Повышение эффективности управления машиностроительным производством за счет разработки системы моделирования его основных структурных подразделений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Черепанов, Владимир Викторович

• Черепанов, Владимир Викторович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Черепанов, Владимир Викторович

ВВЕДЕНИЕ.^.

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ФУНКЦИЙ, ЗАДАЧ И АРХИТЕКТУРЫ ИНТЕГРИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ' МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ.

1.1 Решение задачи целевой автоматизации и оперативного управления машиностроительным производством с помощью исполнительных производственных систем.

1.2 Анализ информационно-управляющей структуры машиностроительного производственного предприятия.

1.3 Исследование программно-функциональной архитектуры интегрированной системы оперативного управления мелкосерийным и единичным производством MES «ФОБОС».;.

4.4 Решение задачи составления и поиска оптимального производственного расписания.

Выводы.

ГЛАВА 2. ПОДХОДЬГК ВИРТУАЛИЗАЦИИ,РАБОЧИК СТАНЦИЙ.

2.1 Анализ общей концепции технологий виртуализации рабочих станций.

2.2 Методы виртуализации рабочих станций.

2.3 Исследование и анализ состава, характеристик и стоимости программных средств виртуализации рабочих станций.

Выводы.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ СТРУКТУРНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ЦЕХА МАШИНОСТРОРПЪЛЬНОГОПРЕДПРИЯТИЯ.

3.1 Разработка моделей виртуальных автоматизированных рабочих мест (АРМ) сотрудников производственного менеджмента основных структурных подразделений цеха машиностроительного предприятия.

3.2 Алгоритм использования моделей виртуальных автоматизированных рабочих мест (АРМ) для решения задач прогнозирования и оптимизации производственных расписаний.

3.3 Архитектура и принципы работы системы моделирования основных структурных производственных подразделений цеха машиностроительного предприятия.

3.4 Анализ требований разработанной системы моделирования к аппаратному и программному обеспечению серверного и клиентского оборудования.

Выводы.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ И ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ СТРУКТУРНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ЦЕХА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ.

4.1 Оценка эффективности разработанной системы моделирования основных структурных производственных подразделений цеха машиностроительного предприятия.

4.2 Пример работы системы моделирования основных структурных производственных подразделений цеха машиностроительного предприятия.

4.3 Решение задачи организации удаленной работы через Интернет сотрудников производственного менеджмента основных структурных подразделений в рамках разработанной системы моделирования.

4.4 Методика применения разработанной системы моделирования основных структурных производственных подразделений в учебном процессе.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности управления машиностроительным производством за счет разработки системы моделирования его основных структурных подразделений»

Актуальность работы.

В настоящее время одной из главных проблем машиностроительного производства мелкосерийного и единичного типов является низкий коэффициент загрузки оборудования и, как следствие, низкая пропускная способность, станочной системы, и высокий объем незавершенного производства. . '

Согласно данным Международной организации инженеров-технологов, , средний коэффициент загрузки; оборудования?в!мелкосерийном и единичном машиностроительном производстве составляет 0,45, в то время как в массовом и. крупносерийном; его величина- приближается к 0,9; То есть скорость исполнения производственных заказов в мелкосерийном и единичном производстве примерно в 2 раза ниже, чем в массовом и крупносерийном; В итоге более половины; рабочего времени, дорогостоящие станки простаивают, не принося никакой прибыли. Такая ситуация возникает из-за позаказного характерам работ, при котором; производственный заказ, состоящий; из детале-сборочных. единиц (ДСЕ), не может быть выполнен, пока .не' будут изготовлены все детали, входящие в .его комплект. Если: хотя бы одна ДСЕ не готова, все остальные, детали, входящие в заказ, ожидают ее изготовления, образуя незавершенное производство: При этом' одинаковые детали могут одновременно входить в несколько заказов и изготавливаться в разное время ина разном оборудовании, но согласно требованиям стандарта 180-9000 они. должны быть идентифицируемы и их запрещается группировать; при обработке. И если; в массовом производстве последовательность изготовления; одинаковых деталей не является;значимой, в мелкосерийном и единичном она может оказать существенное влияние на скорость выполнения заказов.

Задачу составления оптимального производственного расписания и контроля его дальнейшего выполнения позволяют решить системы управления производством класса MES (Manufacturing Execution System, в переводе с английского - «исполнительная производственная система»), к числу которых относится MES «ФОБОС», автоматизирующая функции основных структурных производственных подразделений производственного менеджмента) на уровне цеха:

ПДО (планово-диспетчерский отдел); отдел технологической подготовки производства; отдел комплектации; мастера цеха;

ОТК (отдел технического контроля); дирекция.

MES «ФОБОС» наиболее широко применяется в машиностроении, характерными особенностями которого являются большая сложность изготавливаемой продукции (до- 10000 деталей) и разнообразие технологических процессов и материалов.

Оперируя актуальными1 данными о. состоянии производства и начальными, условиями планирования заказов, MES «ФОБОС» позволяет рассчитывать производственное расписание исходя из 14 критериев оптимизации. С помощью различных комбинаций критериев можно» составить 100 различных вариантов производственных расписаний.

Однако открытым остаётся вопрос, как выбрать наиболее оптимальное производственное расписание из всего множества возможных вариантов. Обычно диспетчер, составляющий производственное расписание, вынужден полагаться на собственный опыт в выборе критериев и определении оптимального варианта выполнения заказов при имеющихся, данных. На своём персональном компьютере (ПК) он может запустить только один экземпляр MES «ФОБОС», поэтому для построения и анализа альтернативных вариантов расписаний ему нужно либо перебирать и анализировать их все последовательно- (что затрудняет оперативность управления производством), либо использовать дополнительные ПК и работать с ними параллельно (что неудобно и требует дополнительные затраты).

Очевидно, что в сложившихся условиях диспетчеру необходим гибкий инструмент прогнозирующего моделирования, который позволит принимать ему оптимальные решения и повысит эффективность его работы.

Исследование современных технологий программно-аппаратной виртуализации позволило выявить новое эффективное и научно-обоснованное решение задачи выбора оптимального производственного расписания за счет разработки системы моделирования основных структурных производственных подразделений цеха машиностроительного предприятия с использованием виртуальных автоматизированных рабочих мест (АРМ).

С помощью разработанной системы можно одновременно работать с несколькими виртуальными автоматизированными рабочими местами (виртуальными АРМ) и, следовательно, одновременно запускать несколько экземпляров MES «ФОБОС», составляя и анализируя необходимое количество производственных расписаний параллельно.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности оперативного управления мелкосерийным и единичным машиностроительным производством за счет разработки системы моделирования его основных структурных подразделений на базе MES «ФОБОС».

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: исследование функций и задач интегрированных систем оперативного управления производством; анализ информационно-управляющей структуры машиностроительного предприятия и роли MES-системы в ней; исследование программно-функциональной архитектуры MES-системы «ФОБОС»; анализ концепции, методов и средств виртуализации рабочих станций; разработка моделей виртуальных автоматизированных рабочих мест (АРМ) сотрудников производственного менеджмента основных структурных подразделений цеха машиностроительного предприятия; разработка алгоритма использования моделей виртуальных автоматизированных рабочих мест (АРМ) для решения задач прогнозирования и оптимизации производственных расписаний; разработка и реализация системы моделирования основных структурных производственных подразделений цеха машиностроительного предприятия; анализ требований разработанной системы к аппаратному и программному- обеспечению серверного и клиентского оборудования; оценка эффективности разработанной системы; организация удаленной работы через Интернет в рамках разработанной системы; разработка методики применения' системы моделирования-основных структурных производственных подразделений в учебном процессе.

Методы исследования.

Теоретические исследования выполнены с использованием научных и методологических положений теории управления, теории расписаний, основных положений и принципов системной интеграции, опыта разработки и внедрения исполнительных производственных систем и систем виртуализации.

Научная новизна работы заключается в: установлении зависимостей между скоростью прохождения материальных потоков через станочную систему в условиях машиностроительного производства мелкосерийного и единичного типов и предложенными сценариями моделирования производственных процессов, учитывающими различные комбинации критериев при расчете оптимального расписания выполнения работ; разработке моделей виртуальных автоматизированных рабочих мест (АРМ), позволяющих имитировать различные сценарии выполнения производственного плана; разработке алгоритма использования моделей виртуальных автоматизированных рабочих мест (АРМ) для решения задач прогнозирования и оптимизации производственных расписаний.

Практическая ценность: разработана система моделирования основных структурных производственных подразделений цеха машиностроительного предприятия, реализующая созданные модели и алгоритм; предложена методика применения разработанной системы в учебном процессе.

Реализация работы: результаты, полученные в диссертационной работе, использованы на предприятии ООО «ПКФ «Теплодар» (город Новосибирск) для повышения эффективности управления производством в автоматизированных структурных подразделениях на базе МЕ8 «ФОБОС»; результаты, полученные в диссертационной работе, применяются в учебном процессе по специальности 220301.65 «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)».

Апробация работы.

Теоретические и практические результаты, полученные автором, неоднократно докладывались на заседаниях кафедры «Информационные технологии и вычислительные системы» ФГБОУ ВПО МГТУ «Станкин». По материалам работы были сделаны доклады на XII научной конференции

МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «Станкин» - ИММ РАН» по математическому моделированию и информатике, Москва, 2009 г.; Международной научно-практической конференции «Эффективные технологии управления производством» под патронажем РАН и ТПП РФ, Москва, 2009 г.; Международной научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении», Пенза, 2010 г.; Всероссийской научно-практической конференции «Автоматизация и управление технологическими и производственными процессами», Уфа, 2011 г.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 в ведущих рецензируемых научных изданиях, включенных в перечень ВАК РФ, а также 2 в изданиях по темам международных конференций.

Структура и объем работы.

Работа состоит из введения, четырех глав, основных выводов, трех приложений, изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков и 9 таблиц, список литературы включает в себя 70 наименований.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Черепанов, Владимир Викторович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1) В диссертации решена задача, имеющая существенное значение для машиностроения, и заключающаяся в повышении эффективности управления машиностроительным производством за счет разработки системы моделирования его основных структурных подразделений.

2) Установлены зависимости между скоростью прохождения материальных потоков через станочную систему в условиях мелкосерийного и единичного машиностроительного производства и предложенными сценариями моделирования' производственных процессов, отличительной особенностью которых является то, что они учитывают различные комбинации критериев при расчете оптимального расписания выполнения работ.

3) На основе установленных связей разработаны» модели виртуальных автоматизированных рабочих мест (АРМ), позволяющие имитировать различные сценарии выполнения производственного плана.

4) Разработан алгоритм использования • моделей виртуальных автоматизированных рабочих мест (АРМ)- для решения задач прогнозирования и оптимизации производственных расписаний.

5) Разработана. система моделирования основных структурных производственных подразделений цеха машиностроительного предприятия на базе исполнительной производственной ' системы «ФОБОС» с использованием технологий программно-аппаратной виртуализации, реализующая созданные модели и алгоритм.

6) Использование результатов работы на производственном предприятии ООО «ПКФ «Теплодар» (город Новосибирск) позволило повысить эффективность управления машиностроительным производством в автоматизированных структурных подразделениях на базе исполнительной производственной системы «ФОБОС» за счет сокращения цикла изготовления изделий и увеличения пропускной способности станочной системы.

7) Результаты, полученные в диссертационной работе, используются в учебном процессе по специальности 220301.65 «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Черепанов, Владимир Викторович, 2011 год

1. Трубицын А. «На стыке экономики и технологии», PC WEEK, №4,2005;

2. Интернет-сайт международной некоммерческой ассоциации MESA International Электронный ресурс., — Режим доступа: http://www.mesa.org;;

3. Залыгин А.Р., «MES-системы с точки зрения организации производства», публикация в интернет-издании 12NEWS (ERPNEWS), 2007 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://12news.ru/doc2749.html:

4. Нестерова А. «MES-системы управления производством. Воспользуйтесь очевидными преимуществами», Мир компьютерной автоматизации, №1-2, 2002, с. 77-81;

5. Будник P.A., Куминов В.В. «MES-системы в дискретном производстве», PC WEEK, №46, 2003;

6. Гладкова И., Фролов Е.Б. «"Ларчик" национальных технологических традиций открывает MES-система», публикация на интернет-портале MESA.ru, 2007 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://old.mesa.ru/?p=600006;

7. Фролов Е.Б., Лили Чанг, Высочин C.B. «Интегрированная система оперативного планирования и диспетчерского контроля цехом механообработки», Автоматизация проектирования, №9, 1998, с. 18-22;

8. Фролов Е.Б. «Характеристика и функции MES-системы ФОБОС», публикация на интернет-сайте MES «ФОБОС» Электронный ресурс., — Режим доступа: http://www.fobos-mes.ru/fobos-system/MES-system-characteristic-and-functions.html;

9. Борисов В.Л., Максимов В.Е. «Система управления базами данных», Мир ПК, №5, 2007;

10. Фролов Е.Б. «MES в производственной логистике: метод вычисляемых приоритетов», публикация в интернет-издании 12NEWS (ERPNEWS), 2010 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://12news.ru/doc5135.html:

11. Мазурин А. «ФОБОС: Эффективное управление производством на уровне цеха», САПР и Графика, № 3, 2001, с. 73-78;

12. Материалы Российского интернет-форума MES-систем Электронный ресурс., — Режим доступа: http://www.mesforum.ru:

13. Фролов Е.Б. «MES-системы: оперативный функционально-стоимостной анализ для нужд производственного предприятия», Генеральный директор, № 8,2008, с.76-79;

14. Тимковский В.Г. «Дискретная математика в мире станков и деталей», -Наука, М.: 1992, 144 е.;

15. Будник P.A. «MES системы: задачи и решения», Мир компьютерной автоматизации, №4, 2003;

16. Гаврилов Д.А. «Управление производством на базе стандарта MRP II» — СПб.: Питер, 2003, 352с.;

17. Фролов Е.Б., Загидуллин P.P. «MES-системы как они есть или Эволюция систем планирования производства», Генеральный директор, № 4, 2008, с. 84-91;

18. Фролов Е.Б., Загидуллин P.P. «MES-системы: вид сверху, взгляд изнутри», Генеральный директор, № 5, 2008, с. 88-91;

19. Загидуллин P.P. «Оперативно-календарное планирование в гибких производственных системах», под. ред. В.Ц. Зориктуева. — М.: Изд-во МАИ, 2004. 208 е.;

20. Ногин В.Д. «Принятие решений в многокритериальной среде: количественный подход», М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002, 144 е.;

21. Горшков А.Ф., Евтеев Б.В., Коршунов В.А. Титов В.А., Фролов Е.Б. «Компьютерное моделирование менеджмента: Учебное пособие», Под общ. ред. Тихомирова Н.П., М.: Издательство «Экзамен», 2004, 622 е.;

22. Бизнес-книга «Лабораторные информационные системы и системы управления производством», LIMS&MES, 2008, 255 е.;

23. Учебник для вузов «Производственный менеджмент», под ред. Ильенковой С.Д., М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000, 583 е.;

24. Фролов Е.Б., Загидуллин P.P. «MES-системы. Критерии, которые мы выбираем», публикация в интернет-издании 12NEWS (ERPNEWS), 2007 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://12news.ru/doc2690.html;

25. Питеркин C.B., Оладов H.A., Исаев Д.В. «Точно вовремя для России», Под. ред. И.Н.Букреева — М.: Альпина Бизнес Букс, 2005, 365 е.;

26. Фролов Е.Б., Загидуллин P.P. «Если у вас проблемы с планированием, значит, вы планируете себе проблемы. (часть 1-я)», публикация на интернет-портале Школа СЮ, 2010 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://old.cio-world.ru/it-expert/506040/;

27. Фролов Е.Б., Загидуллин P.P. «Если у вас проблемы с планированием, значит, вы планируете себе проблемы. (часть 2-я)», публикация на интернет-портале Школа СЮ, 2010 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://old.cio-world.ru/it-expert/506286/;

28. Фролов Е.Б., Загидуллин P.P. «Если у вас проблемы с планированием, значит, вы планируете себе проблемы. (часть 3-я)», публикация на интернет-портале Школа СЮ, 2010 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://old.cio-world.ru/it-expert/506305/;

29. Фролов Е.Б., Загидуллин P.P. «Оперативно-календарное планирование и диспетчирование в MES-системах», Станочный парк, № 11, 2008, с. 22-27;

30. Загидуллин P.P. «MES-система для машиностроения PolyPlan», публикация на интернет-сайте MES «ФОБОС» Электронный ресурс., — Режим доступа: http://www.fobos-mes.ru/sistema-polyplan/mes-sistema-dlya-mashinostroeniya-polyplan.html ;

31. Голдратт Э. «Цель. Цель-2». М.: Баланс Бизнес Букс, 2005, 776 е.;

32. Самойленко А. «Виртуальные машины на платформе Microsoft Virtual PC 2007», публикация на интернет-портале WindowsFAQ, 2007 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://www.windowsfaq.ru/content/view/566;

33. Румянцев В.Е. «Виртуальная машина», публикация в научно-энциклопедическом интернет-портале Russika.Ru Электронный ресурс., — Режим доступа: http://www.russika.ru/t.php?t=4220;

34. Богданов A.B., Станкова E.H., Мареев В.В. «Виртуализация: новые возможности известной технологии», Всероссийский конкурсный отбор обзорно-аналитических статей по приоритетному направлению «Информационно-телекоммуникационные системы», 2008, 31 е.;

35. Колесов А. «Вернемся к нашим гипервизорам», PC Week/RE Xsl6 — 17, 2009;

36. Самойленко А. «Технические особенности клиентского гипервизора Citrix XenClient», публикация на интернет-портале VM Guru, 2010 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://www.vmgu.ru/articles/citrix-xenclient-technical;

37. Дериев И. «Клиентские гипервизоры», Компьютерное обозрение №44, 2010;

38. Самойленко А. «Технологии аппаратной виртуализации», публикация на интернет-портале iXBT.com, 2007 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://www.ixbt.com/cm/virtualization-h.shtml;

39. Озеров1 С., Карабуто А. «Технологии виртуализации: вчера, сегодня, завтра», Экспресс Электроника, 2006;

40. Кочуглу Т., Бергер Т. «Каждому пользователю свой рабочий стол», Журнал сетевых решений LAN, № 08, 2008;

41. Грайнер В. «Новый дом для настольных систем», Журнал сетевых решений/LAN, № 03, 2010;

42. Клементьев И.П., Устинов В.А. «Введение в облачные вычисления», курс на сайте Интернет-Университета Информационных Технологий Электронный ресурс., — Режим доступа: http://www.intuit.ru/department/se/incloudc/;

43. Орлов С. «Виртуализация «от и до»», Журнал сетевых решений/LAN, №02,2010;

44. Жилкина Н.С. «Путь к рабочему столу», СЮ 10 (88), 2009, с.34-40;

45. Колесов А. «Основные поставщики рынка платформ виртуализации», публикация в интернет-издании BYTE Россия, 2009Электронный ресурс., Режим доступа: http://www.bytemag;.ru/articles/detail.php?ID:=14936:

46. Гореткина Е. «Серверная виртуализация в «Магическом квадранте»», PC Week/RE №20 (770), 201-1;

47. Самойленко А. «Виртуализация настольных ПК: готового решения нет?», публикация на интернет-портале CNews Аналитика, 2010 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://www.cnews.ru/reviews/mdex.shtml72010/ 09/14/408618 3;

48. Spruijt R. «VDI Smackdown!», аналитический обзор, 2010 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://www.pqr.com/images/stories/Downloads/ whitepapers/vdi%20smackdown.pdf;

49. Coleman M. «Desktop Competition Overview.— Technical», презентация с конференции по технологиям виртуализации Электронный ресурс., 2010;

50. Елисеев В. «Обзор решений виртуализации», презентация с конференции по технологиям виртуализации Электронный ресурс., 2010;

51. ГОСТ 34.003-90 Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Термины и определения;

52. Ульянов М. «Виртуализация с XenServer 5.5.0», публикация в виртуальной энциклопедии «Linux по-русски», 2009 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://rus-linux.net/nlib.php?name=/MvLDP/ms/ XEN/xen.html:

53. Фролов Е.Б. «FOBOS — интегрированная система технологической подготовки, оперативного планирования и управления производством (Руководство пользователя)», 300 е.;

54. Коновалов А. «Установка и настройка Citrix XenDesktop 4.0 FP1», публикация в блоге технологий виртуализации VM Press, 2010 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://vmpress.blogspot.com/2010/04/citrix-xendesktop-40-fp 1 .html;

55. Самойленко А. «Создание резервных копий виртуальных машин», публикация на интернет-портале iXBT.com, 2007 Электронный ресурс., — Режим* доступа: http://www.ixbt.com/cm/virtualization-backup. shtml;

56. Коннор-Д. «Резервное копирование виртуальных машин», Computerworld Россия , № 35,2007;

57. Прилепский А. «Сравнение решений для backup виртуальных машин от Veeam, Acronis и Symantec», публикация на интернет-портале «Виртуализация VMware», 2007 Электронный ресурс., — Режим доступа: http://vmware.progm.ru/doku.php7id—technical-info:backup;

58. Бутаков А. «Сколько стоит VDI?», публикация на интернет-портале «Licensing & SAM. Лицензирование и управление программным* обеспечением», 2010 Электронный ресурс., — Режим; доступа: http://www.knigaprosoft.ru/2010/05/31/skolko-stoit-vdi/:

59. РИА ERPNEWS «Дорогу MES-CHCTEMAM!», публикация в интернет-издании. 12NEWS (ERPNEWS), 2007 Электронный ресурс., Режим доступа: http://12news.ru/doc2739.html:

60. Фролов Е.Б., Высочин С.В. «Управление цеховым складом как элементом системы; ресурсосберегающей? организации производства»; САПР и Графика, №11,2000;

61. Циммер Д. «Citrix Xen Desktop против VMware. VDM»,. Журнал: сетевых решений LAN, № 04, 2009: