Как управлять процессами машиностроительного предприятия

На сегодняшний день в плане задач управления производством мы имеем две парадигмы. Одна из них заключается в составлении оптимальных расписаний работы технологического оборудования в цехах [1, 2 и др.]. Эта задача решается с помощью соответствующих инструментов – на цеховом уровне с помощью MES-систем (Manufacturing Execution Systems) и на уровне предприятия – с помощью APS-систем (Advanced Planning & Scheduling Systems). В основе исходных данных для планирования продукции лежат технологические процессы выпускаемых изделий (ТП) и сроки их выпуска.

Вторая парадигма управления предприятием заключается в управлении бизнес-процессами (БП). К бизнес-процессам обычно причисляют все процессы на предприятии, которые не относятся к ТП. К ним относятся процессы конструирования, разработки технологических процессов, подготовки производства, вся операционная деятельность складских, материально-технических и других служб предприятия. Выбор инструментария для процесса управления БП достаточно широк – от отдельных программных оболочек, поддерживающих либо нотации IDEF, либо универсальный язык UML (Unified Modeling Language), до соответствующих модулей ERP-систем (Enterprise resource planning).

Если управление производством как составление расписаний работы технологического оборудования является задачей хорошо изученной и поддающейся автоматизации и управлению во времени, то задачи управления БП в настоящий момент пока еще находятся на стадии развития, на стадии формализации описания и регламентации [3]. Объясняется это достаточно просто. Процессы регламентации и формализации ТП прошли испытание временем, образ формального представления ТП отрабатывался практически на протяжении целого столетия. Благодаря этому ТП, описанный в одной стране, без проблем понимается специалистами другой страны. Такие понятия, как операция, переходы, обрабатываемые поверхности, режущий и мерительный инструмент, станочная оснастка, порядок и режимы обработки, операционная и маршрутная карта, – все, что составляет суть и форму ТП, давно является понимаемым однозначно всеми специалистами в области машиностроения. И этот факт позволяет легко планировать ТП, поскольку известны все необходимые параметры – количество операций каждого ТП, состав, длительность, требуемые ресурсы и прочие параметры.

В отношении БП попытки управлении и планирования только еще предпринимаются, как уже было сказано, на уровне регламентации процессов. Используемые для описания БП конструкции в нотациях IDEF0, IDEF3 и др. служат для описания единичных процессов. С помощью этих конструкций можно понять логику лишь одного рассматриваемого процесса, – состав, порядок, условия предшествования, требуемые ресурсы, но с помощью этих конструкций невозможно составить модель управления n процессами во времени. А таких процессов, даже если исключить все ТП, на крупном предприятии может оказаться до нескольких тысяч. При этом один и тот же ресурс может быть задействован в нескольких операциях различных процессов. Какой из этих процессов надо выполнить в первую очередь? Что будет, если мы допустим некоторую задержку в исполнении того или иного БП? Как учесть ресурсы при планировании БП?

Вопросов возникает много и мы видим, что для того, чтобы управлять БП, необходимо не только их найти на предприятии и регламентировать, например, в процессе внедрения ERP-системы. Необходимо их учитывать в общей модели планирования производством и получать расписание для БП во времени. Управление БП должно подчиняться той же парадигме управления, что и управление ТП – планированию во времени.

Управление любыми процессами на предприятии заключается в последовательном решении трех задач:
1) Составление полного перечня процессов на предприятии.
2) Регламентация процессов.
3) Планирование процессов во времени.

С точки зрения планирования все процессы, включая технологические (производство изделий в цехах предприятия) равнозначны между собой, поскольку любой процесс можно представить в виде множества операций (стадий), каждой операции можно сопоставить тот или иной ресурс для выполнения.

Поскольку задачи определения множества ТП и их регламентация являются решенными, то на первом этапе необходимо решать аналогичные задачи для БП. Задача составления полного перечня БП должна решаться путем анализа всех заказов предприятия на его структурно-функциональной схеме (рис.1).

При этом анализу подлежит жизненный цикл заказа. Отслеживается весь путь, который проходит заказ, от заявки со стороны заказчика, до отгрузки готовой продукции и на каждом этапе для каждого подразделения, через которое проходит заказ, определяется состав БП, связанный именно с этим заказом. Проанализировав все входящие заявки, можно определить состав и мощность всего множества БП.

По сути дела большинство БП возникает как следствие необходимости выполнения ТП, т.е. выполнение большинства БП можно отнести к комплектации ТП.
Под задачей комплектации ТП и соответствующих им единиц планирования (ЕП) в задачах составления расписаний работы предприятия будем понимать процедуру, которая отвечает за то, что для изготовления данной ЕП имеются в наличии: все необходимые материалы, все технологические и вспомогательные ресурсы, все комплектующие, вся оснастка, весь инструмент, все нормы и вся документация. Если все это имеется в наличии, то изготовление данной ЕП можно смело планировать во времени. Эта процедура должна выполняться по отношению ко всему составу номенклатуры запуска, которой в дальнейшем будет оперировать система APS.



Рис.1. Анализ жизненного цикла заказа

Несмотря на очевидность этой, на вид, простой процедуры комплектации, общая задача планирования для систем APS очень часто превращается в некий снежный ком, который растет по мере анализа номенклатуры изделий, предназначенных к запуску. Рассмотрим детально эти проблемы.

Допустим, что у нас есть некая ЕП e_i (рис.2), представленная технологическим процессом в виде множества операций { e_ij, j=1,...,p_i } . Для каждой операции известны необходимые для выполнения: ресурсы, оборудование, инструмент, оснастка, комплектующие, документация и пр. В процессе комплектации при проверке какой-либо j-й операции может оказаться, что для нее требуется специальный инструмент, который не может быть приобретен в силу уникальности, а следовательно, должен быть изготовлен раньше, чем начнется по плану j-я операция. На j+1-й операции может оказаться, что для нее требуется специальное приспособление и этого приспособления не только не в наличии, но оно даже не спроектировано. И, наконец, на какой-либо k-й операции анализ покажет, что, во-первых, необходимо приобретение стандартных комплектующих, которых нет на складе предприятия, и нет специального мерительного инструмента, который еще предстоит разработать и изготовить. Все то, что мы указали в качестве недостающих ресурсов для выполнения технологических операций, – наших ЕП, необходимо обеспечить к моменту их начала.




Рис.2. Процессы комплектации единицы планирования

Мы видим, что даже один ТП изготовления ЕП может породить множество других процессов – бизнес-процессов, вспомогательных производственных процессов. Самый простой способ достижения цели своевременного обеспечения ресурсами какой-либо ЕП – спланировать во времени только ТП рассматриваемой ЕП и отложить длительности всех остальных процессов на временной оси влево так, чтобы моменты окончания всех вспомогательных процессов не превышали моменты начала выполнения соответствующих технологических операций ЕП. Но, к сожалению, это можно сделать только на бумаге. Поскольку все вспомогательные, по отношению к ТП, единицы планирования, процессы выполняются людьми, специалистами, станками, которые на текущий момент времени также являются занятыми. Это означает, что планировать надо не только множество номенклатуры изделий портфеля заказов. Планированию во времени в системах APS подлежат все процессы, как основные, относящиеся к ЕП из портфеля заказов, так и вспомогательные, без которых изготовить эти ЕП не представляется возможным.

Следовательно, множество ЕП, после процедуры комплектации будет состоять из ЕП, полученных как от детале-сборочных единиц (ДСЕ), так и от всех других работ, перечень которых был определен на этапе комплектации, т.е.



где М – множество ЕП из портфеля заказов для APS, М^К, М^T, М^б, М^В, – множества ЕП, связанных, соответственно, с такими вспомогательными процессами, как: конструкторские, технологические, различные бизнес-процессы, вспомогательные производственные процессы.

Соответствующим образом можно отразить и все множество ОУ для процесса планирования в APS с учетом комплектации:



где – множество рабочих центров (РЦ) предприятия, используемых для выпуска продукции портфеля заказов, N^К, N^T, N^б, N^В, – множество таких обслуживающих устройств (ОУ), как: конструкторов, технологов, специалистов, задействованных в бизнес-процессах, РЦ, задействованных только во вспомогательном производстве, соответственно.

При этом надо учесть, что кроме указанных выше БП, связанных с выпуском продукции, существует ряд БП, которые напрямую с производством и с выпуском портфеля заказа предприятия не связаны.

Кроме БП, относящихся к производству, существует ряд БП, относящихся к функционированию и жизнеобеспечению предприятия. К таким процессам относятся:
- предупредительно-плановые ремонты оборудования (ППР);
- процессы обеспечение предприятия электроэнергией и ремонт энергосетей и средств электроавтоматики;
- процессы теплоснабжения, водоснабжения и аналогичные процессы;
- процессы строительства и ремонта зданий и коммуникаций предприятия;
- и другие процессы.

Эти процессы, на первый взгляд, не всегда относящиеся к основному производству, также необходимо планировать в общей массе работ, т.е. учитывать во множестве на определенном горизонте планирования, поскольку может оказаться, что в связи с ремонтом тот или иной производственный участок может иметь в определенные сроки сокращенный фонд времени. Или может оказаться, что в мероприятиях по ППР задействуются цеховые наладчики, т.е. может возникнуть случай, когда те или иные ресурсы будут задействованы как в группе БП, относящихся к производству, так и в БП жизнеобеспечения предприятия. Таким образом, с учетом этих БП наши множества (1) и (2) перепишутся соответственно



где М^y – множество БП, не связанных непосредственно с производством продукции и вспомогательными БП, а N^y – множество ОУ, на которые планируется выполнение множества М^y.

Все множество процессов укрупнено можно представить на рис.3, где видно, что наравне с ТП, которые могут являться инициаторами нескольких различных бизнес-процессов – от проектирования конструкции и заказа материалов до производственных процессов изготовления инструмента или оснастки, существуют БП, не пересекающиеся с другими. При этом генерация БП может происходить иерархически, – когда БП, необходимые для изготовления основной продукции порождают новые БП, т.е. может появиться несколько уровней соподчиненных БП.

Все БП, относящиеся к одному и тому же i-му заказу из общего портфеля заказов, объединяет одно – момент сдачи заказа . Это значительно облегчает задачу в том плане, что становится ясно, что порядок выполнения любых БП, порожденных заказами, зависит, прежде всего, от срока сдачи самого заказа. Единственное, что необходимо добавить в модель планирования – это отношения предшествования между отдельными БП (на рис.3 это показано стрелками, соединяющими отдельные БП), например, для нашего случая (см. рис.2) будут справедливы записи вида и . Чтобы обеспечить в такой сложной структуре процессов их своевременность относительно сроков изготовления основных ДСЕ, нет необходимости устанавливать директивные сроки на остальные вспомогательные процессы. Достаточно того, что в модели планирования будет присутствовать директивный срок выпуска для самой ДСЕ.

Необходимо отметить, что появление всех БП на предприятии обусловлено теми или иными заказами.

После того, как мы получим полное множество процессов (3) и ОУ – (4), и все эти процессы прошли этап регламентации, можно приступать к их планированию. Для планирования всех процессов на уровне предприятия наиболее удобным инструментом могут являться APS-системы.




Рис.3. Иерархия бизнес-процессов предприятия

Задача планирования в APS-системах с учетом представленного способа комплектации в определенной мере усложняется, когда по результатам анализа ТП те или иные ДСЕ требуют такого предварительного обеспечения, как разработка и проектирование уникальной оснастки и инструмента, как это было представлено на нашем примере (см. рис.2).

Дело в том, что пока не будет разработана конструкция, не будет разработан ТП, пока не будет разработан ТП с указанием точных норм времени на операции, невозможно запустить планирование операций.

Еще большая проблема возникает при поступлении на предприятие сторонних заказов, которые требуют разработки конструкции и технологического процесса самого изделия. При этом от APS-системы требуется за непродолжительный период определить возможность выполнения заказа в определенные заказчиком сроки, либо определить возможные сроки выдачи готового заказа. В этих случаях рекомендуется использовать укрупненные процессы и нормы времени для всех этапов – конструкторского, технологического и производственных, опираясь на процессы аналогичных изделий, которые уже выпускались предприятием ранее. При этом желательно заложить в нормы времени некий страховой запас. Если это не представляется возможным, то прежде чем начать планирование подобных заказов, необходимо сначала разработать конструкцию и ТП изделия, а уж потом начинать его планирование. При этом общий заказ, по сути, разбивается на два заказа, где первый заказ – это разработка конструкции и ТП, а второй заказ – изготовление изделия.

Диаграмма такого комплексного плана будет включать в себя все ОУ, как основные – РЦ на множестве N, так и вспомогательные (рис.4).




Рис.4. Общая диаграмма Гантта для систем APS

В дальнейшем это большое расписание необходимо разделить на отдельные расписания – для основного производства, для вспомогательного производства, для конструкторского и технологического отделов, для остальных служб предприятия, участвующих в общем плане выпуска продукции на множествах (3 – 4).

Все частные расписания будут составлены с одинаковой точностью, поскольку являются частью общего расписания. Каждое подразделение будет работать в соответствии со своим расписанием, но точность выполнения этого расписания будет сказываться непосредственно на общем расписании работы предприятия. Эти особенности повышают требования как к алгоритмам планирования систем APS в плане их точности, так и к процессам нормирования всех работ, дисциплине выполнения частных графиков работы. Кроме того, основным требованием для полноценного планирования с помощью систем класса APS является научная обоснованность и достоверность всех норм времени, как на технологические, так и на все операции, связанные со вспомогательными процессами.

Таким образом, можно сказать, что любые БП появляются либо как следствие необходимости выполнения производственных процессов, связанных с изготовлением продукции, либо как следствие необходимости поддержания жизнедеятельности предприятия.

В результате планирования мы получим полную картину выполнения всех процессов предприятия во времени. При этом каждое подразделение предприятия получает свое расписание (см. рис.4), которое связано с расписаниями других подразделений, хотя на первый взгляд может показаться и независимым. При этом выполнение плана каждым подразделением предприятия должно подчинено общему критерию планирования, например, критерию максимизации прибыли предприятия. В случае наличия различных частных критериев для каждого подразделения задача планирования решается как задача составления расписания для нескольких цехов [4] с разнородным составом критериев, входящих в общий функционал модели планирования.



2010 ©Загидуллин Равиль Рустэм-бекович,
докт. техн. наук, проф. кафедры АТП Уфимского Государственного Авиационного Технического Университета

 

Литература:

1. Загидуллин Р.Р. Оперативно-календарное планирование в гибких производственных системах. – М.: Издательство МАИ. – 2004, – 208с.
2. Загидуллин Р.Р., Зориктуев В.Ц. Вопросы оперативно-календарного планирования и управления в машиностроении. Мехатроника, Автоматизация, Управление, – 2005, – № 8, – С.49 – 55.
3. Елиферов В.Г., Репин В.В. Бизнес-процессы: Регламентация и управление. М.: ИНФРА-М. – 2009, – 319 с.
4. Загидуллин Р.Р. Построение моделей межцеховых расписаний в подсистемах оперативно-календарного планирования автоматизированных производств. СТИН, – 2004, – №8, – С.3 – 8.

© Издание 12NEWS (ИП Маринин А.Л.), 2010