3. Моделирование процесса производства деталей на примере ОАО «Щегловский Вал»

Открытое акционерное общество "Щегловский вал" создано 10 октября 2001 года.

Единственным акционером ОАО "Щегловский вал" является открытое акционерное общество "Конструкторское бюро приборостроения" (ОАО "КБП"). Основные задачи, поставленные перед ОАО "Щегловский вал":

- реконструкция существующих и строительство новых производственных площадей;

- приоритетное освоение серийного производства техники оборонного назначения по заказам ОАО "КБП".

В рамках государственного оборонного заказа по договорным обязательствам с ОАО "КБП" ОАО "Щегловский вал" работает с 2004 года.

В настоящее время ОАО "Щегловский вал" - стабильно развивающееся, перспективное по всем направлениям работы предприятие, оснащенное современным высокоточным оборудованием и укомплектованное высококвалифицированными кадрами.

С 2008 года изделия, изготавливаемые в ОАО "Щегловский вал", принимают участие в ежегодных парадах Победы на Красной площади г.Москвы.

В соответствии с Концепцией развития ОАО «Щегловский вал» на 2009-2012 гг., утвержденной решением Совета директоров ОАО «Щегловский вал» от 27.06.2009 г., основными направлениями деятельности Общества на 2011 г. признаны:

создание гибкой технологической базы предприятия, способной не только стабильно выполнять текущий производственный план в заданных объемах и номенклатуре, но и иметь возможность менять структуру выпускаемой продукции, в рамках кооперации с другими предприятиями, с минимальными затратами на подготовку производства;

освоение серийного производства деталей и узлов к выпускаемым изделиям;

завершение реконструкции и ввод в эксплуатацию объектов II-ой очереди производственной базы ОАО «Щегловский вал»;

обеспечение предприятия квалифицированным персоналом путем подбора, отбора и рациональной расстановки работников, их дополнительного обучения, переподготовки и повышения квалификации;

завершение создания современной системы управления производством и менеджментом качества выпускаемой продукции;

снижение издержек производства за счет рационального использования материально-технических и трудовых ресурсов основного, вспомогательного и обслуживающего производств;

внедрение автоматизированной системы управления предприятием, в том числе создание конструкторско-технологических и экономических баз данных;

постоянное улучшение системы менеджмента качества предприятия.

Моделирование процесса производства можно проследить на примере анализа, компании производственной системы электромонтажного цеха ОАО «Щегловский Вал».

Пропускная способность исследуемого цеха, согласно расчетам специалистов завода, оценивалась в 44 изделия в год. А серия экспериментов на имитационной модели производственной системы этого же цеха показала, что сквозь цех могут «пройти» максимум 12 изделий в год. Т.е. в 3,7 раза меньше, чем предполагалось.

Причина такого расхождения в том, что в аналитической модели производственный цикл был принят равным технологическому (рисунок 4), но в реальных условиях электромонтажного цеха это было далеко не так. Только в ходе проведения эксперимента на имитационной модели выяснилось - производственная система жестко разбалансирована, а загрузка рабочих мест крайне неравномерна (при существующей организации ПС).

Рисунок 4 - Сравнение результатов оценок производственной системы реального цеха по аналитической и имитационной моделям

Причем, дефицит мощности (и, соответственно, пропускной способности цеха) определялся теми рабочими местами, достаточная укомплектованность которыми не вызывала сомнений у руководства завода. И напротив, те рабочие места, на которые в оперативном порядке осуществлялся набор персонала, были в избытке.

Руководство предприятия о существовании проблемы знало (о ее наличии свидетельствовало катастрофическое отставание от графика выпуска изделий), однако решало ее совсем «не в том направлении», что приводило еще к большей диспропорции.

Последовательным исключением «узких мест» на имитационной модели, была сформирована модернизированная производственная система, и проблема была успешно решена.

Именно метод имитационного моделирования позволяет адекватно решать такие задачи.

В общем случае, главная задача - оценка итоговой эффективности работы производственной системы.

Это выливается в следующие подзадачи (основные из них):

- расчет пропускной способности производственной системы;

- расчет загрузки производственных мощностей;

- оценка межоперационного задела;

- расчет длительности производственного цикла изделия;

- оценка объема незавершенного производства;

- определение размера производственной партии и др.

На эффективность работы производства, разумеется, оказывают влияние и взаимное расположение элементов производственной системы в пространстве, и их взаимодействие в пространстве.

В этом контексте, результатами проектных решений могут быть планировочные и компоновочные (конструктивные) решения, сформированные по требованиям эргономики и условиям возможности реализации самого процесса, и исключающие «пространственные» конфликты. Последнее относится как к частям изделия, так и к компонентам технологического оснащения (рисунок 5).

Рисунок 5 - Пример геометрического моделирования производственной системы

Сюда же относятся и задачи нормирования отдельных операций, время выполнения которых достаточно точно можно представить как функцию кинематических (а в отдельных случаях и динамических) параметров элементов производственной системы.

Примером может служить: расчет времени соединительных операций сборки (затяжка болтов, закручивание гаек, сварка, пайка и т.п.), определение необходимых размеров проемов, габаритов транспортных путей, трасс коммуникаций и т.д. Иногда предлагаются инструменты для решения и таких задач. Все они также моделируют (имитируют) пространственную геометрию производства. Однако в отличие от использованной в вышеприведенном примере системы QUEST, в них доминирует как раз геометрия. Они очень близки CAD-системам. Но, в отличие от полноценных систем имитационного моделирования, они используют принципиально другой математический аппарат. Характерно, что для моделирования действий человека, используется модель, именуемая манекеном, построенная в соответствии с антропометрическими, физиологическими показателями человека. Наверное, такое моделирование тоже можно назвать имитационным. Но такая модель не отражает «жизнь» производственной системы именно как системы. С её помощью удается воспроизвести отдельные фрагменты ПС, например, детально исследовать и оптимизировать эргономику конкретного рабочего места, но в целом она работать не будет. В этом смысле такие модели применительно к функционированию всей производственной системы, назвать имитационными нельзя. С помощью них можно сымитировать часть процессов, но не их синергетическую совокупность.

Отвечая на вопрос «что именно в методе имитационного моделирования позволяет решать отмеченный ранее перечень задач?», можно утверждать, что ,помимо прочего, это адекватный учет «логики» ПС, правил поведения участников производственного процесса.

Таким образом, подводя итоги, условно имитационным моделированием производственной системы, можно назвать моделирование, по результатам которого можно судить о состоянии производственной системы через определенный интересуемый промежуток времени, причем под состоянием подразумевается именно тот набор параметров и показателей, в обеспечении которых и проектировалась производственная система, т.е. определяющим здесь является цель ее работы, а не, скажем, удобство персонала и т.п. (хотя это тоже моделируется во времени). В условиях бурного развития рынка имитационное моделирование является мощнейшим инструментом верификации и отработки вновь создаваемой или модернизируемой производственной системы, и предоставляет весомое конкурентное преимуществ фирмам, их использующим, поскольку в разы снижает риски ошибок в сравнении с традиционными методами.

За отчетный период получены следующие данные о межотраслевых поставках и векторе объемов конечного использования (таблица 1).

Таблица - Данные о межотраслевых поставках

Требуется:

1. Определить матрицу коэффициентов прямых материальных затрат , матрицу «затраты-выпуск» и вектор конечного потребления для вектора валовых выпусков. 2. Определить матрицу коэффициентов полных материальных затрат и валовые объемы выпуска для вектора конечного использования . 3. Определить приросты валовых объемов выпуска, если конечное потребление должно измениться на по сравнению с .

4. Определить матрицу полных затрат ресурсов для матрицы ее прямых затрат и суммарную потребность в ресурсах для вектора конечного использования (отчетного и планового).

5. Определить матрицы коэффициентов косвенных затрат первого , второго и третьего порядка , сравнить сумму затрат с полными затратами , найти абсолютные погрешности.

6. Найти потребность в продукции всех отраслей материального производства для получения единицы конечного продукта 1-го вида. Указание: При вычислениях производить округление с точностью до тысячных.

Решение:

1) Найдем валовые выпуски отраслей, просуммировав в каждой строке межотраслевые поставки и координату вектора :

Найдем матрицу прямых затрат. Ее элементы можно найти по формуле:

(4)

Подставляя числовые значения, получаем:

Найдем матрицу «Затраты - выпуск»

Вектор конечного использования Y для валового объема выпуска X определим на основе балансового соотношения:

2) Найдем матрицу коэффициентов полных материальных затрат В -она будет равна обратной матрице (E-A):

Определитель матрицы (E-A):

Алгебраические дополнения:

Обратная матрица:

Вектор валового объема выпуска Xn для конечного продукта Yn определим формуле:

3) Найдем приросты валовых объемов выпуска, если конечное потребление должно изменяться на ДY% по сравнению с Y0:

4) Найдем матрицу полных затрат ресурсов S для заданной матрицы ее прямых затрат M:

Суммарная потребность в ресурсах для вектора Y0:

Суммарная потребность в ресурсах для вектора Yn:

5) Найдем матрицы косвенных затрат первого, второго и третьего порядка

Сумма затрат:

Разность матриц:

6) Найдем вектор потребности в продукции всех отраслей материального производства bij для получения единицы конечного продукта bj вида. Для этого просуммируем столбцы матрицы полных затрат:

Это значит, что для производства единицы конечного продукта в первой отрасли во всех отраслях надо расходовать продукции на сумму 1,864 ден.ед., для производства единицы конечного продукта во второй отрасли -на 1,958 ден.ед.

Таким образом, эффективное моделирование процесса производства приведет к значительному увеличенную эффективности предприятия и созданию более современных видов изделий, которые составят достойную конкуренцию на рынках автомобильной промышленности.