Реализация методологии оптимизационных подходов при разработке алгоритма модуля диспетчирования производства на машиностроительном предприятии

Аркин П.А., Соловейчик К.А., Аркина К.Г.

РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОЛОГИИ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ ПОДХОДОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ АЛГОРИТМА МОДУЛЯ ДИСПЕТЧИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА НА МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРЕДПРИЯТИИ

Аннотация. В результате разработки алгоритма модуля диспетчирования производства на машиностроительном предприятии, с целью роста экономически эффективной глубины передела, впервые был создан алгоритм диспетчирования подразделения машиностроительного предприятия с возможностью дальнейшей интеграции с семейством программных продуктов, разработанных на платформе «1С: Предприятие 8» для отслеживания обеспеченности производственного процесса, а также передачи данных о затратах, понесенных в производственном процессе для расчета производственной себестоимости. Алгоритм отличается высокой скоростью расчетов на большом объеме данных.

Ключевые слова. Глубина передела, процессы управления, машиностроение, управление промышленным производством.

Arkin P.A., Soloveychik K.A., Arkina K.G.

IMPLEMENTATION OF THE METHODOLOGY OF OPTIMIZATION APPROACHES WHILE DEVELOPING THE ALGORITHM OF THE PRODUCTION MANAGEMENT MODULAR FOR A MACHINE-BUILDING ENTERPRISE

Abstract. As a result of the development of the module scheduling production algorithm for engineering companies, the algorithm for scheduling engineering enterprise division was established for the first time in order to increase cost-effective depth redistribution with the possibility of further integration in the family of software products developed on the platform "1C: Enterprise 8 " - to track the availability of the production process, as well as transmission of data on the costs incurred during the production process to advance the calculation ofproduction cost. The algorithm has a high degree of speed calculations on a large data set.

Keywords. Process Stage Quotient, Depth redistribution, management processes, mechanical engineering, industrial production management.

Методологические вопросы оптимизации производственного планирования, автоматизации и компьютеризации процессов управления производством, вызванные необходимостью роста глубины пере-

ГРНТИ 55.01.75

© Аркин П.А., Соловейчик К.А., Аркина К.Г., 2017

Павел Александрович Аркин - доктор экономических наук, профессор, заместитель генерального директора по инновациям ООО «ХОЛДИНГ ЛЕНПОЛИГРАФМАШ» (г. Санкт-Петербург).

Кирилл Александрович Соловейчик - доктор экономических наук, доцент, вице-президент Торгово-промышленной палаты Санкт-Петербурга, президент ОАО «ЛЕНПОЛИГРАФМАШ», профессор кафедры процессов управления наукоемкими производствами Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. Ксения Георгиевна Аркина - кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры математического анализа Российского государственного педагогического университета имени А.И. Герцена» (г. Санкт-Петербург). Контактные данные для связи с авторами (Аркин П.А.): 197376, Санкт-Петербург, наб. реки Карповки, 5 (Russia, St. Petersburg, Karpovki emb., 5). Тел.: 8 (812) 234-85-95. Е-mail: arkin1969@mail.ru.

дела промышленной продукции [6], которые охватывают как инженерно-экономические процессы управления производством, такие как автоматизация сетевого планирования, диспетчирования и оперативного контроля производств на базе современных оптимизационных моделей, так и роботизацию и компьютеризацию производств (создание и внедрение программно-аппаратных управляющих комплексов) рассмотрены авторами подробно в [2]. Там же представлен математический аппарат, используемый при разработке алгоритмов и спроектированных на их основе программ для ЭВМ. Более подробно он изложен в источниках [1, 3, 4], находящихся в открытом доступе в библиотеке Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого.

Как мы уже подчеркивали, сегодня существует несколько распространенных программных продуктов, позволяющих в той или иной степени выполнять задачи по планированию и диспетчеризации производства. Есть, в том числе, и продукты российских производителей, однако ни один из этих продуктов не удовлетворяет одновременно следующим требованиям:

• полный цикл планирования, начиная от конструкторско-технологической подготовки и заканчивая формированием сменно-суточных заданий;

• диспетчеризация производства с учетом уже имеющейся загрузки рабочих центров;

• программное решение, выполненное на самой распространенной в Российской Федерации отечественной программной платформе «1С: Предприятие 8» (более 1 млн организаций);

• интеграция с программно-аппаратными комплексами, необходимыми для обеспечения бесперебойной и мгновенной передачи данных о состоянии технического парка и стадии выполнения производственной программы.

В настоящей работе проведен анализ программных продуктов, схожих по предлагаемой функциональности с разрабатываемым подмодулем диспетчирования и направленных на проведение диспетчеризации и ведение производственного учета на предприятии. Были отобраны к сравнению наиболее распространенные программные продукты, внедряемые на крупных и средних машиностроительных предприятиях: «SAP ERP», «Галактика ERP», «ФОБОС» и «Infor SyteLine ERP».

Программный продукт «SAP ERP», с точки зрения экономики и организации производства, предлагает сложную масштабируемую систему, охватывающую подсистемы управления продажами, материалами, производственным планированием и контролем качества. Диспетчеризация основана на контроле за выполнением операций, предоставленных системой планирования. В составе программных продуктов SAP AG имеется интегрируемая с «SAP ERP» система «SAP ME», которая предоставляет больший уровень детализации и позволяет собирать оперативные данные на производственном участке и предоставлять информацию оператору производства.

Алгоритм диспетчирования имеет схожие этапы с разработанным в данной работе алгоритмом производственного учета, но имеет различия в основных процессах и деталях их выполнения. В частности, имеются различия в процессах непосредственного формирования маршрутных карт, в учете взаиморасчетов между внутрихолдинговыми подразделениями, в использовании единого окна диспетчеризации, хранении данных конструкторско-технологической документации. Возможна адаптация программы под условия деятельности отечественных предприятий, однако это потребует значительных затрат [10].

Программный продукт «Infor SyteLine ERP» имеет подсистему диспетчеризации производства, предназначенную для оптимизации выполнения производственных планов. Преимуществом этой системы является обеспечение синхронизации управления материальными потоками с производственными процессами и снижение накладных расходов за счет рационального распределения производственных ресурсов на выполнение задач (что отчасти определяется большим количеством факторов, учитываемых ещё на этапе планирования) [8].

Недостатки информационных систем «Infor SyteLine ERP» и «SAP ERP» заключаются в высокой стоимости приобретения, внедрения и сопровождения, а также в низкой гибкости этих информационных систем, т.к. они «заточены» под заранее заданные производственные процессы и сложно адаптируются к реальным условиям отечественных предприятий. Высокая стоимость сопровождения данных программных продуктов связана с высокой стоимостью владения кадрами, имеющими квалификацию сопровождения иностранного программного обеспечения подобного уровня. Таким образом, период возврата инвестиций от внедрения подобных продуктов может оказаться особенно длительным [9, с.44].

В состав программного продукта «Галактика ERP» включен контур планирования и управления производством, который позволяет автоматизировать основные задачи управления производством: описание структуры изделий и технологии их изготовления, управление производственной логистикой, учет затрат и калькулирование себестоимости, управление ремонтами и пр. Данный модуль имеет схожие функциональные особенности с разрабатываемым модулем, например, учет производственных заказов, учет межцеховых взаимодействий, учет брака в производстве, однако в гибкости настройки, удобстве использования и в адаптируемости под условия реального использования на промышленных предприятиях будет уступать разрабатываемому подмодулю на базе платформы «1С: Предриятие 8» [5].

Также нами произведено сравнение с программным продуктом «ФОБОС». В данном программном продукте по аналогичным с разработанным алгоритмом реализованы базовые функции системы дис-петчирования, такие как управление информацией о структуре изделия, технологии изготовления, просмотре расписания, а также имеется информация о дефиците операций и деталей в производстве. Однако управление производством в данной программе ориентировано на оперативный внутрицеховой уровень, что усложняет реальную работу производства в условиях межцехового взаимодействия (предусмотренных в разрабатываемом алгоритме). Кроме того, перегруженность интерфейса и низкая гибкость интерфейса не позволит адаптировать программный продукт на рабочих местах. Этим, возможно, и обуславливается относительно слабая доля рынка этого программного продукта среди систем подобного типа [7].

Предлагаемый программный продукт, разрабатываемый на платформе 1С: Предприятие 8, предлагает более простую в адаптации к производственным процессам и к потребностям конечных пользователей систему диспетчирования производства. Преимуществами являются сравнительно невысокие затраты на внедрение и сопровождение, связанные с гибкостью платформы и высокой степенью адаптируемости заложенного в подмодуль алгоритма под процессы машиностроительного производства. Кроме того, поскольку платформа 1С: Предприятие 8 и сам подмодуль, работающий на этой платформе, созданы и дорабатываются отечественными компаниями, разрабатываемый подмодуль имеет дополнительное преимущество в условиях нарастающей тенденции предприятий к импортозамеще-нию.

При наличии сильной методологической базы, опирающейся на опыт отечественных машиностроительных предприятий и поддержку со стороны университетов России, в том числе ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», при имеющихся возможностях по оказанию поддержки со стороны разработчика, уровне развития на текущей момент отечественной платформы 1С: Предприятие 8, а также при активной обратной связи от предприятий, которые будут использовать разрабатываемый подмодуль, предлагаемая разработка представляется наиболее конкурентоспособной среди аналогичных программных продуктов в условиях использования на реальных предприятиях общего машиностроения.

По результатам сравнения разрабатываемого подмодуля диспетчирования с аналогичными системами диспетчирования можно сказать, что разрабатываемый подмодуль диспетчирования в наибольшей степени соответствует требованиям и производственным процессам отечественного машиностроительного производства, поэтому его разработка и внедрение на предприятиях принесут более ощутимый результат и эффективность, особенно с учетом сложности и значительной стоимости приобретения и сопровождения аналогичных программных продуктов.

Разработанный алгоритм подмодуля диспетчирования производства, представлен на рисунке. Алгоритм предполагает, что на 1-м шаге в нормативно-справочную информацию перенесены конструк-торско-технологические данные из внешней системы PDM (либо заполнены вручную сотрудниками конструкторского и технологического отделов предприятия).

С помощью элемента подсистемы КТМ (конструкторско-технологический модуль) «Отчет о составе изделия» перед запуском изделий в производство должна производиться проверка наличия спецификаций и технологических карт (шаг 2) для запускаемых изделий и деталей в составе этих изделий (особенно это важно при запуске крупных изделий) на дату формирования запуска.

На следующем шаге сотрудником производственной службы должен формироваться документ «Производственная программа», являющийся хранилищем данных для формирования маршрутных

карт производства. В этом документе указываются объемы производства каждого изделия и рассчитывается требуемое количество деталей и материалов.

Далее (шаг 4) на основе производственной программы формируются маршрутные карты производства - создается отдельный документ на каждую деталь в запуске. В маршрутных картах хранится время и стоимость выполнения каждой операции для изготовления партии деталей. Расчеты производятся по нормативам и тарифам, указанным в конструкторско-технологической документации (КТД).

По списку маршрутных карт сотрудники производственной службы проверяют корректность полученных маршрутных карт (шаг 5) и распечатывают их для выдачи в производственные подразделения.

Для выдачи заданий на рабочих местах мастер смены в начале рабочего дня определяет перечень операций, выполняемых каждым рабочим, составляет сменно-суточное задание (шаг 6) и распечатывает его для выдачи рабочим (этот документ не обязателен - алгоритм предусматривает проведение диспетчеризации по обоим документам: как по маршрутной карте, так и по сменно-суточному заданию).

После выдачи заданий в производство и фактического выполнения рабочим одной или нескольких операций мастер участка или экономист цеха отмечает факт выполнения операции через интерфейс диспетчеризации (шаг 7).

Поскольку задача по выполнению операции может появиться не только непосредственно в результате формирования маршрутной карты, алгоритм предусматривает появление операции с помощью дополнительных документов - рабочих и доплатных нарядов (шаг 8), которые создаются и заполняются мастером совместно с нормировщиком. В этих документах должны фиксироваться операции, не учтенные по различным причинам в конструкторско-технологической документации.

Также алгоритм предусматривает создание исходящих нарядов в случае выполнения следующей операции в другом подразделении по кооперации (шаги 9 и 10). В таком случае завершение операции должно выполняться непосредственно по поступившему в подразделение в распечатанном виде исходящему наряду.

В алгоритме предусмотрен механизм фиксации факта (шаг 11) выполнения операции с помощью разработанного документа «Отчет об исполнении операции». После его формирования операция, согласно закладываемой логике, получает статус «Завершена» либо «Требуется проверка ОТК (отдел технического контроля)» (в случае, если имеется необходимость в проверке качества выполнения операции. Это выявляется на 12-м шаге). Если проверка ОТК не была пройдена успешно (14-й шаг), алгоритм возвращается к шагу 11 (фиксация факта выполнения операции).

По выполненным операциям алгоритм предполагает формирование т. н. валового выпуска в денежном и временном выражении. Валовый выпуск формируется на 16-м шаге по проверенным на 13-м шаге сотрудниками ОТК операциям, либо по завершенным операциям, если проверка ОТК не требуется.

По завершении выполнения всех операций по маршрутной карте (проверка выполняется на 15-м шаге) производится увеличение товарного выпуска путем создания разработанных документов «Сдаточная накладная». При этом, в случае кооперации, учтен механизм приема сданных деталей другим подразделением с помощью документа «Приемная накладная».

В конце отчетного периода подмодуль диспетчирования обеспечивает формирование документов с агрегированной информацией (20-й шаг), в дальнейшем используемой в учетной системе. Эта информация включает в себя сумму начислений сотрудникам и объемы выпуска готовых изделий за период (на этапе формирования документов выпуска, 19-й шаг), а также сумму взаиморасчетов между подразделениями (по формируемым за период актами выполненных работ, 18-й шаг).

Таким образом, по данному алгоритму информационные потоки продвигаются от этапа занесения конструкторско-технологической информации и формирования запуска, преобразуются в потоки оперативных данных по ходу выполнения производственного процесса и, в конечном итоге, образуют потоки агрегированных данных о результатах выполнения производственных программ.

Рис. Алгоритм разрабатываемого подмодуля диспетчеризации производства

Рис. Алгоритм разрабатываемого подмодуля диспетчеризации производства

Основным результатом выполненной работы в части разработки алгоритмов диспетчеризации производства станет программный продукт, позволяющий решать ключевые задачи по балансировке промышленного оборудования согласно плану производства, сформированного на базе заказов покупателей. Также данный программный продукт позволит автоматизировать основные процессы по учету выполнения производственного цикла, с возможностью предоставления итоговых данных о понесенных затратах в бухгалтерию для расчета заработной платы и производственной себестоимости. Результаты проведенной работы можно применить для автоматизации серийного, дискретного производства.

Внедрение автоматизированной системы диспетчеризации производства позволяет добиться повышения технико-экономической эффективности за счет: повышения конкурентоспособности за счет предоставлению заказчику оперативной информации о возможности исполнения заказа в заданные сроки; увеличения количества выполненных заказов за счет сокращения производственного цикла (уменьшения времени межоперационного пролеживания); сокращения складских запасов. Отметим, что по данным некоммерческой ассоциации MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association), внедрение MES-системы обеспечивает до: 45% - сокращение длительности производственного цикла, 24% - сокращение объема оборота бумажных документов в цехе, 61% - уменьшение объема незавершенного производства, 18% - снижение количества дефектов выпускаемой продукции, 27% - уменьшение количества случаев срыва сроков поставки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аркин П.А., Соловейчик К.А., Аркина К.Г. Исследование операций. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. 232 с.

2. Аркин П.А., Соловейчик К.А., Аркина К.Г. Методология оптимизационных подходов к процессам управления производством в машиностроении // Известия Санкт-Петербургского государственного экономического университета. 2017. № 1 (103), часть 2. С. 69-77.

3. Аркин П.А., Соловейчик К.А., Аркина К.Г. Организационно-экономическое моделирование. СПб.: Изд-во По-литехн. ун-та, 2016. 262 с.

4. Аркин П.А., Соловейчик К.А., Аркина К.Г. Оптимизация процессов управления наукоемкими производствами: нелинейное программирование. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2016. 213 с.

5. Планирование и управление производством с помощью системы Галактика ERP. [Электронный ресурс]. Режим доступа: ftp://ftp.bit-vector.ru/ERP_Upravlenie_proizvodstvom.pdf (дата обращения 25.11.2016).

6. Соловейчик К.А., Аркин П.А. Методические вопросы стимулирования роста глубины передела промышленной продукции субъектами Российской Федерации // Известия Санкт-Петербургского государственного экономического университета. 2015. № 4 (94). С. 25-30.

7. ФОБОС v.03.2015. Руководство пользователя / Московский государственный технологический университет «СТАНКИН». М., 2015.

8. INFOR ERP SYTELINE: Functional Overview. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.godlan.com/ documents/ERP_Manufacturing_Software_Infor_ERP_SyteLine_v8_System_Functionality.pdf (дата обращения 10.12.2016).

9. Monk E.F., Wagner B.J. Concepts in enterprise resource planning. Boston: Thomson Course Technology, 2013.

10. SAP Manufacturing Execution (SAP ME). [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://help.sap.com/sap-help_me52/helpdata/ru/04/510820335f4e129df327de58689a22/frameset.htm (дата обращения 02.12.2016).