Уважаемый диссертационный Совет

к.э.н., доцент кафедры ЭиП НГУЭУ
В.А. Полуэктов
МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ОПЕРАТИВНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОГО
МЕНЕДЖМЕНТА
Актуальность темы исследования. В настоящее время рынок диктует
необходимость удовлетворения различных широко дифференцированных
потребностей в продукции потребительского назначения предприятий
серийного машиностроения. А это приводит к необходимости производства
широкой номенклатуры изделий весьма малыми сериями, что в условиях
дискретного производства приводит к усложнению движения материального
потока от входа системы до его выхода.
В условиях такого огромного разнообразия возникает проблема
неуправляемости, если его не ограничить до уровня, на котором возможно
реализовать рациональное управление ходом производственного процесса. Что
для производственных участков выражается в усложнении системы
оперативного планирования и управления производством.
Возникает вопрос: как ограничить такое разнообразие параметров, или
какой из них выбрать в качестве основного и единого, а остальные
рассчитывать через него? Поэтому определение экономически обоснованной
системы календарно-плановых нормативов и построение на их основе
комплексной системы оперативного управления производством определяет
актуальность данного исследования.
Объектом исследования являются производственные звенья (цехи,
участки) предприятий машиностроительного комплекса, на которых
осуществляются дискретные производственные процессы по изготовлению
большой номенклатуры изделий партиями.
Предметом исследования являются методы определения основных
календарно-плановых нормативов, обеспечивающих реализацию оперативнопроизводственных планов в рамках системы оперативного управления
производством.
Участки серийного производства в машиностроении характеризуются
большой номенклатурой производимых изделий, значительным количеством
детале-операций, выполняемых на различных типах оборудования, различными
по перечню и последовательности выполнения операций производственными
процессами. Организация осуществления производственных процессов в таких
звеньях требует составления календарных расписаний движения предметов
труда – партий, процесс обработки которых характеризуется регулярностью:
запуском партий одноименных деталей через строго определенные интервалы
времени или ритмы.
В основу календарно-плановых расчетов серийного производства
положены принципы равномерности и ритмичности, основанные на значениях
средних величин суточного изготовления деталей. Использование данных
важных количественных характеристик позволяет определить отношение
между размерами обрабатываемых партий и регулярными интервалами их
запуска в обработку в механообрабатывающих цехах. В системе календарноплановых расчетов величина ритма функционально связана с размерами партий
деталей через соотношение:
n  R  N сут ,
(1)
где n, R – размер партии и ритм запуска партий одноименных деталей соответственно;
Nсут – средний суточный выпуск деталей, определяемый как отношение установленной
программы выпуска к длительности планового периода.
Поэтому при организации работы предметно-замкнутых участков
возможны два подхода к определению размеров партий и ритмов: если вначале
определяются размеры партий, то периодичность их запуска является
следствием; если вначале установить значения ритмов, то через приведенное
соотношение можно рассчитать размеры обрабатываемых партий.
В условиях определения вначале размеров партий, а затем ритмов их
запуска обеспечивается рассмотрение в соответствии с соотношением (1)
различных размеров партий и соответствующих им размеров ритмов. В этой
связи необходимо отметить следующий, достаточно важный момент:
практически все методы определения размеров партий, представленные в
литературных источниках, в своей основе строятся именно на этом принципе.
Однако, при практической реализации обработки партий на участках с
достаточно большой номенклатурой деталей огромное разнообразие ритмов не
может являться обоснованным с позиции организации работы участка: такое
разнообразие значений ритмов требует достаточно сложной и, кроме того,
дорогостоящей системы учета. Поэтому, как с позиций ограничения
разнообразия значений ритмов, диктуемых принципами оперативного
управления, так и с позиций практической реализации все множество их
возможных значений должно подчиняться принципу необходимого
разнообразия: рациональным уровнем реализации закона необходимого
разнообразия в данном случае может считается ограничение всего допустимого
множества значений ритмов одним – единым ритмом организации запуска
партий разноименных деталей на обработку.
В этой связи была выдвинута гипотеза ограничения всего допустимого
множества значений ритмов одним – единым ритмом организации запуска
разноименных изделий на обработку, что потребовало дать экономическую
оценку данного предложения, а также решения перечня взаимосвязанных задач,
в результате чего были получены следующие научные результаты:
1. Предложен подход к организации работы предметно-замкнутых
участков предприятий серийного машиностроения на основе единого ритма, а
также показано, что его определение представляет собой экономическую задачу
и должно осуществляться не только на основе минимизации суммы затрат
возникающих при обработке всего множества партий по установленному
объему выпуска, но и с учетом затрат от связывания оборотных средств в
незавершенном производстве, что в конечном итоге позволило выявить виды
затрат существенно влияющие на величину ритма.
Величина оптимального ритма партий деталей может быть найдена из
решения следующей задачи на безусловный экстремум:
С R    C j R   PZ j R   min ,
n
(2)
j 1
где n – число наименований деталей, обрабатываемых на участке; Cj –
затраты, связанные с обработкой годового выпуска деталей j-го наименования;
Zj – связывание средств в незавершенном производстве при изготовлении
деталей j-го наименования; Р – коэффициент, учитывающий норму
эффективности кредитного ресурса.
В явном виде выражение для определения величины затрат С(R),
связанных с обработкой партий деталей на предметно-замкнутом участке
может быть представлено в следующем виде:
n
n
1 n
С R    a j  R  b j   d j ,
(3)
R j 1
j 1
j 1
где aj, bj, dj , j=1(1)n – постоянные коэффициенты.
Затраты
C(R)
C(R)min
[2]
[3]
[1]
Rопт
R
Рис. 1. Зависимость величины затрат от величины ритма.
При такой форме записи суммарные затраты, связанные с обработкой
партий деталей на участке есть сумма следующих составляющих
представленных на рис. 1 где:
1) первое слагаемое представляет собой затраты, которые находятся в
обратной зависимости от ритма (размера) партии деталей (кривая [1] на рис.1)
и определяется по следующей формуле:
aj 
Nj
(   (Зijr  CK )tijпз ) 
C
N j K K j iI jK
mj
Nj
 P C [(  tijпз  m j t мj о  2T jпр )(   (Зijr  CK )t пзij )],j,
Nj
i 1
K K j iI jK
где Nj – количество деталей j-го наименования в годовой производственной программе,
C
шт.; N j – суточный объем производства, шт.; Зij – размер заработной платы по разрядам
r
рабочих для каждой детали по каждой операции, руб./час. (руб./день); C K – условнопз
постоянные накладные расходы, руб./час. (руб./день); tij – подготовительно-заключительное
время для каждой детали по каждой операции, час. (дни); P – коэффициент, учитывающий
норму эффективности ресурсов; m j – число операций по детали j-го вида;
межоперационное время, час. (дни);
наименования, час. (дни).
T jпр
t МО
–
j
– время пролеживания партии деталей j-го
2) второе слагаемое – это затраты, возрастающие пропорционально
увеличению ритма (размера) партии деталей (кривая [2] на рис.1), которые
могут быть найдены по следующей формуле:
N j C m j шт
b j  P [ N j ( t ij )(2C 0j    ( Зijr  CK )tijшт )  (C 0j    ( Зijr  CK )t пзij )], j,
2
i 1
KK j iI jK
KK j iI jK
C 0j – цена материала с учетом веса детали, руб.
3) третья компонента – затраты, инвариантные по отношению к ритму
(размеру) партии деталей (кривая [3] на рис.1), которые могут быть
представлены в следующем виде:
где t штij – штучное время, час. (дни);
d j  N j[ 
 (З
KK j iI jK
r
ij
mj
 C K )t
 (  tijпз  m j t мj о )( 2C 0j 
i 1
 2(C 0j 
  (З
KK j iI jK
r
ij
шт
ij
C ] P
0
j
  (З
KK j iI jK
r
ij
Nj
2
mj
[(  t штij )( 
i 1
 (З
KK j iI jK
r
ij
 C K )tijпз ) 
 C K )tijшт ) 
 C K )tijшт )T jпр 
1
N Cj
  (З
KK j iI jK
r
ij
 C K )tijпз ], j.
Таким образом в представленных формульных выражениях для исчисления
затрат связанных с обработкой партий деталей учитываются практически все
наиболее весомые компоненты затрат, так или иначе, возникающие в процессе
производства продукции на участке.
2.Соблюдение принципа регулярности, который, как уже было отмечено
выше,
является
основным
принципом
рациональной
организации
производственного процесса, в виде единого ритма позволяет существенно
сократить число контролируемых характеристик календарных графиков
движения партий изделий в процессе их производства на участках, а также
упростить процедуру составления расписаний по сравнению с организацией
работы участков на основе различных ритмов. Что видно из рис.2, 3
Партии
Дз1.1
Дв1.1
Дз2.1
Дз1.2
Дв2.1
Дз3.1
Дв1.2
Дз2.2
Дв4.1
Дз4.1
Дв2.2
Дз3.2
Дв4.1
Дв3.2
Дз4.2
Дз5.1
Дв5.1
Дв4.2
Дз5.2
Дв5.2
t
R1
R2 R 3 R4 R5
R1 R2 R 3
R4
R5
Рис. 2. Организация работы предметно-замкнутого участка на основе
различных ритмов.
Партии
Дз1.1
Дз2.1
Дв1.1
Дв2.1
Дз3.1
Дз4.1
Дз5.1
Дз1.2
Дз2.2
Дв3.1
Дв1.2
Дв2.2
Дз2.2
Дв4.1
Дз4.2
Дв5.1
Дз5.2
Дв3.2
Дв4.2
Дв5.2
t
R0
R0
Рис 3. Организация работы предметно-замкнутого участка на основе единого
ритма.
На данных рисунках приведены графики запуска-выпуска по деталям пяти
наименований обрабатываемых на участке, для двух смежных партий, где
R1,…,R5; R0 – величины различных и единого ритмов соответственно; Дз1.1,…,Дз5.1; Дз1.2
,…,Дз5.2 – даты запуска первой и второй партии по деталям с первой по пятую
соответственно; Дв1.1,…,Дв5.1; Дв1.2,…,Дв5.2 – даты выпуска первой и второй партии по деталям
с первой по пятую соответственно. При этом даты запуска-выпуска партий деталей
определяются следующим образом:Дз j, p+1 =Дз j, p+Rj, Дз j, p+1 =Дз j, p+R0 , Дв j, p+1 =Дз j, p+1+Тц j
,где j, p – номер детали и номер партии соответственно; Тцj – длительность
производственного цикла обработки партии деталей j-го наименования.
3.Полученные на основе расчета совокупных затрат при определении
оптимальных значений ритмов в условиях различных подходов к организации
работы предметно-замкнутых участков результаты показали, что при любом
варианте производственной программы относительная разность совокупных
затрат связанных с обработкой партий на участке, в случае когда запуск в
производство партий основан на едином ритме не превышает более 1%
относительно варианта основанного на разных ритмах. Причем, чем более
напряженной является годовая производственная программа по всей
совокупности деталей обрабатываемых на участке (в случаях, когда значение
среднего коэффициента загрузки оборудования k з >0,6), тем меньше данная
разность, которая в отдельных случаях составляла величину 0,2%. Что
позволяет сделать вывод о сопоставимости совокупных затрат, а также
позволяет сократить затраты на организацию системы учёта хода производства,
коррекцию календарных расписаний и определять размеры партий на основе
единого ритма.
4.Результаты расчетов при сравнении возможных подходов к организации
работы предметно-замкнутых участков позволили провести анализ
соотношения размеров партий и оценить их влияние на величину
коэффициента загрузки производственного оборудования при различных
вариантах организации работы участков. Полученные при этом существенные
отличия в размерах партий рассчитанных в условиях организации работы
участка на основе разных и единого ритма существенно не влияют на величину
коэффициента загрузки производственного оборудования на участке в целом:
поскольку, как показали расчеты, относительная разность коэффициентов
загрузки производственного оборудования при различных вариантах
производственной программы участка не превышает величину, равную более
1–2%. Однако, при организации работы участка на основе единого ритма,
эффективность использования производственного оборудования при обработке
деталей конкретного наименования с малым их количеством в
производственной программе, может быть существенно большей, чем в случае
различных ритмов, поскольку значения коэффициентов загрузки по группам
производственного оборудования, непосредственно занятого изготовлением
партии данных деталей в отдельных случаях могут быть на 15 – 22 % больше,
чем в случае различных ритмов.
5.С точки зрения критерия эффективности загрузки оборудования и
расписания обработки партий деталей на участке представляется важным
установление взаимосвязи между возмущающими воздействиями на
производственный процесс с величиной ритма (размерами партий),
эффективностью регуляторов, компенсирующих негативные последствия
возмущений. Наибольшие потери рабочего времени на участках связаны с
простоями технологического оборудования по разным причинам. Взаимосвязь
между количеством функционирующих станков и действием множества
случайных факторов на производственный процесс имеет в производственных
системах сложную природу из-за большого числа элементов (станочных
систем, рабочих-операторов, способов организации производственного
процесса и т.д.). Прогнозирование числа функционирующих станков позволяет
выявить взаимосвязь между единым ритмом и качеством производственных
расписаний, а, следовательно, наиболее эффективно использовать рабочее
время и повысить качество оперативного управления производственным
процессом. При этом степень достоверности взаимосвязи зависит от того,
насколько реалистично осуществляется прогнозирование.
Для учёта воздействия случайных факторов предложен метод
прогнозирования числа функционирующих станочных систем, основанный на
учёте зависимости их работоспособности в последовательные дни, что
позволяет, с одной стороны, адекватно отражать процесс в плане соответствия
моделируемых потерь рабочего времени фактическим, а с другой стороны,
получать более точные характеристики календарных сроков начала и
окончания обработки партий.
6.Расчет таких нормативов движения производства как длительность
производственного цикла, даты запуска-выпуска партий предлагается
осуществлять на основе разработанного эвристического алгоритма составления
календарных расписаний. Процедуры алгоритма основаны на формировании
приоритетов при обработке партий с учетом их дат запуска-выпуска. Одним из
критериев оценки составленного расписания являются затраты на его
реализацию:
m j 1
mj
 mj

пз
шт
пз
шт
С    C1 tij  n j tij   C2 ri1, j  rij  tij  n j tij   C3tijр 
j 1  i 1
i 1
i 1

N





(4)
где N – число видов деталей обрабатываемых на участке; С1, С2, С3 – стоимость станкочаса работы, простоя и ремонта оборудования соответственно; nj – размер партии деталей jго вида; rij – момент начала выполнения i-ой технологической операции для партии деталей
j-го вида; t ijp –длительность ремонта перед выполнением i-ой технологической операции над
партией деталей j-го вида.
7. Установлена зависимость эффективности внутренних регуляторов
оперативного управления (опережения и запасы) от коэффициентов загрузки
оборудования, от соотношения затрат на хранение, содержание запаса и потерь
от дефицита, приведены пороговые значения потерь фондов времени и
коэффициента загрузки оборудования, когда внутренние регуляторы не
выполняют своей функции. В частности было установлено, что в условиях
совместного действия возмущений, сокращающих номинальный фонд работы
оборудования, в среднем на 15-20% и при среднем коэффициенте загрузки
оборудования k з > 0,8 такие регуляторы (опережения и запасы) неспособны
эффективно выполнять компенсаторную функцию. Что приводит к
необходимости поиска других способов улучшения календарных расписаний.
Помимо этого актуальной задачей на сегодня является использование
разработанных в рамках данного подхода методик, для построения
комплексной системы оперативного управления производством подобными
звеньями – на основе таких ключевых функций МЕS-систем (Manufacturing
Execution System – производственная исполнительная система) как ODS
(Operations/Detail Scheduling – оперативное/детальное планирование) и DPU
(Dispatching Production Units – диспетчеризация производства). Что возможно в
рамках реализации двух основных подходов к получению точных плановграфиков работы оборудования: либо на основе так называемого «метода
поэтапного децентрализованного получения плана работ», либо «метода
рекурсивного получения и выполнения плана работ». Решение данной задачи
требует детальной проработки.
Также отдельный интерес представляет проведение анализа эффективности
применения на предметно-замкнутых участках основанных на едином ритме
отдельных инструментов, набирающей популярность, концепции «Бережливое
производство» (lean production, lean manufacturing). В частности речь идет о
применении в производственной практике предприятий системы SMED.
Справедливости ради, необходимо отметить, что данный инструмент пока не
столь популярен как другие, например 5S. Так на 2008 год всего 13%
предприятий от общего числа использующих инструменты бережливого
производства применяли данную систему на практике1.
SMED – акроним английских слов Single-Minute Exchange of Die. Данный
термин относится к теории и методам проведения переналадки
производственного оборудования за время менее десяти минут. Хотя не
каждую переналадку можно выполнить менее чем за десять минут, но этого
удается добиться удивительно часто2. Применение различных методов системы
SMED позволяет в разы сократить время переналадки производственного
оборудования, а значит добиться сокращения размеров партий и
незавершенного производства. Как утверждает д-р Сигео Синго, являющийся
безусловным авторитетом в данном вопросе: «…в среднем процесс
переналадки занимает теперь 1/40 времени, которое тратилось до внедрения
SMED.»3 Решение данной задачи также требует дальнейшей детальной
проработки.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что решение всех
перечисленных
задач
направлено
на
повышения
эффективности
функционирования производственных систем, и отражает важнейшие
направления исследований в оперативно-производственном менеджменте.
Кононова В.Ю., Болтрукевич В.Е Применение Lean Manufacturing на промышленных предприятиях России в
2006-2008 гг. Институт комплексных стратегических исследований. Высшая Школа Бизнеса МГУ им. М.В.
Ломоносова. Режим доступа http://icss.ac.ru/userfiles/file/l.pdf
2
Синго С.Быстрая переналадка: Революционная технология оптимизации производства. Пер. с англ. – М.:
Альпина Бизнес Букс, 2006 – 344 с.
3
Там же, с.127
1