп блоков имеет тот же вид, но при I = к+1 ] изменяется от 1 до г-1. В формуле (4) 1 = \,к.
Решение сформулированной задачи минимизации длительности технологического процесса в серийном производстве во втором синхронном режиме может быть сведено к определению длины критического пути в сетевом взвешенном графе специального вида (рис.), где веса дуг определяются по формулам (2-4).
Рассматриваемые режимы гарантируют выполнение операций без их промежуточных прерываний и отсутствие простоев оборудования с момента его старта до завершения изготовления всей партии. СИ
See: http://innosfera.by/content_2015_8/day-to-day
Литература
1. Ильин А.И., Коваленко Н.С., Касько С.В. Математическая модель и алгоритмы оптимизации параметров поточных и конвейерных линий // Экономика. Моделирование. Прогнозирование: сб. науч. трудов. Вып. 7. - Мн., 2013.
2. Ильин А.И., Коваленко Н.С., Сидорович Н.И. Модель и алгоритмы оптимизации параметров технологических процессов в серийном производстве // Проблемы прогнозирования и государственного регулирования социально-экономического развития: материалы XV Междунар. науч. конф. (Минск, 23-24 окт. 2014 г.). В 3 т. Т. 3. - Мн., 2014.
