Разработка организационно-технологического обеспечения автоматизированных модулей машиностроительного производства: На примере машиностроительных предприятий Норильского промышленного района

Последствия осуществления рыночных реформ в РФ в большинстве случаев крайне негативно отразились на промышленных предприятиях. Отсутствие стратегически продуманной государственной политики совокупность неблагоприятных факторов привели к спаду производства, которое сократилось, по данным Госкомстата за 1990;1998гг., в два раза. Это привело к плохо управляемым негативным последствиям в производстве и инновационной деятельности.

Обеспечение устойчивого развития российской экономики требует системно согласованных решений задач производственного, технологического, социально-экономического плана.

Необходимо изменить организационно-технологические формы предприятия, провести реструктуризацию производства, перестроить ее под решение новых задач, разработать и внедрить новую организационную структуру и культуру, разработать основные принципы инновационной деятельности с учетом современных требований.

После определенного периода кризиса и застоя назрела жизненная необходимость перестройки управления экономикой на основе всесторонней рационализации производства с переходом на интенсификацию создания технологии трудои фондосберегающего типа, ее эффективного использования. Это в первую очередь предполагает разработку системно согласованного комплекса организационно-технологических мероприятий по нахождению оптимальных решений управления производством с учетом всех факторов и рекомендаций по стратегическому управлению инновационной деятельностью, что в целом определяет динамику НТО. Управление инновационной деятельностью заключается в первую очередь в осуществлении перспективных разработок новой техники и технологии на базе автоматизированных систем: научных исследований (АСНИ), проектирования (САПР), технологи ческой подготовкой производства (АС 11 111), производства (АП), в частности гибкого автоматизированного производства (ГПС). Таким образом, процесс «исследование-производство-эксплуатация» (ИПЭ), реализующийся на базе автоматизированных систем, объективно отражает полный жизненный цикл нововведений с учетом динамики НТП.

Данная проблема для российской экономики была сформулирована и стала реализовываться 20−25 лет назад. На этапе перехода экономики на рыночные отношения эта проблема ни в теоретическом, ни в практическом плане не реализовывалась. Уделялось внимание, в основном, политическим и социально-политическим вопросам. Этот период характеризуется спадом производства, снижением технического и научного потенциалов, нарушением всей инфраструктуры обеспечения циклов ИПЭ. В настоящее время проблема автоматизации определяет основной в перспективе путь развития российской экономики вне зависимости от форм собственности, т.к. только рациональное и конкурентоспособное производство лежит в ее основе. Таковы объективные законы развития экономики. В связи с этим в настоящее время интерес к данной проблеме восстанавливается.

Проблема рационализации и, в частности, автоматизации производства усугубилась обвальным сокращением численности работников, связанным как с сокращением производства, так и с его рационализацией, — это породило новое для российской действительности явление социальной напряженности, которое существенно влияет на реализацию организационно-технических и экономических задач. Эта проблема превратилась в системную, охватывающую целое направление, которое можно охарактеризовать как организационно-техническое и организационно-экономическое проектирование производственных систем (ПС) — оно требует привлечения специалистов различных направлений и специальностей, различных методов и средств исследования.

Существенный вклад в развитие теории управления организационно-технологическими системами внесли многие российские и зарубежные ученые: К. А. Багриновский, В. Т. Борисович, В. Н. Бурков, В. Л. Волкович. Ю. Б. Гермейер, В. Г. Засконов, В. А. Ириков, А. К. Еналеев, В. В. Кондратьев, А. Ф. Кононенко, Н. Н. Моисеев, Д. А. Новиков, В. В. Федоров, K. Arrow, T. Groucs, A. Gibbard, O. Hart, E. Maskin, R. Myerson, R. Radner и другие.

Данная постановка проблемы и ее решение особенно актуальны для районов Крайнего Севера и Дальнего Востока, поскольку при рыночном регулировании промышленного производства экономически выгодно повышение технического уровня производства, замещение труда рабочих капиталом (техникой), т. е. особенно выгодна трудосберегаемая технология. Создание автоматизированных систем, характеризующихся комплексной автоматичностью и гибкостью, существенно усложняется, охватывая область технических, организационно-технических и социально-экономических вопросов.

Организация производства машиностроительного профиля, входящего составной частью в структуру предприятий горно-металлургического комплекса, является важнейшей проблемой повышения эффективности использования всех видов ресурсов и, следовательно, эффективности производства в целомона особенно актуальна для предприятий Hi IP, градообразующая основа которого — Норильская Горная Компания (НТК).

Предприятия НТК в настоящее время наращивают производство металла, стремятся снижать производственные издержки — жесткая конкуренция на мировом рынке диктует требования рационализировать производство, снижать затраты на всех этапах сложного производственного цикла, автоматизировать производственные объекты, обеспечив тем самым экономию «живого» труда. Поэтому решение задачи рационализации производства, нахождение методов и моделей анализа и синтеза организационно-технических структур для предприятий, находящихся в сложных климатических условиях Крайнего Севера, является особенно актуальным.

Комплексная автоматизация (КА) обеспечивает неуклонное полным темпом повышение эффективности промышленного производства, решение проблемы сокращения рабочих, занятых на ручных и вспомогательных операциях, проблемы повышения сменности работы предприятия, усиления режима экономики, снижения энергои материалоемкости выпуска продукции и их себестоимости.

КА процесса создания и нововведения и, в частности, его заключительной фазы — производство является длительным эволюционным процессом, сопровождающимся структурными изменениями в технологии производства, ее управлении, планировании в социальном составе работников. Этот процесс охватывает все стороны хозяйственной деятельности, вызывает трудно измеримые социально-экономические последствия и определяет глубину перспективного прогнозирования и планирования НТП, измеряемого десятками лет. Этот процесс отражает динамику НТП, его темп.

Применение системного анализа сужает многообразие производственных ситуаций и технологических моделей, поскольку количество системных параметров по сравнению с количеством технологических значительно меньше. Указанное абстрагирование снижает на первом системном этапе исследования информативность объекта, но зато единственным образом позволяет его изучить, более того, дать оптимальные режимы его функционирования, использовать стандартные математические модели, алгоритмы, программы. Далее, используя результаты системного анализа, осуществляется переход к технологическому, более детальному формальному описанию объекта.

Схема системного подхода (анализа) следующая:

— технологическое описание объекта;

— анализ параметров, функционально охватывающих весь набор технологических;

— поиск и реализация модели с ограниченным набором системных параметров;

— системный анализ модели;

— расширение модели с включением технологических параметров;

— технологический анализ модели и объекта.

Сложная производственная система состоит из двух уровней: технологического и управления. Автоматизация производственных процессов этих уровней обеспечивается АСУТП и АСУП соответственно.

В данной работе рассматриваются проблемы автоматизации технологических систем, в частности, модулей обработки и транспортирующих модулей.

Особо важное место в процессе КА занимает гибкая технология, основными свойствами которой являются гибкость (адаптивность), автомати-зованность (автоматичность) и комплексность. Первое свойство — адаптивность — обеспечивает переналаживаемость оборудования, оснастки в автоматизированном (автоматическом) режиме, что существенно сокращает время на переналадку и, следовательно, повышает эффективность использования оборудования. Второе свойство — автоматичность — обеспечивает скорость, ритмичность, точность, надежность выполнения производственных операций, сокращение численности работников, что отражается в термине «квазибезлюдная технология». Третье свойство — комплексность — обеспечивает автоматизацию всех основных и вспомогательных процессов на всем технологическом маршруте. Принцип адаптации производственных систем существенно меняет их возможности, позволяет быстро перестраиваться с одной производственной программы на другую, менять структуру и алгоритм функционирования при изменении внешних и внутренних условий. Однако эффективность его использования возможна только в сочетании с другими двумя указанными свойствами.

Необходимость внедрения ГПС и ИПК в целом вызвана объективными требованиями уменьшения затрат материальных и людских ресурсов при расширяющейся номенклатуре изделий. Известно, что до 80% общего объема промышленного производства приходится на единичное и мелкосерийное производство, а это при «жесткой технологии» вызывает необходимость ручной переналадки оборудования с производства одного вида продукции на другойвыход из строя оборудования технологической цепочки вызывает также простои, что существенно понижает эффективность использования оборудования (до 10- 20%) — недостаток трудовых ресурсов и наличие социальных проблем в этой области ограничивает возможность увеличения сменности работы предприятий при использовании строго традиционного оборудования — это указывает на то, что резервы экстенсивного производства исчерпаны. Гибкая технология при автоматизированном (автоматическом) режиме облегчает повышение сменности работы предприятия, включая работу в третью (ночную) смену в автоматическом режиме при настройке оборудования на заданную номенклатуру при малом составе работников.

В стране проблема комплексной автоматизации на базе гибкой технологии в различных модификациях и акцентах рассматривается уже с 70-х годов. На начальном этапе основное внимание при внедрении средств автоматизации уделялось роботизации отдельных производственных процессов, заменяющих труд отдельных работников. В последние годы проблема расширилась, охватив все фазы процесса создания новой техники: научно-исследовательские работы (НИР), опытно-конструкторские работы (ОКР), опытное производство, производство и эксплуатация с другой стороны.

Таким образом, КА МП в НПР является одной из основных научных проблем. Следовательно выбор темы диссертации, относящейся к автоматизации основных категорий функций: обработка — хранениетранспортировка является чрезвычайно актуальной, а задачи скорейшего ее внедрения определяет динамику НТП.

Исходя из системного анализа, можно определить комплекс задач, ко-обеспечивают достижение поставленной цели:

1. Анализ действующих машиностроительных предприятий НПР и темпов внедрения на них КА с учетом специфических условий Крайнего Севера.

2. Представление машиностроительного производства в НПР в виде иерархических структур модулей и соответствующих им функцийобоснование выбора в качестве объекта исследования гибких технологических модулей механообработки и транспортирования.

3. Параметрическое упорядочение показателей МП и их структуризация по рангам, адекватно соответствующим организационной структуре МП. Обоснование выбора критериев точности и эффективности.

4. Разработка оптимального алгоритма управления адаптивным модулем механообработки в режиме нормального функционирования;

5. разработка организационно-технологических мероприятий, обеспечивающих реализацию оптимального алгоритма по критериям минимума экономических потерь.

6. Анализ алгоритмов управления адаптивным модулем механообработки в автоматизированных режимах обнаружения бракаразработка организационно-технологических мероприятий, реализующих данные алгоритмы.

7. Анализ и синтез оптимального алгоритма управления модулем транспортирования. Разработка организационно-технологических мероприятий, реализующих данный алгоритм.

8. Разработка организационных положений по реализации инновационной динамики автоматизированного машиностроительного производства в НПР.

Объектом исследования являются машиностроительные предприятия НПР, организация производства и управления в процессе комплексной автоматизации.

Предметом исследования являются методы и модели принятия решений в организации управления машиностроительным производством при осуществлении комплексной автоматизации.

Любые исследования характеризуются степенью неопределенности, следовательно, при стратегическом и тактическом планировании комплекса исследований необходимо определить иерархическую структуру направлений, проблем, задач и определить технологию последовательности, которая в наибольшей степени раскроет сформулированную гипотезу исследований. Последовательность исследования должна подчиняться следующей технологии: предмет — метод — средство.

МП, в частности МП НПР относится к сложным производствам, исследование которого должно базироваться на комплексе логико-формальных правил и математических методов. Основными методами, которые используются и разрабатываются в диссертации, являются следующие:

— упорядочение и структуризация параметров;

— системный анализв частности, системно-функциональный ана лиз;

— теория адаптации в сложных системах;

— апертурные методы контроля и управления;

— теория оптимального управления, применима к апертурным методам.

К вычислительным средствам, которые реализуют данные математические методы необходимо отнести стандартные статистические и имитационные пакеты прикладных программ (111 111).

Представленный комплекс задач и методов их решения определяют со бой новую научно-практическую задачу. На защиту выносятся основные положения и результаты исследования, полученные лично автором:

— методика упорядочения и структуризации параметров — критериев по уровням, соответствующим иерархическим организационно-технологическим и функциональным структурам МП;

— методика соответствующей последовательной процедуры анализа и синтеза модулей МП;

— усовершенствованная методика оценки структурной, алгоритмической и параметрической адаптивности модулей механообработки и транспортирования МП по предложенным автором критериям их точности и эффективности;

— основные результаты анализа и синтеза адаптивного модуля механообработки в режимах нормального функционирования и при обнаружении брака;

— организационно-технологические процедуры реализации данных режимов;

— разработка динамической модели модуля автоматизированного транспортного средства с учетом системных факторов: стохас-тичности, скорости, величин порогов управления;

— основные результаты анализа и синтеза адаптивного модуля транспортирования и организационно-технологические особенности его функционирования.

Практическая значимость результатов исследования состоит в возможности их использования на машиностроительных предприятиях в условиях их инновационной динамики автоматизации производства.

Результаты диссертационного исследования были использованы в научных и технологических разработках ПИИ и института «Норильскпроект» при обосновании и нахождении рациональных путей автоматизации МП НПР.

Разработанные в диссертации адаптивные алгоритмы механообработки и транспортирования могут служить основой для создания соответствующих пакетов прикладных программ (I II111) — предложенная процедура граф-анализа расчета функционирования модулей механообработки и транспортирования может быть использована для построения блок-схем соответствующих задач анализа и синтеза.

Предложенный модульный принцип при исследовании ATM позволяет упростить процедуру анализа и расширить его на любую структурно-функциональную организацию МП.

Разработанные алгоритмы функционирования ATM механообработки и транспортирования и организационно-технологические процедуры их реализации используются в научно-технических материалах по созданию ИПК МП НПР.

Разработанные алгоритмы, расчеты и выводы, полученные в диссертации, вошли в учебное пособие «Организационно-технологическое проектирование адаптивных модулей механообработки и транспортирования», которое использовано в курсах «Экономика и организация производства» и «Системный анализ». Пособие рекомендовано студентам технологического факультета при выполнении НИР, слушателям факультета повышения квалификации, аспирантам соответствующих специальностей.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографии. Общий объем диссертации состоит из 171 страницы, включая 9 таблиц, 19 рисунков, 152 наименования использованной литературы.

4.5 Выводы к главе 4.

1. Разработаны системные принципы автоматизированного управления автоматизированным транспортным средством (АТС).Доказывается, что в традиционной теории и практике АТС принципы: линейность, квадратич-ность, гауссовость (JIKT) не приемлемы для контроля управления АТС.

2. Предложены апертурные алгоритмы управления АТС при различных параметрических модификациях и адаптивные методы организационно-технологического управления.

3. Разработаны организационные процедуры управления АТС по трем составляющим: параметру, первой и второй производным при апертурной системе приведения «в норму «.

4. Приводятся характеристики первого достижения предаварийных порогов управления и аварийных границ, а также закон распределения времени первого достижения данных границ. Показывается, что процедура и технология апертурного обслуживания АТС в предаварийных зонах определяют качество управления.

5. Показывается, что существует оптимальный режим в многоканальной системе обслуживания при обеспечении апертурного алгоритмического управления (обслуживания) по трем составляющим.

6. Доказывается существование оптимального соотношения при предаварийных и аварийных порогах, при которых минимизируется вероятность аварийной ситуации и (или) возникновения ущерба в стоимостном выражении, вызванном аварийной ситуацией.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Осуществлен анализ развития машиностроительной отрасли НПР и определены тенденции ее совершенствования. Определены основные закономерности комплексной автоматизации.

2. Разработаны методические основы применения системного анализа при анализе и синтезе производственных структур. Показано, что с позиции системного анализа полный набор модулей машиностроительного производства представляется как дискретные ПС, реализующие основные функции — категории: обработка, хранение, транспортировка.

3. Определена логико-формальная граница перехода от системного анализа к технологическому анализу, обеспечивающая наиболее рациональный путь исследования.

4. Осуществлен классификационный анализ иерархической структуры модулей ПС. Определен уровень модулей, определяющих объект исследования: гибкие технологические модули (ГТМ) механообработки и транспортировки.

5. Предложена процедура представления технологии исследования в виде направленного графа, данное представление является представительным и полным в организации режима функционирования ГТМ механообработка и транспортировка.

6. Разработаны организационные мероприятия, обеспечивающие эксплуатацию адаптивных модулей механообработки при двух реально существующих предпосылках:

— оптимальное управление временем механообработки, организация обнаружения брака в потоках базовых и комплектующих изделийоптимальная организация повторной обработки данных потоков.

7. Разработана модель типового модуля автоматизированного транспортного средства (транспортные роботы). Определены оптимальные режимы движения по критерию вероятности отклонения и по экономическим критериям.

8. Разработаны методические основы организационно — технологического обеспечения модулей механообработки и транспортировки по дисциплинам «Организация производства», «Системный анализ» по различным выпускным специальностям для студентов и слушателей факультета инженерного образования (ФПК) НИИ.