Автоматизация адаптивного управления производством на промышленном предприятии - Коллектив авторов

Все популярнее становится следующее определение сложной системы [37]: «Сложная система состоит из множества взаимодействующих составляющих (подсистем), вследствие чего сложная система приобретает новые свойства, которые отсутствуют на подсистемном уровне и не могут быть сведены к свойствам подсистемного уровня. Например, свойства атома водорода такие, например, как спектральные характеристики его излучения, есть свойства сложной системы, которые несводимы к свойствам его составляющих – электрона и протона».

Рассмотрим, как определение сложных систем можно применить для систем распределения производственных ресурсов.

Высокие требования к обеспечению производственных процессов, сложность современного оборудования и технологий, а также возможность их многосторонней настройки, разнообразие правил и критериев планирования являются причиной высокой актуальности новых методов построения подобных автоматизированных систем. Особенно они востребованы на мелкосерийных и опытных производствах, а также на предприятиях, использующих современные методики управления, основанные на децентрализации.

Неопределенность спроса и предложения приводит к тому, что предприятие вынуждено заранее тщательно анализировать рынок и только потом выходить на него, выработав какую-либо свою узкую специализацию. Однако за время исследования может измениться и сам рынок – изменяется расстановка игроков, появляются новые конкуренты и т.п. Если провести исследование быстро, качество будет низкое, тщательное исследование занимает длительное время. В результате, предприятию необходимо подтягивать производство под требования рынка, состояние которого еще не один раз может измениться. Ориентация предприятия на мелкосерийное производство повышает его устойчивость на рынке, гибко реагируя на его требования.

Как следствие, требования к результирующему плану не только сложны, но и трудно формализуемы. В то же время большое их количество и сложность приводит к довольно большой вероятности появления противоречий, которые также необходимо разрешать.

Казалось бы, для получения «идеального» плана необходимо максимально снизить стоимость выполнения заказов – для этого необходимо выбрать наиболее дешевые ресурсы, снизить простои оборудования. Если на этапе построения такого плана было все в порядке и «идеальный» план был получен, то на последующем этапе исполнения может сложиться ранее непредвиденная ситуация, например, рабочий не успел выполнить заказ в срок. В результате, из-за того, что индивидуальный план рабочего был достаточно плотным, оказались сорванными сразу несколько доставок важных заказов. В итоге производственная компания потеряла бы будущую прибыль, так как клиент остался бы неудовлетворенным результатами выполнения его заказа. Ввод нового критерия – надежности плана, приводит к необходимости построения разреженного плана, что, в свою очередь, снижает получаемую прибыль.

В то же время, степень учета надежности не является жестко задаваемым параметром. Насколько сильно нужно учитывать надежность, зависит как от индивидуальных планов ресурсов или заказов, так и от состояния всего плана в целом. Например, если один рабочий не успевает выполнить заказ в срок, другой рабочий, если он свободен, мог бы заменить первого. Если заказ выполняется в условиях высокой загрузки, планировать выполнение точно так же, как и на другое, более свободное время, не имеет смысла. Кроме того, задержка в выполнении заказа зависит и от самого рабочего. Таким образом, план должен строиться адаптивно, то есть подстраиваться к внешним условиям и внутреннему состоянию системы. Внешние условия при этом могут быть сложно формализуемыми и носить стохастический характер.

Заказы могут иметь сложную структуру: между планируемыми заказами могут быть установлены различные отношения, такие как вложенность, предшествование, выполнение в то же самое время.

В такой системе иногда могут появляться различные нелинейные процессы. Примером может служить следующая ситуация. Клиент попросил отменить свой мелкий заказ с некоторой компенсацией. После того, как в производственном плане образовалось вакантное местно, несколько заказов могут попытаться его занять. Эти заказы были запланированы на рабочих с более высокими разрядами, а вакантное место соответствует рабочему с более низким разрядом. В результате, заказы ушли от прежних рабочих. На их место направились остальные заказы, вовлекая все большее количество заказов не только от других рабочих, но и осуществляя подвижки во времени у одного и того же рабочего. Таким образом, при отмене одного небольшого заказа может наблюдаться значительное улучшение плана производства в целом.

Производство даже простых изделий может состоять из множества технологических операций. Каждая технологическая операция обладает набором индивидуальных требований как к оборудованию, так и к рабочим, выполняющие данные операции.

Кроме жестких индивидуальных ограничений, для каждой сущности в системе могут задаваться и предпочтения, которые характеризуют состояние не только как допустимое или недопустимое, а более точно. Предпочтения отдельных сущностей могут противоречить друг другу, что приводит к необходимости взаимодействия данных сущностей – разрешения появляющихся конфликтов. При этом поиск баланса предпочтений различных сущностей или так называемых трейд-оффов выходит на первый план.

Таким образом, большое количество как самих элементов системы, для которых осуществляется планирование, так и задаваемых для них индивидуальных предпочтений, а также взаимодействие данных элементов между собой с целью поиска баланса интересов, приводит к необходимости рассматривать систему управления распределением производственных ресурсов, в состав которой входит сам производственный план, как сложную систему.

1.1.5 Классификация систем распределения производственных ресурсов

Существует множество критериев, по которым можно классифицировать системы распределения производственных ресурсов. Рассмотрим основные из них.

В зависимости от того, как системы распределения производственных ресурсов взаимодействуют с внешним миром, их можно разделить на следующие типы:

– закрытые – изолированные системы, у которых отсутствует какой-либо обмен энергией, материей и информацией с окружающей средой. Данный тип систем практически не встречается, так как выходом систем распределения производственных ресурсов должен быть план, а входными параметрами – как минимум параметры новых заказов;

– открытые – в отличие от закрытых, обмениваются энергией, материей или информацией с окружающей средой.

Необходимость поддержания конкурентоспособности изделий на соответствующем уровне вынуждает промышленные предприятия к постоянному обмену с внешней средой, причем не только посредством денежных потоков, но и за счет получения сырья, заготовок, изготовления сложных модулей, которые затем будут интегрироваться заказчиком в более крупную систему. Отчасти это связано также со значительным повышением сложности изделий и специализации мастерских, цехов и предприятия в целом.

Необходимо отметить, что само построение плана не является целью. Целью является выполнение технологических процессов наилучшим образом. При этом можно выделить фазу планирования и фазу исполнения полученного плана.

Одним из важных критериев классификации систем распределения производственных ресурсов является наличие обратной связи. Можно выделить следующие типы:

– с обратной связью – данные системы могут произвести перепланирование некоторых заказов, если следующий цех, в который должны перейти изделия из первого цеха, не успевает настроить оборудование, или какой-либо из необходимых станков сломался. Данные системы характеризуются наличием фазы исполнения запланированных заказов;

– без обратной связи – результатом работы таких систем является план, который уходит на выполнение и больше не модифицируется.

Распределение производственных ресурсов для планирования различных изделий требует учета множества факторов: следования технологических операций друг за другом, необходимости выполнять эти операции рабочим и станком одновременно, разнообразия типов станков, а также специализации рабочих. Все это приводит к тому, что возможность коррекции плана производства, то есть наличие обратной связи, является одной из обязательных задач систем распределения производственных ресурсов.

Планирование может осуществляться как на ближайшее время, так и на момент времени, который находится за интервалом исполнения. Таким образом, можно выделить два типа систем:

Планирование за горизонт исполнения – все заказы, находящиеся от текущего времени t до некоторого tt, где te – горизонт исполнения, считаются eушедшими на исполнение и никакой новый заказ не может быть запланирован в этот интервал. Данный подход обычно используется, когда планирование осуществляется на следующий день, а план, полученный днем раньше, выполняется в текущее время.