О разработке программного обеспечения оптимального оперативного управления производством кухонной мебели

О РАЗРАБОТКЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ КУХОННОЙ МЕБЕЛИ

И. А. ДОКТОРОВ, аспирант кафедры технологии лесопиления и деревообработки МГУЛа, Научный руководитель акад. РАЕН, проф. каф. лесопиления и деревообработки А.А. Пижурин

На протяжении многих лет на кафедре технологии лесопиления и деревообработки под руководством академика А.А Пижурина ведутся работы по созданию программного обеспечения по решению задач оптимального оперативно-календарного планирования лесопильно-деревообрабатывающих и мебельных производств. Назначение этих программ определяется в выборе оптимальной стратегии оперативного планирования и управления процессами производства пиломатериалов, столярно-строительных изделий и мебели. На данном этапе нами разработана программа оптимального оперативно-календарного планирования производства изделий корпусной кухонной мебели.

В настоящее время на предприятиях, выпускающих кухонную мебель, отсутствует система оперативного управления производством, в которой принятие управленческих решений осуществляется с применением средств вычислительной техники и методов математического моделирования. Оптимизация оперативного управления производством (ОУП) с использованием методов математического моделирования является составной частью мер, необходимых для повышения эффективности деятельности предприятий по производству кухонной мебели. Эффективное решение данной задачи возможно только при условии совершенствования существующей системы оперативного управления производством и создания интегрированных автоматизированных систем управления производством (ИАСУП) на базе персональных ЭВМ, объединенных в локальные вычислительные сети (ЛВС). Структурная схема ИАСУП показана на рис. 1.

В рамках такой системы применение методов математического моделирования и оптимизации наиболее эффективно. В процессе реализации ИАСУП необходимо создавать автома-

тизированные рабочие места (АРМ) специалистов по производству кухонной мебели на разных иерархических уровнях управления.

Под АРМ понимается проблемно-ориентированный программно-технический комплекс, вынесенный на рабочее место пользователя и обеспечивающий автономно или путем подключения к сети ЭВМ автоматизированное исполнение его основных производственных функций.

В состав сети АРМ, функционирующих на уровне предприятия и имеющих выход на информационную базу вычислительного центра предприятия, должны входить АРМ специалистов главных отделов и служб предприятия: отдела главного технолога (ОГТ), отдела материально-технического снабжения (ОМТС), планово-экономического отдела (ПЭО), производственно-диспетчерского отдела (ПДО). Сеть АРМ уровня цеха включает АРМ должностных лиц цеха: экономиста, главного технолога, специалиста плановодиспетчерского бюро (ГЩБ), заведующего складом готовой продукции (ГТТ), а таюке АРМ, вынесенные на участки. Она сопряжена с вычислительным комплексом (ВК) цеха.

Идентификация производственного процесса и построение оптимизационных математических моделей оперативного управления производством должны осуществляться с позиций системного подхода, который предполагает выявление всех существенных взаимосвязей в системе и оценку ее функционирования в целом. С этой точки зрения, производство кухонной мебели представляет собой сложную производственную систему, общей целью которой является выпуск готовой продукции при наилучшем использовании всех производственных ресурсов: финансовых, материальных, энергетических, трудовых и временных (рис. 2).

й>

н

о;

к

О.

с:

ч:

а>

а.

с:

Производственная программа предприятия

г

АРМ специалиста пдо

і і Г 1

АРМ специалу ПДБ юта эс

г

Лине руково йный дитель

Информационная база вычислительного центра предпрития

АРМ специалиста «-----1 ОМТС

---! АРМ

В экономиста

^---І^пзо^

Вычислительный комплекс и база данных цеха

АРМ экономиста

I АРМ технолога цеха

АРМ зав. складом ГП

о

комплектование

о Стадии обработки заготовок — изделий

(С кухонной мебели

т

Рис. 1. Структурная схема организации оперативного управления производством кухонной мебели в условиях функционирования ИАСУП

Производство кухонной мебели состоит из трех основных стадий: раскройнозаготовительной, механической обработки заготовок, сборки (комплектации) изделий кухонной мебели. Каждая стадия обработки может' включать в себя несколько операций (участков), например, стадия механической обработки включает операции облицовывания пластей щитов, обработки кромок по периметру, сверления и присадки отверстий.

Весь производственный процесс охвачен единой транспортно-накопительной системой с множеством буферных складов или производственных площадей, отведенных для размещения межоперационных запасов заготовок, деталей, расходных материалов и комплектующих. Поэтому производственный процесс можно представить как систему управления запасами с собственными источниками снабжения.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 1/2000

входные У ресурсы

Рис. 2. Структурная схема функционирования производства при изготовлении изделий кухонной мебели

ТЕХНОЛОГИЯ ДЕРЕВООБРАБОТКИ

Оценить единым критерием эффективность использования ресурсов на разных стадиях технологического процесса невозможно. Поэтому нами предлагается двухуровневое описание производственной системы, где весь производственный процесс описывается обобщенной математической моделью, а технологические стадии производства - локальными математическими моделями.

В качестве критерия оптимальности, оценивающего эффективность использования ресурсов на стадиях технологического процесса, можно принять критерий минимума затрат, связанных с обработкой и хранением заготовок на буферных складах до и после обработки на каждой операции (участке). Ограничения в локальных оптимизационных математических моделях формируются исходя из условий производства на стадиях технологического процесса.

Для оценки эффективности функционирования всей системы необходим такой критерий оптимизации, который учитывал бы эффективность использования всех вкладываемых в производство ресурсов. Таким обобщенным критерием можно считать максимум чистого результата деятельности предприятия. В общем виде целевую функцию, описывающую обобщенный критерий оптимальности, можно представить как е

1>

Р

'Ч1СЧ

с;

Х]гк -> шах

где к - номер промежутка планового периода; Т - продолжительность планового периода; г - номер сборочного конвейера; Я - количество сборочных конвейеров, у - номер изделия; п - число видов изделий кухонной мебели; д - номер комплектующего; О - количество всех комплектующих, входящих в изделия кухонной мебели; Р} - оптовая цена /-го изделия; ас(] - число комплектующих д-го вида в у'~м изделии; сд -затраты на выработку или закупку комплек-

тующего д-го вида; Ср - затраты на реализацию изделий у-го вида.

В обобщенную оптимизационную математическую модель производства кухонной мебели также входят различные технико-экономические и организационнотехнические ограничения, накладываемые на условия производства кухонной мебели на последней его стадии - стадии сборки (комплектования) готовых изделий.

На основе обобщенной оптимизационной математической модели оперативного управления производством кухонной мебели нами разработана программа для решения задачи оптимального оперативно-календар-ного планирования производства изделий кухонной мебели на ПЭВМ. Программа позволяет выполнять оптимизацию оперативно-календарного плана производства кухонной мебели посредством обращения к стандартной программе линейного программирования, разработанной Вычислительным Центром Российской Академии Наук. Структурная схема программного комплекса приведена на рис. 3.

Программа выполнена с удобным интерфейсом для ввода данных. На главном меню (рис. 4) расположены кнопки, нажатие каждой из которых активизирует соответствующую форму ввода данных для технологической матрицы стандартной программы линейного программирования.

Исходными данными для расчета оптимального плана являются: спецификации заготовок кухонной мебели; интенсивность поступления заготовок на стадию сборки; интенсивность потребления готовых изделий со склада готовой продукции; времена сборки изделий на конвейерах; производственные площади, отведенные под хранение буферных запасов заготовок и готовых изделий; степень заполнения буферных складов, площади заготовок; площади упаковок готовых изделий; количество заготовок и упаковок готовых изделий в стопе; стоимость сырья и материалов (комплектующих) изделий кухонной мебели.

Количество заготовок в изделии

Площадь упаковок (готовых изделий’і и количество их в штабеле

Параметры

заготовок

Рис.З. Схема программного комплекса оптимального оперативно-календарного планирования производства кухонной мебели

Так, например, при нажатии кнопки «Стоимость сырья и материалов» активизируется форма для ввода данных по всем комплектующим, входящим в изделия (рис. 5).

В соответствующие текстовые поля можно вводить наименование комплектующего, его стоимость и норму расхода в каждом изделии. Интерфейсная форма связана с реляционной базой данных, поэтому данные можно редактировать как в виде диалога с формой, так и непосредственно в таблице базы данных. В реляционной базе данных строки называются записями, а столбцы - полями. На форме расположены кнопки перехода от текущей записи к следующей, от текущей к предыдущей, а также кнопки перехода к первой и последней записи. В нашем случае записями являются

комплектующие, входящие в изделия кухонной мебели,, а полями - их свойства (порядковый номер, наименование, единица измерения, стоимость единицы комплектующего, норма расхода в каждом изделии). В текстовых полях можно редактировать свойства соответствующей записи (комплектующего). Нажатие кнопки «Главное меню» на форме ввода данных по комплектующим, как и на любой другой форме ввода данных, возвращает нас в главное меню, предварительно записав данные во временный рабочий файл соответствующих исходных данных. На главной форме расположена кнопка «Очистка временных файлов», при нажатии которой стираются все данные, хранящиеся на всех временных файлах.

Рис. 4. Форма главного меню программы оптимального оперативного планирования производства кухонной мебели

При нажатии кнопки «Расчет оптимального оперативно-календарного плана», расположенной на главном меню, происходит формирование технологической матрицы стандартного пакета программы линейного программирования Вычислительного Центра Российской Академии Наук (ЛП ВЦРАН) путем передачи данных из временных файлов в исходный файл стандартной программы линейного программирования и программа запускается на решение. Результаты решения задачи по этой программе выводятся в соответствующий файл стандартного пакета ЛП ВЦРАН, откуда можно получить их распечатку.

Схема процесса решения задачи оптимизации оперативного управления производством кухонной мебели приведена на рис. 6.

На данной схеме показано функционирование подсистемы оперативнодиспетчерского управления производством кухонной мебели при диалоговом взаимодействии с программой оптимального оперативно-календарного планирования производства изделий кухонной мебели. Опера-тивно-диспетчерское управление осуществляется лицом, принимающим решение (ЛПР) в диалоговом режиме с программной системой. В базе данных хранится вся необ-

ходимая информация для расчета оперативно-календарного плана производства изделий кухонной мебели. Обновление базы данных производится ЛПР по мере поступления информации. Программа рассчитывает оптимальный план производства изделий кухонной мебели в соответствии с обобщенными оптимизационными математическими моделями оперативного управления производством кухонной мебели и выдает результаты решения на экран или на печать. На основе этого ЛПР (в данном случае диспетчер планово-диспетчерского бюро) принимает соответствующее управленческое решение, которое затем передается в цеха исполнителям в виде сменно-суточных заданий. Подсистема оперативного управления производством кухонной мебели является системой с обратной связью. Это означает, что при возникновении ситуаций, нарушающих естественный ритм производства, диспетчеры имеют возможность скорректировать данные для расчета оптимального плана и тем самым получить новые оперативно-производственные планы.

Для выявления условий функционирования системы оперативного управления производством кухонной мебели и выработки рекомендаций по дальнейшему ее использованию необходимо проведение имитационных

экспериментов. Проведение многофакторного исследования с использованием имитационных моделей разрешает вопрос о целесообразности использования разработанных оптимизационных математических моделей оперативного управления производством.

Задачи оптимизации оперативнодиспетчерского управления имеют большую размерность, комбинаторный характер и некоторую неопределенность в отношении действия различных факторов. Поэтому для решения этих задач встает вопрос о применении «тандемного» подхода, когда решение опирается на использовании численных методов оптимизации в сочетании с эвристическими (приближенными) методами и привлечением динамических экспертных систем. Преимуще-

ство использования эвристических методов определяется сокращением числа перебираемых вариантов. Для автоматизации принятия управленческих решений, связанных с осмыслением ряда содержательных факторов, могут использоваться средства искусственного интеллекта, например, динамическая экспертная система. Поскольку выполнение работ по оперативному управлению сосредоточено в планово-диспетчерском бюро (ПДБ), экспертная система должна входить в состав автоматизированных рабочих мест специалистов ПДБ -диспетчеров цеха. На основе заложенной базы знаний экспертная система в диалоговом режиме будет предлагать свои варианты решений, выбор которых остается за диспетчером.

Рис. 5. Форма для ввода данных по всем комплектующим, входящим в изделия кухонной мебели

Программа оптимального оперативного управления производством кухонной мебели

Вывод результатов решения

Корректирование данных

Перспективные

планы

производства

Принятие управленческих решений

Предача решении

Сменно- исполнителям Оперативно-

суточные 4 производственные

задания планы

Рис. 6. Схема процесса решения задачи оптимизации оперативного управления производством изделий кухонной мебели в диалоговом режиме

Еще одним перспективным подходом при решении задач оперативного управления производством является применение искусственных нейронных сетей. Под нейронными сетями понимается некоторое вычислительное устройство обработки информации, состоящее из большого числа параллельно работающих простых процессорных элементов - нейронов, связанных между собой линиями передачи информации - линиями связей. Они могут применяться для решения задач оперативно-диспетчерского управления производством посредством прогнозирования выхода системы в зависимости от входных сиг-

налов. У нейронной сети выделена группа связей, по которым она получает информацию из внешнего мира, и группа выходных связей, с которых снимаются выдаваемые сетью сигналы. Нейронная сеть обучается решению задачи на основании некоторой обучающей выборки - «задачника», состоящего из набора пар «вход-требуемый выход», и далее способна решать примеры, не входящие в обучающую выборку [см. лит.].

Литература

Горбань А Н., Россиев Д А. Нейронные сети на персональном компьютере. - Новосибирск: Наука. 1996.-276 с.