Информационная технология регулирования серийного производства

ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА В.А. Мизюн, канд. техн. наук, доцент

Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти

В статье приведены результаты анализа и обобщения теоретико-методологических аспектов организационной науки, системных исследований, психологии управления и информатики, обоснована целесообразность их интеграции в единое проблемное поле в ходе междисциплинарных исследований процессов самоорганизации в биологических и социальных системах. Основной предмет изучения — механизм авторегуляции внутренней среды (гомеостазис) и его использование для организации эффективного управления сложными производственно-техническими комплексами и экономическими объектами. Исследования предполагают разработку и внедрение принципиально новой теории и методологии оптимального функционирования и развития предприятий в условиях конкурентного рынка. Результаты исследования будут иметь прикладное значение для повышения конкурентоспособности промышленного производства и экономики РФ: интеллектуальный подход к организации управления, разработанные на его основе метод и информационная технология, могут быть использованы в коммерческих целях при создании авторегулируемых производственных систем, для развития теоретической и технологической базы организационного управления

Эффективность основной деятельности предприятия определяется внутренними условиями его работы и, в первую очередь, уровнем организации производства и управления. Это связано с тем, что рост производительности труда (интенсивность использования оборудования и занятых на его обслуживании рабочих) обусловлен применением технологических новшеств, в то время как основным резервом повышения его эффективности является оптимальное соотношение (сбалансированность) используемых предприятием ресурсов (сырья и мощностей по его переработке), при котором время и затраты на производство товаров принимают минимальные значения. Низкие издержки производства и малые сроки изготовления продукции являются одним из видов конкурентных преимуществ и, наряду с качеством и способами ее продвижения на товарных рынках, представляют собой важные составляющие стратегии конкурентной борьбы. В большей мере это относится к перерабатывающим отраслям экономики. В условиях глубокой многоступенчатой переработки сырья и материалов, для предприятий-поставщиков, входящих в отраслевую технологическую цепочку, наряду с качеством продукции становятся значимыми такие компоненты их конкурентных преимуществ как цена и сроки поставки полуфабрикатов и комплектующих изделий, так как они оказывают непосредственное влияние на ритмичность и эффективность производственной деятельности сборочных предприятий-заказчиков. Ключевой фактор успеха в промышленности сегодня - производство качественных изделий и комплектующих с

минимальными затратами и их поставка в нужное

время.

В настоящее время уровень организации и оперативного управления производством в

отечественном машиностроении вызывает обоснованные сомнения, связанные как с рентабельностью основной деятельности, так и

соблюдением обязательств по договорам поставки продукции. Это вызвано тем, что разработанные в период директивной экономики подходы к организации управления практически полностью утратили эффективность

в условиях рынка, а новые - еще только формируются. В настоящее время промышленное производство оказалось без теоретической и практической поддержи ученых и специалистов данной области. По этой причине многие российские компаний для повышения эффективности производственно-коммерческой деятельности вынуждены покупать за рубежом дорогостоящие системы управления, разработчикам которых до настоящего времени не удалось решить наиболее сложные и трудно формализуемые задачи многокритериальной оптимизации и оперативного регулирования производства. В конечном итоге несовершенство традиционных подходов к организации управления приводит к известным проблемам: неритмичности производства и значительным потерям рабочего времени. Таким образом, на современном этапе развития производственно-экономических отношений в РФ, объективно обозначилась потребность в формировании новой теоретической и технологической базы менеджмента, которая необходима для повышения эффективности работы промышленных предприятий, определяющей в конечном итоге результаты экономических реформ.

Целью настоящей работы является изложение инновационного подхода к организации оперативного управления (регулирования) машиностроительного производства, представляющего собой

методологическую основу для разработки интеллектуального модуля системы управления производством. Автором совместно со специалистами одного из производственных подразделений ОАО «АвтоВАЗ» построены действующие компьютерные модели отдельных блоков такого модуля, на которых проведены различные проверки представленной ниже интеллектуальной технологии и составляющих ее алгоритмов управления. Часть этих алгоритмов, относящихся к оперативному регулированию производства, проверена также в реальных заводских условиях в составе действующей автоматизированной MES-системы управления производственными процессами (сокр. от англ. Manufacturing Execution System)1. Излагаемые в работе алгоритмы, как

Практическая реализация предлагаемой концепции интеллектуального управления осуществляется в настоящее время на базе опытного

правило, предусматривают построение

соответствующего программного обеспечения в виде интерактивной среды моделирования производственных процессов, в которой пользователи получают возможность проверки предлагаемой технологии управления производством. Программная реализация представленных ниже информационных (экономико-математических) моделей оперативного планирования/регулирования может быть передана в распоряжение разработчиков автоматизированных систем управления.

Организационное управление: генезис и

перспективы развития

Традиционные подходы к организации управления основаны на директивном регулировании (принуждении), которое заключается в централизованном способе принятия решений и воздействии на объект управления. Процесс целеобразования в этом случае осуществляется так называемым «субъектом управления» расположенным во внешней среде управляемого объекта Цели

функционирования управляемого объекта, выбор способов их достижения и необходимых для этого ресурсов задаются извне субъектом управления, который представляет собой сосредоточенную в одной точке пространства систему управления, обладающую правом распоряжения, а также способами/средствами принятия решений и их доведения до исполнителей. Принудительный характер централизованного управления, основан на формировании прогноза (предположения) будущего состояния элементов

организационной системы и набора директивных команд, составляющих программу регулирования, как некоего алгоритма его достижения. В организационно-экономических системах в качестве такой программы выступает производственный план, действие которого традиционно носит общесистемный/сквозной характер и распространяется не только на функцию планирования (целеполагания) и организации производства (целеуказание и выбор ресурсов), но и на координацию деятельности системных элементов. Практически любой прогноз основан на приближенной грубой оценке возможного пространственно-временного состояния элементов производственной системы в будущем,

производства технологического оборудования и оснастки (ПТОО) ОАО «АВТОВАЗ - уникального станкостроительного подразделения волжского автозавода, основным назначением которого являются проектирование и изготовление промышленных манипуляторов, автоматических сварочных линий и оснастки, агрегатных станков, металлорежущего, окрасочного, термического, стендового, специального и нестандартного

оборудования. ПТОО совместно с Московским государственным технологическим университетом «Станкин» принимает участие в государственном проекте по разработке и освоении производства отечественных универсальных технологических роботов для массовых автоматизированных

производств гражданской машиностроительной

продукции.

которая неизбежно содержит погрешности. Ошибки в прогнозной оценке взаимоположения элементов организационной системы приводят к разбалансировке и, соответственно, снижению эффективности ее

функционирования. Этот недостаток централизованного управления в полной мере проявляет себя с ростом сложности и размера организационных систем (углублении специализации и увеличении масштабов производства), а его игнорирование при проектировании систем организационного управления является существенной методологической ошибкой, которая приводит к снижению эффективности экономической деятельности.

По данному основанию в теории и практике организационного проектирования обозначилась тенденция локализации функции планирования до уровня целеполагания и ее отделение от организации управления оперативной деятельностью, которое приобретает самостоятельный саморегулируемый характер по аналогии с децентрализованными системами авторегуляции внутренней среды живых организмов (см.: гомеостат).

Децентрализованные системы представляют собой иерархию условно-автономных элементов, в которой сигналы управления, исходящие от верхнего уровня управления (целеполагания), не имеют характера жестких команд, подчиняющих себе активность нижних уровней. Вместо этого от высших уровней управления поступают сигналы, которые предопределяют границы и скорость переходов элементов из одного режима функционирования к другому. Такая организация управления, позволяет избежать нежелательной динамики и потерю устойчивости, которые возникают в системах с жестким управлением. В этой связи характерной особенностью систем управления современных предприятий (преимущественно японских) становится выделение в их структуре, в дополнение к функциональной специализации и упорядоченности по признаку подчиненности, условноавтономных уровней/страт управления, обладающих специфическими методами и средствами решения различных управленческих задач (планирования, целеполагания и регулирования). В таких системах элементы подсистемы регулирования отделены от подсистемы планирования и являются частью технологического процесса, т.е. физически распределены по технологическим операциям, что существенно повышает точность балансировки производственного процесса [1]. Принимая во внимание изложенное, можно утверждать о возникновении потребности в новой модели распределенного параллельного управления, основанной на принципах авторегуляции, которая по своей эффективности/технологичности многократно превосходит концептуальный аппарат, методологию и инструментарий директивного управления.

Интеллектуальное управление производством

В традиционном/классическом понимании управление производством представляет собой непрерывный процесс выработки системой планирования регулирующих воздействий, которые по каналам информационных коммуникаций передаются на технологические участки (объекты управления) для обеспечения их слаженной работы в заданном режиме в соответствии с производственной программой (целевой функцией). С этой целью

служба планирования предприятия при получении заказов составляет графики работ на определенный период (сутки/неделя/месяц) для всех этапов производственного процесса (изготовление узлов и агрегатов, сборка изделий) с использованием автоматизированной системы календарного планирования, которая рассылает инструкции каждому производственному участку о том, что надо сделать в предстоящий плановый период. Детали должны изготавливаться в соответствии с производственным графиком и поступать на сборочный участок по мере готовности. Поскольку производственный процесс, как правило, не идет в точном соответствии с разработанным планом, то осуществляется наблюдение за ходом производства с помощью отчетов производственных участков о фактическом выполнении плановых заданий, на основании которых осуществляется корректировка плана и повторная передача инструкций/сменных заданий производственным участкам. При таком способе регулирования (координации) работы участков/цехов не удается избежать недостач на различных стадиях производства, а их устранение требует постоянного вмешательства в процесс управления линейных руководителей, которые вынуждены контролировать фактический уровень межоперационных запасов и самостоятельно корректировать на основании этой информации разработанные системой планирования графики работы [2].

Вполне очевидно, что преодоление недостатков централизованного управления возможно на иной, отличной от концепции производственного

ЕНРсистема

Л*

планирования, теоретико-методологической основе, ключевым понятием/ принципом которой является децентрализация управления на базе распределенного (группового) интеллекта активных элементов производственной системы - рабочих. Выработка регулирующих воздействий в таком случае будет осуществляться непосредственно самими

производственными подразделениями, исходя из реальных (фактических) условий протекания производственного процесса, в режиме авторегуляции (по аналогии с биологическими и социальными системами). Отказ от модели сосредоточенной (централизованной) обработки планово-учетной информации и выработке на ее основе управляющих воздействий с использованием ограниченного машинного интеллекта предполагает (знаменует) переход производственного/операционного

менеджмента на совершенно новый (инновационный) формат интеллектуального управления, в котором естественный интеллект работников предприятия интегрируется в распределенную человеко-машинную систему (информационную среду) управления. Технологически это осуществляется посредством групповой работы людей-операторов

производственной системы в интерактивном режиме САПР (ЭВМ) и специально разработанной для этого информационной системы коммуникаций, состоящей из специфической совокупности смысловых сигналов-образов - алфавита, представленного в форме динамической модели производства, наглядно отражающей его состояние; автоматизированных средств идентификации / учета деталеопераций / изделий и электронной связи (рис. 1).

Электронный таблоид

Инициализация голографической модели производства

Контур! авторегуляции ] (МБв-система) ]

Сервер информационной систем ы групповых комм^икаций

Мониторинг процесса Д

€1 I

V

Рис. 1. Интеллектуальная система управления

Динамическая модель производственного процесса разрабатывается с учетом особенностей восприятия информационных сигналов-образов психической средой людей-операторов и должна быть преимущественно ориентирована на ее бессознательную компоненту (см.: автоматизмы

психики), т. е. соответствовать ряду специальных требований [3, 4]. Основными из этих требований являются использование при моделировании бизнес-процесса не более 1-2 ключевых параметров, легко регистрируемых в системе учета, точно и полно отражающих процесс, а также простой и наглядный способ их сопоставления, который позволяет производственному персоналу на местах адекватно оценивать текущее состояние/динамику производства и самостоятельно осуществлять его регулирование.

В соответствии с представленными выше рассуждениями пропорциональность и равномерность осуществления отдельных стадий/операций

технологического процесса являются необходимыми условиями оптимальности/эффективности

производства. Соответственно данные

организационные характеристики могут

использоваться в качестве «контрольных точек», а способы их оценки и наглядного сравнения при помощи известных количественных измерителей должны быть приняты за методологическую основу при разработке динамической имитационной модели производства. Как известно в каждом типе производства используется свой набор переменных в виде унифицированной системы планово-учетных единиц и методов их сопоставления, наиболее полно и точно отражающих его специфику. В поточном/серийном производстве к таким

измерителям (планово-учетным единицам) относятся детали, узлы и машино-комплекты. Сопоставление их количества на разных производственных участках способно наглядно и точно отражать сбалансированность производства по

объему/интенсивности осуществления работ по изготовлению/обработке деталей и быстро выявлять диспропорции (избыток/дефицит) ресурсов и мощностей, возникающие из-за сбоев в работе производственной системы, которые подлежат немедленному устранению посредством

регулирования интенсивности/очередности

выполнения деталеопераций.

В итоге, используя данный методологический подход к оперативному управлению, можно добиться глобальной оптимизации работы (оптимальности функционирования) предприятия, которая требует полной синхронизации/выравнивания всех

производственных операций. Для этого необходимо, чтобы не только диспетчер, но и все активные элементы (персонал) производственной системы имели возможность получать в полном объеме релевантную информацию о работе предприятия в целом за приемлемое время отклика. В основе технологического решения данной задачи лежит известный в науке голографический принцип

информационного взаимодействия биологических систем, в соответствии с которым каждый активный элемент производственной системы (точка

пространства событий) обладает информацией о других элементах, которая необходима и достаточна для синхронизации такта локальной деятельности с общим ритмом функционирования системы. Ниже на примерах позаказно-поточного и единичного производства, регулирование которого в современных рыночных условиях представляет собой методологически сложную и до конца нерешенную задачу, приводится практическая реализация декларированного интеллектуального подхода к управлению операциями.

Семантика циклических операций

В 1936 году американский психолог немецкого происхождения Курт Левин (1890-1947) высказал предположение о том, что «жизненное пространство» индивидуума можно представить с помощью планарной карты (плоского/двухмерного графа). На такой карте локальные области (операционные зоны) представляют различные типы деятельности человека, например, то, что он делает на работе, дома и т.д. [5]. Эта точка зрения привела психологов научноисследовательского центра групповой динамики к другой психологической интерпретации плоского графа, в которой люди представляются вершинами, а их отношения - ребрами (Л.Фестингер, 1950;

Д.Картрайт, А.Зайдер, 1968). Данный теоретикографовый подход в настоящее время стал широко использоваться в быстро развивающихся разделах линейного программирования и исследования операций при изучении движения материальных потоков в сетях. При этом вершинам графа

соответствуют пункты размещения (или выгрузки) товарно-сырьевых ресурсов; ориентированное ребро, идущее из одной вершины в другую, указывает на возможность транспортировки товара из пункта, соответствующего первой вершине, в пункт, соответствующей второй вершине. Каждой

вершине/ребру приписывается некоторое

положительное число - максимальная пропускная способность вершины/ребра. Она показывает, какое максимальное количество ресурсов может быть обработано/выгружено в единицу времени в соответствующем пункте.

В поточном производстве топология материальных потоков/производственно-

технологических сетей практически полностью совпадает с компоновочной структурой производимых продуктов, которая определяет поэлементную последовательность его изготовления (см.: ЕЯР-технологии планирования). Однако

сетевое/матричное имитационное моделирование

сложных технических изделий, состоящих из сотен или даже десятков тысяч деталей, является трудно осуществимой на практике задачей, поскольку в этом случае необходимо оперировать огромным количеством данных относительно структуры и состояния/динамики производства. При этом сведение

оперативной информации о производственном процессе на экран ЭВМ/информационный таблоид ограниченного размера, приведет к необходимости обработки сознанием людей-операторов большого массива сигнально-символьной информации в условиях ограниченного времени. Технологически данная научно-техническая проблема/ограничение снимается дополнительной адаптацией

(аппроксимацией) сетевой модели производства (дерева структуры) продукта для целей оперативного управления предприятием путем ее концептуального обобщения/сжатия в семантические схемы-действия пространственно-временных событий с помощью

представленного

математики

выше аппарата дискретной (теории графов и

0-1

G/4

-0—

I/5

J/3

EH—

И—

El—

t1 _t2_t3

психологического/когнитивного направления ее

развития). На этом основании пространственновременной континуум производственного процесса расчленяется на условно-автономные области (зоны) операционной деятельности с индивидуальным тактом реализации локальных событий, совокупность которых можно представить в виде планарной карты К. Левина (К. Ье'шп, 1939). Области деятельности планарной карты сопрягаются с соответствующими модулями сетевой модели производства (блоками компоновочной структуры изделия), декомпозиция которой осуществляется в разрезе межоперационных переходов на отдельных технологических кустах производства различных товарных продуктов (рис. 2).

Дерево структуры продукта А

Элемент

узел изделие

F/2 4 В 6 -2

G/4 В 1б 16 О

H/3 б 12 12 О

C/2 - 4 3 -1

I/5 15 ЗО 45 +15

J/3 9 1В 18 О

K/3 З б 6 О

D/3 - б 3 О

B/2 - 2 2 -1

L/3 9 9 9 О

M/2 б б 6 О

N/4 12 12 10 -2

E/3 - З 2 -1

A - 1 0 -1

4

5

t

Рис. 2. Планарная карта/модель поточного производства продукта А

Основное назначение планарной карты, которая, по сути, представляет собой голографическую модель распределенного параллельного управления, заключается во временной организации (выравнивании/синхронизации) производственного процесса предприятия. Это означает сочетание локальных процессов-операций во времени от начала изготовления изделия на первой технологической операции (например, на уровне выпуска заготовок литейного цеха) и до сборки готового изделия на конвейере. Регулирование пропускной способности подразделений (выравнивание выпуска продукции в смежных цехах, на участках и рабочих местах) предполагает отказ от технических, физических, качественных и других несоизмеримых сторон предметов труда, изделий и продукции, и переход к общесистемным характеристикам, основанным на унифицированной количественной оценке их фактически выполненного объема (уровня) на том или ином этапе передела. В условиях серийного машиностроительного производства для этого могут быть приняты в качестве базовых (планово-учетных) единиц измерения: деталь, узел, агрегат и машинокомплект. В каждом блоке планарной карты в реальном режиме времени отражается количество изготовленных деталей/машино-комплектов. Оно автоматически сравнивается с аналогичными фактическими показателями в смежных (сопряженных) областях и/или рассчитанными по балансовым уравнениям исходя из заданного такта главного конвейера. Отклонение в ту или иную сторону отмечается на дисплее голографического экрана тональностью цвета. Это позволяет диспетчеру и ЛПР «на местах» мгновенно на неосознаваемом уровне (непроизвольное внимание) выявлять отклонения и одновременно (параллельно), в режиме групповой динамики, принимать решения об изменении производительности рабочих мест (участков, цехов и т. д.). Диспетчер, а при необходимости - любой активный элемент системы, имеет возможность получить детальную информацию относительно работы и состояния каждого элемента системы. В соответствии с представленным инвариантом модели распределенной параллельной обработки управляющей информации, оперативное управление производством осуществляется не на основе перспективного производственного плана, а на базе дискретного потока данных относительно фактически поступающих заказов на поставку продукции, производственных заделов, состояния и текущей загрузки оборудования, сроков поставок материальных ресурсов, а также «перекрестное» воздействие множества других факторов и требований, которые в системе задаются автоматически по мере их появления. Процесс определения размеров партий, продуктовой структуры и сроков выпуска продукции приобретает динамичный характер и увязывается с текущим ритмом всех

технологических операций. Входными сигналами голографической модели являются данные о фактическом поступлении заказов на продукцию и количестве изделий, изготовленных на различных технологических переходах, а выходными параметрами, регулирующими работу производственных участков, - данные о пропорциях (диспропорциях) в производстве деталей (узлов, работ), обеспечении необходимыми ресурсами и комплектующими,

которые складываются в реальном режиме времени. Загрузка производственных участков (размеры партий / интенсивность работ) определяются в разрезе различных одновременно производимых видов продукции с таким расчетом, чтобы не допускалось нарушение условия пропорциональности

производства деталей и узлов в увязке с тактом работы сборочных линий [3].

Литература

1. Лайкер Д. Дао Toyota: 14 принципов

менеджмента ведущей компании мира: пер. с англ / Лайкер Д. Дао, Джефри Лайкер. М.: Альпина Бизнес Букс, 2006. 402 с.

2. Чейз Р.Б. Производственный и оперативный менеджмент: пер. с англ. / Р.Б.Чейз, Н.Дж. Эквилайн, Р.Ф. Якобс. М.: Вильямс, 2007.

3. Мизюн В.А. Организация гармоничного

производства / В.А. Мизюн, Е.М. Шевлякова // Экономика и управление. СПб.: Изд-во Академии экономики и управления, 2008. № 5.

4. Мизюн В.А. Интеллектуальные методы

управления предприятием / В. А. Мизюн. СПб.: Изд-во Академии управления и экономики, 2008. 200с.

5. Левин К. Динамическая психология. М.: Смысл, 2001.

8-(8482) 53-95-93

E-mail: cyber-avtograd@yandex.ru

Ключевые слова: авторегуляция экономических систем, интеллектуальные методы распределенного параллельного управления, организационно-

психологическая интерпретация теории графов