1

ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – СОФИЯ СТОПАНСКИ ФАКУЛТЕТ

КАТЕДРА „ИКОНОМИКА, ИНДУСТРИАЛЕН ИНЖЕНЕРИНГ И МЕНИДЖМЪНТ”

инж. Петко Асенов Найденов

„МЕТОДИЧЕСКИ ПОДХОД ЗА ПРИЛОЖЕНИЕ НА ВИРТУАЛНО-

КЛЕТЪЧНИ ПРОИЗВОДСТВЕНИ СИСТЕМИ В

ИНДУСТРИАЛНИТЕ ПРЕДПРИЯТИЯ”

АВТОРЕФЕРАТ

на дисертационен труд

за присъждане на образователна и научна степен „ДОКТОР”

по научна специалност 05.02.21 „Организация и управление на

производството”

професионално направление 5.13 „Общо инженерство”

Научен ръководител:

Проф. д-р инж. Иван Симеонов Даков

София, 2013 год.

2

Дисертационният труд е обсъден и насочен за защита на заседание на катедрения съвет

на катедра „Икономика, индустриален инженеринг и мениджмънт” на Стопански факултет при

Технически Университет – София, състояло се на 03.06.2013г.

Авторът на дисертацията е редовен докторант към катедра „Икономика, индустриален

инженеринг и мениджмънт” на Стопански факултет при Технически Университет – София.

Структурата на дисертационния труд съдържа следните части: въведение, четири глави,

основни резултати и приноси, списък на използваната литература и на публикациите по

дисертационния труд и приложения.

Общият обем на дисертационния труд е 156 стр., разпределен по отделни части, както

следва: въведение – 3стр., глава първа – 37 стр., глава втора – 28 стр., глава трета – 26 стр.,

глава четвърта – 29 стр., основни резултати и приноси – 2 стр., списък на публикациите по

дисертационния труд – 1 стр., списък на използваната литература – 12 стр. и приложения – 14

стр.

Графичният материал включва 31 фигури и 6 таблици.

Списъкът на библиографията включва 109 заглавия, от които 17 на кирилица, а

останалите - на латиница.

Теоретичните и експерименталните изследвания по дисертационния труд са проведени

в ТУ-София, СФ, кат. „Икономика, индустриален инженеринг и мениджмънт”.

Защитата на дисертационния труд ще се състои на 07.10.2013г. от 11.00ч. в зала

3503, блок III на Технически Университет – София, бул. „Климент Охридски” 8.

Материалите по защитата са на разположение на интересуващите се в канцеларията на

Стопански факултет, стая 3235, блок III на Технически Университет - София, бул. „Климент

Охридски” 8.

Автор: инж. Петко Асенов Найденов

Научен ръководител: проф. д-р инж. Иван Симеонов Даков

Тема: „Методически подход за приложение на виртуално-клетъчни производствени

системи в индустриалните предприятия”.

Тираж: 50 броя

Печатна база на Технически Университет - София

3

АНОТАЦИЯ

Виртуално-клетъчните производствени системи (ВКПС) представляват първи опит за

практическо използване на виртуалния подход в производствената дейност на индустриалните

предприятия. Чрез него се постига необходимата адаптивност на производствената система към

променящата се номенклатура и обем на произвежданата продукция при осигуряване на висока

производителност. Затова ВКПС значително превъзхождат традиционните клетъчни

производствени системи. За успешното им приложение в индустриалните предприятия е

необходимо да се изследват основните положения по проектирането и управлението им и да се

обоснове от теоретична гледна точка смисъла на внедряването им. В литературата липсва

разработен цялостен методически подход, свързан с практическото приложение на ВКПС и

оценяването на очакваните ползи от това прилагане, както и подробно изследване на

факторите, които се очаква да повлияят на успеха на приложението им.

Обект на изследване в настоящия дисертационен труд са виртуално-клетъчните

производствени системи, като акцентът ще бъде върху такива за механична обработка, за които

съществуват най-големи възможности за приложение в практиката.

Предмет на изследване са основните теоретични и методически въпроси, свързани с

приложението на виртуално-клетъчните производствени системи за механична обработка в

практиката.

На основата на литературен обзор е направен анализ на изследвания проблем, като са

изяснени съвременните изисквания към производствените системи и развитието на формите на

организация на производството (ФОП), довели до възникване на концепцията за ВКПС, като

последен етап в еволюционното развитие на клетъчния производствен подход. Анализирани са

съществуващите подходи за пространствено изграждане и производствено планиране на ВКПС

за механична обработка. Изследвани са проблемите на информационното осигуряване и

методите за статично, стохастично и динамично оценяване на приложимостта на класически

клетъчни производствени системи (ККПС), като основа за създаване на подходящ методически

подход за оценяване на приложимостта на ВКПС. В резултат на изследването са направени

изводи, които са в основата на поставената цел на дисертационния труд и са дефинирани

основните задачи за постигането й.

Целта на дисертационния труд е на база на натрупания опит при оценяване на

приложимостта на класическите клетъчни производствени системи (ККПС) и на

съществуващите разработки, свързани с пространственото изграждане на виртуално-клетъчни

производствени системи за механична обработка и техния производствен мениджмънт, да се

разработи методически подход, включващ в себе си основните стъпки по внедряването им в

индустриалните предприятия, а именно:

• оценка на възможностите за изграждане на ВКПС, с отчитане на конкретните за

разглеждания случай особености;

• изготвяне на план за пространствено изграждане и избор на подходящ,

практически приложим подход за производствено планиране;

• изследване на основните производствени показатели на проектирана ВКПС с

помощта на симулация;

• анализ на стойностите на изследваните основни производствени показатели.

За постигането на целта на дисертационния труд трябва да се решат следните задачи:

1. Изследване на факторите, влияещи на прилагането на ВКПС за механична обработка

в практиката;

2. Определяне на ограничителни условия за прилагането на ВКПС за механична

обработка;

3. Адаптиране на начините за статично, стохастично и динамично оценяване

приложимостта на ККПС към специфичните особености на ВКПС за механична обработка.

4. Модифициране на алгоритъма за оценяване практическата приложимост на ККПС

съобразно специфичните особености на ВКПС за механична обработка.

4

5. Разработване на методически подход за оценяване пригодността на съществуващите

производствени системи за механична обработка към виртуално-клетъчната производствена

концепция;

6. Създаване на програмен продукт, включващ модули за изпълнение на задачите по

предлагания методически подход;

7. Апробиране на програмния продукт с помощта на подходящи данни.

В изпълнение на основните задачи на дисертационния труд е постигнато следното:

1. Дефинирани са влияещите фактори върху приложимостта на ВКПС в практиката и са

изведени количествени показатели за тяхното оценяване.

2. Определени са ограничителни условия за прилагането на ВКПС за механична

обработка, като са обосновани и конкретизирани допустими минимални стойности на

показателите на влияещите фактори при прилагане на ВКПС в съществуващи предприятия и е

изведен интегриран показател за готовност за въвеждане на ВКПС.

3. Изяснени са специфичните особености на статичното, стохастичното и динамичното

оценяване на приложимостта на ВКПС за механична обработка в практиката.

4. Разработен е модифициран алгоритъм за оценяване приложимостта на ВКПС за

механична обработка.

5. Разработен е методически подход за оценяване на приложимостта на ВКПС за

механична обработка на основата на модифициран алгоритъм и е изяснена методическата

последователност на дейностите по оценяването й.

6. Обоснована е необходимостта и е разработен програмен продукт за приложение на

методическия подход за оценяване приложимостта на ВКПС за механична обработка.

7. Експериментиран е методическият подход за приложение на ВКПС за механична

обработка в индустриалните предприятия, чрез решаване на конкретен пример.

I.Обща характеристика на дисертационния труд

Актуалност Използваните в практиката производствени системи от българските индустриални

предприятия трябва да бъдат способни да отговорят на съвременните пазарни изисквания.

Прилагането на нови производствени системи налага добро познаване и адекватна оценка на

евентуалните ползи от практическото им прилагане, както и практическите и финансови

ограничения, съпътстващи реализирането им в съществуващи предприятия.

В специализираната литература има задълбочени теоретични изследвания, свързани с

изграждането на ВКПС и техните пространствени и времеви характеристики. Изяснено е

пространственото изграждане на ВКПС, т.е. на разполагането на изграждащите я модули на

територията на производствената площадка и на проблемите на произведствения мениджмънт

на ВКПС. Съществуват методически последователности за пространствено разположение на

модулите и за разработване на графици за започване и завършване на обработката на партидите

във ВКПС.

Коренно различно е положението с решаването на проблемите с внедряването на ВКПС

в индустриалните предприятия. Липсват подходящи теоретични и методически разработки за

оценка на приложимостта на ВКПС и за решаване на проблемите по реализацията й в

съществуващо предприятие.

Научна значимост и новост В дисертационния труд са дефинирани влияещите фактори върху приложимостта на

ВКПС в практиката и са изведени количествени показатели за тяхното оценяване. Определени

са ограничителните условия за прилагане на ВКПС за механична обработка, като са обосновани

и конкретизирани допустими минимални стойности на показателите на влияещите фактори при

прилагане на ВКПС в съществуващи предприятия и е изведен интегриран показател за

готовност за въвеждане на ВКПС. Изяснени са специфичните особености на статичното,

стохастичното и динамичното оценяване на приложимостта на ВКПС за механична обработка в

практиката. Разработен е цялостен методически подход за оценяване на приложимостта на

ВКПС. Разработеният подход използва основните методи за оценяване приложимостта на

5

ККПС, а именно статичен, стохастичен и динамичен, като ги адаптира към специфичните

особености на виртуално-клетъчния производствен подход.

Практическа приложимост С помощта на разработения методически подход и програмен продукт за реализацията

му се създават условия за апробиране и оценка на приложимостта на ВКПС в съществуващи

предприятия. Експериментирането на продукта потвърждава неговата приложимост.

Реализация на разработката Програмният продукт е реализиран в катедра „Икономика, индустриален инженеринг и

мениджмънт” към Стопански факултет на Технически Университет - София, като за доказване

на работоспособността му са използвани данни от литературен източник.

Одобряване на работата Дисертационния труд е докладван и обсъждан в отделните му части и в завършен вид на

заседания на катедрения съвет на катедра „Икономика, индустриален инженеринг и

мениджмънт” към Стопански факултет на Технически Университет – София

Публикации по дисертацията

Във връзка с дисертационния труд са направени 4 публикации, от които 1

самостоятелна в научно списание и 3 в съавторство с научния ръководител – доклади на

международни научни конференции, едната от които в чужбина.

Структура и обем на дисертацията Дисертационният труд съдържа следните части: въведение, четири глави, основни

резултати и приноси, списък на използваната литература и на публикациите по дисертационния

труд и приложения.

Общият обем на дисертационния труд е 156 стр., разпределен по отделни части, както

следва: въведение – 3 стр., глава първа – 37 стр., глава втора – 28 стр., глава трета – 26 стр.,

глава четвърта – 29 стр., основни резултати и приноси – 2 стр., списък на публикациите по

дисертационния труд – 1 стр., списък на използваната литература – 12 стр. и приложения – 14

стр.

Графичният материал включва 31 фигури и 6 таблици.

Списъкът на библиографията включва 109 заглавия, от които 17 на кирилица, а

останалите - на латиница.

II. КРАТКО ИЗЛОЖЕНИЕ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

ГЛАВА ПЪРВА: СЪСТОЯНИЕ НА ИЗСЛЕДВАНИЯ ПРОБЛЕМ

Глава първа е посветена на изследване на еволюцията на клетъчния тип производствени

системи, довели до възникването и развитието на идеята за виртуални клетки и на основните

теоретични и практически разработки, свързани с пространственото изграждане и планирането

във ВКПС за механична обработка.

За първообраз на клетъчния тип производствени системи са приети ККПС. Направено е

изследване на особеностите на оценяването на приложимостта им с използването на методи за

статично, стохастично и динамично оценяване.

Разгледани и анализирани са предимствата и недостатъците на съществуващите методи

за пространствено изграждане и планиране на дейностите във ВКПС.

В резултат на анализа, извършен в първа глава, са направени следните по-важни изводи:

1. ВКПС предлагат гъвкав подход при организирането на производствения процес във

времето и пространството. Намират приложение в съвременните условия на единично, малко- и

средносериен тип на производство.

2. В литературата не са описани факторите, които биха повлияли положително на

изграждането на ВКПС. Направени са множество изследвания на класическите клетки, които

6

биха представлявали отправна точка за определянето на влияещи фактори върху прилагането

на ВКПС.

3. Липсва методика за оценяване на приложимостта, съобразенa със специфичните

особености на ВКПС. Като основа на такъв подход може да се използва методическият подход

за оценка приложимостта на класическите клетки (КК), след подходящо адаптиране.

4. Проучването установи съществуването на методи за пространствено изграждане и

производствено планиране на ВКПС, които трябва да бъдат включени в адаптирания

методически подход за оценка приложимостта на ВКПС.

ГЛАВА ВТОРА: ТЕОРЕТИЧНИ ИЗСЛЕДВАНИЯ НА ПРИЛОЖИМОСТТА НА ВКПС

ЗА МЕХАНИЧНА ОБРАБОТКА

Втора глава е посветена на изследвания, свързани с:

1) разглеждане и оценка на факторите, които влияят на приложимостта на ВКПС в

конкретни производствени условия;

2) определяне на ограничителни условия за прилагане на ВКПС в съществуващи

производствени системи;

3) развитие и адаптация на методите за статично, стохастично и динамично оценяване,

използвани успешно в условията на ККПС за механична обработка към изискванията на ВКПС

за механична обработка.

В първия параграф са разгледани и анализирани влияещите фактори върху

приложимостта на ВКПС. За определяне на факторите, влияещи на прилагането на ВКПС за

механична обработка, авторът предлага да се използва евристичен подход, базиращ се на

съществуващия опит в прилагането на ККПС и на специфичните особености на ВКПС.

Такъв подход се налага поради липсата на достатъчна информация за практическо приложение

на ВКПС към настоящия момент. Изведените фактори и количествени показатели са обобщени

в табл. 2.2.

Табл. 2.2:Фактори и показатели, влияещи върху прилагането на ВКПС

Наименование на фактора Количествен показател

Тип на производство на обра-

ботваните видове детайли

Коефициент на масовост

Сложност и сходство на

обработваните детайли

Условна оценка

Вид на машините Условна оценка

Специфична гъвкавост на машините Претеглена производствена въз-можност на

машината [1/мин.бр.]

Производствен капацитет по видове

машини (модули)

Ефективен фонд време за периода,

разпределено по видове машини,

класифицирани по технологичен признак

(стругови, фрезови, пробивни, шлифовъчни

и др.) [ч./год.]

Товароносимост на транспортната

система

Максимална големина на транспортната

партида [бр.]

Гъвкавост на транспортната система Условна оценка

Във втория параграф са дефинирани гранични стойности на показателите за оценка на

приложимостта на ВКПС и е изведен интегриран показател на пригодността на

съществуващата производствена система към ВКПС.

Определянето на ограничителните условия (с цел изясняване на приложимостта на

ВКПС за механична обработка) се свежда до обосноваване на допустими минимални стойности

7

на показателите за оценка на приложимостта й и до определяне на комплексна оценка на

степента на готовност за въвеждането й в индустриалното предприятие..

На основата на изведените фактори, влияещи на приложимостта на ВКПС (табл. 2.2) и

характерните стойности на показателите за оценката им, могат да бъдат обосновани следните

допустими стойности на показателите на съответните фактори:

1) тип на производство на обработваните видове детайли;

Подходящи за обработване във ВКПС ще бъдат детайли, за които коефициентът на

масовост е по-малък от 0,1, т.е. детайли с единичен, малкосериен или средносериен тип на

производство. За сравнимост на различните показатели е удачно стойностите им да варират в

един и същи диапазон – от 0 до 1, през 0,25, като 1 показва най-голяма степен на приложимост.

Затова директно не може да бъде използвана конкретната стойност на коефициента на

масовост. Подходящо е да се използва условна оценка, която е 0, ако коефициентът на масовост

е равен или по-голям от 0,1, т.е. типът на производство на обработваните детайли е масов и

голямосериен, 0,25 – при сериен (малко-, средно- и голямосериен) тип на производство на

обработваните детайли, 0,5 – при единичен и малкосериен тип, 0,75 – единичен и сериен тип и

1 – единичен, малкосериен и средносериен тип, т.е. коефициентът на масовост е по-малък от

0,1.

Допустимата минимална стойност на условната оценка за типа на производство на

обработваните детайли е 0,75, т.е. при обработвани детайли с единичен и сериен тип на

производство.

2) сложност и сходство на обработваните детайли;

За количествен показател на този влияещ фактор се използва условна оценка от 0 до 1 в

зависимост от сложността на обработваните детайли и сходството на технологичните им

процеси. Условната оценка е 0 при обработвани детайли с еднакви технологични процеси, 0,25

- при еднакви и сходни еднопосочни технологични процеси, 0,5 - при еднакви, сходни

еднопосочни и сходни разнопосочни технологични процеси, 0,75 - при сложни детайли със

сходни еднопосочни и сходни разнопосочни технологични процеси, а максималната възможна

оценка е 1 – при сложни детайли с сходни разнопосочни и различни технологични процеси.

Допустимата минимална стойност на условната оценка за сложността и сходството на

обработваните детайли е 0,75 при сложни детайли със сходни еднопосочни и сходни

разнопосочни технологични процеси.

3) вид на машините;

Машините във ВКПС за механична обработка трябва да бъдат с компютърно

управление, да са свързани в мрежа и да са вградени в автоматизирани технологични модули

(АТМ) или с възможности за обособяване на АТМ, т.е. да са с голяма гъвкавост, възможности

за бърза пренастройка, зареждане на програми и следене на състоянието от управляващ

компютър. За количествен показател се използва условна оценка на възможностите от 0 до 1,

като 0 е ако машините са специални, 0,25, ако са универсални, 0,5, ако са с цифрово-програмно

управление, 0,75, ако са с компютърно управление, свързани в мрежа и имат възможности за

вграждане в АТМ и 1, ако са вградени в АТМ, накратко модули.

Допустимата минимална стойност на условната оценка за вида на машините е 0,75, т.е.

ако те са свързани в мрежа и могат да се вградят в модули.

4) специфична гъвкавост на машините;

Във ВКПС за механична обработка е необходимо машините (АТМ) да могат да

изпълняват технологичните операции достатъчно бързо и с малки времена за пренастройка.

Характерни стойности не могат да бъдат определени поради липсата на данни за практическото

приложение на ВКПС. Затова е рационално използването на условна оценка, като най-

благоприятен е вариантът, при който специфичната гъвкавост за всички видове модули е с

максимална стойност 1, която съответва на условна оценка 1. Условната оценка е 0,75, ако

могат да се осъществят всички предвидени операции от технологичните процеси на детайлите,

но при удължено времетраене. Оценки 0,5 и 0,25 не се предвиждат. Условната оценка е 0, ако

на никой от видовете модули не е в състояние да изпълни нито една от предвидените операции

от технологичните процеси на детайлите.

8

Допустимата минимална стойност на условната оценка на специфичната гъвкавост на

машините е 0,75, отговаряща на възможност за осъществяване на всички предвидени операции

от технологичните процеси на детайлите, но при удължено времетраене.

5) производствен капацитет по видове машини (модули);

Необходимо е общият капацитет на всеки вид машини (модули) на ВКПС за механична

обработка да отговаря на сумарната трудопоглъщаемост на операциите от технологичните

процеси на обработваните детайли, предвидени за съответния вид модули. И тук е подходящо

използването на условна оценка, която максимална стойност е 1 при пълно съответствие между

трудопоглъщаемостта на технологичните операции и ефективния фонд време за съответния вид

модули. При непълно натоварване до 10% или претоварване до 10% се предвижда оценка 0,75.

При претоварване над 10%, но в рамките на 25% - оценка 0,5. При още по-голямо (25-50%)

претоварване – оценка 0,25. При претоварване над 50% или непълно натоварване над 10% -

оценка 0.

Допустимата минимална стойност на условната оценка на производствения капацитет

по видове машини (модули) е 0,75, т.е. при непълното им натоварване до 10% или

претоварването им до 10%.

6) товароносимост на транспортната система;

Във ВКПС за механична обработка е необходимо транспортната система да бъде в

състояние да осигури преместване на максималната предвидена транспортна партида от

обработваните детайли. Граничните стойности ще бъдат специфични за всеки конкретен случай

(за всяка разглеждана производствена система). Затова е подходящо използването на условна

оценка. Тя е 1, ако транспортната система е в състояние да осигури преместването на

максималната предвидена транспортна партида. Условната оценка е 0,75, ако транспортната

система може да осигури непрекъснато захранване на отделните модули с полуфабрикати, без

значение от броя на преместванията за цялата партида. Оценки 0,5 и 0,25 не се предвиждат.

Ако транспортната система не е в състояние да осигури непрекъснато захранване на отделните

модули с полуфабрикати, условната оценка е 0.

Допустимата минимална стойност на условната оценка на товароносимостта на

транспортната система е 0,75, т.е. при транспортна система, която е в състояние да осигури

захранване на отделните модули с полуфабрикати, без значение от броя на преместванията за

цялата партида.

7) гъвкавост на транспортната система;

Възможностите на транспортната система се характеризират с помощта на условна

оценка, която е 0, когато от всяка машина е възможно само преместване до съседната машина,

на която се изпълнява следващата операция от технологичния процес и съответно 1 - когато е

възможно достигане до всички останали машини (модули) и е възможно пресичане на

товарните потоци. Условната оценка е 0,75, ако е възможно достигане до всички останали

модули, но без пресичане на товарните потоци. При невъзможност за достигане до всички

останали модули и наличие на възможност за пресичане на товарните потоци оценката е 0,5.

При наличие на възможност за достигане само до определени модули (например модулите от

същия ред) и липса на възможност за пресичане на товарните потоци – оценката е 0,25.

Допустимата минимална стойност на условната оценка на гъвкавостта на транспортната

система е 0,75, отговаряща на възможности за достигане до всички останали модули, но без

пресичане на товарните потоци

За получаване на обобщен резултат, описаните седем стойности на условните оценки на

показателите на влияещите фактори за приложимост на ВКПС за механична обработка следва

да бъдат обединени чрез въвеждането на интегриран показател за готовност за въвеждане на

системата. Първите два фактора имат отношение към пригодността на обработваните детайли

към ВКПС, следователно могат да бъдат обединени в общ показател за пригодност на

обработваните детайли. Следващите фактори (3, 4 и 5) имат отношение към пригодността на

машините (модулите) и могат да бъдат обединени в показател за пригодност на машините.

Последните два фактора трябва да бъдат обединени в показател за пригодност на

транспортната система.

Обобщеният показател за пригодност на обработваните детайли (КПОД) обединява

показателите тип на производство и сложност и сходство на обработваните детайли, като се

9

предлага те да имат еднакви тегла – по 0,5. Изчисляването на обобщения показател се извършва

по следната формула:

ПССОДПТППОД 0,5К0,5КК += (2.5)

където: КПТП е показател за пригодност на типа на производство на обработваните детайли;

КПССОД – показател за пригодност на технологичните процеси на обработваните

детайли.

Обобщеният показателят за пригодност на машините (КПМ) следва да се обвърже

и с претеглената производствена възможност на машините с помощта на условната оценка на

специфичната гъвкавост на машините. Именно специфичната гъвкавост на машините

(възможността за обработка на всички предвидени различни детайли) следва да има най-голямо

тегло (0,4), а останалите два показателя да имат равни тегла (0,3). Обобщеният показател за

пригодност на машините (модулите) се изчислява по следната формула:

,1К,0,3.К0,3.К0,4.КК ПМПВМПКМПСГМПМ ≤++= (2.6)

където: КПСГМ е показател за пригодност на специфичната гъвкавост на машините;

КПКМ – показател за пригодност на капацитета на видовете машини;

КПВМ – показател за пригодност на вида на машините.

Обобщеният показател за пригодност на транспортната система (KПТС) обединява

факторите „товароносимост на транспортната система” и „гъвкавост на транспортната система.

Тегловият коефициент пред показателя за пригодност на гъвкавостта на транспортната система,

според автора, трябва да бъде по-голям (0,6), поради важността му за максималното използване

на преимуществата на ВКПС. Обобщеният показател за пригодност на транспортната система

се изчислява по следната формула:

ПГТСПТТСПТС 0,6К0,4КК += , (2.7)

където: КПТТС е показател за пригодност на товароносимостта на транспортната система;

КПГТС– показател за пригодност на гъвкавостта на транспортната система.

Интегрираният показател за готовността за въвеждане на ВКПС за механична обработка

(КГ) се предлага да се изчислява чрез трите обобщени показатели по следната формула:

ПТСПМПОДГ χ.Кβ.Кα.КК ++= , (2.8)

където: КПОД е показател за пригодност на обработваните детайли;

КПМ – показател за пригодност на машините;

KПТС – показател за пригодност на транспортната система;

χβ,α, - тегло на съответния показател.

За тегла на описаните обобщени показатели авторът предлага следните стойности: α =

0,4, β = 0,4, χ = 0,20. С подбраните стойности се дава приоритет на пригодността на

обработваните детайли и на машините (АТМ), като основен елемент при изграждането на

ВКПС. Теглата на съответните показатели трябва да отговарят на следните ограничителни

условия:

1χβα =++ (2.9)

1χ1,0β1,0α0 ≤≤≤≤≤≤ (2.10)

Диапазонът на изменение на показателя за готовност за въвеждане на ВКПС за

механична обработка (КГ) е:

1К0 Г ≤≤ (2.11)

Авторът предлага следните степени на готовност за въвеждане на ВКПС за механична

обработка в зависимост от стойностите на интегрирания показател:

1) пълна готовност за прилагане на ВКПС - при стойност на КГ = 1;

2) много голяма степен на готовност - при стойности на КГ под 1 до 0,9;

3) голяма степен на готовност - при стойности на КГ под 0,9 до 0,75;

4) минимална готовност - при стойности на КГ под 0,75 до 0,5;

5) няма готовност за прилагане на ВКПС - при стойности на КГ под 0,5.

В третия параграф е разработен алгоритъм за оценяване на практическата

приложимост на ВКПС.

10

Авторът предлага алгоритъмът за оценяване на практическата приложимост на ВКПС за

механична обработка да включва трите начина за оценяване на ККПС, но адаптирани към

специфичните особености на ВКПС, а именно:

1) статично оценяване с помощта на изчислителни таблици;

2) стохастично оценяване с помощта на методи, използващи теорията на

опашките;

3) динамично оценяване с помощта на компютърна симулация.

Конкретната адаптация на всеки от блоковете от алгоритъма за оценяване на ККПС,

съобразно специфичните особености на ВКПС като най-нова ФОП е както следва:

1) статично оценяване на приложимостта на ВКПС; При ВКПС статичното оценяване ще бъде опростено спрямо статичното оценяване на

алтернативите за КК, тъй като при ВКПС няма обособяване на постоянни клетки и съответно

няма да има разделяне на обработваните детайли по фамилии (типове, групи). Изчисленията

следва да се сведат до разпределяне на производствените операции по технологичен

(операционен) принцип, например стругови, фрезови и съответно да се направи проверка за

наличен капацитет по видове модули. Статичното оценяване ще включва решаването на три

задачи: Първа задача: Изчисляване на трудопоглъщаемостта на всички обработвани партиди

разпределена по видове модули;

Втора задача: Изчисляване на сумарния ефективен фонд време на видовете модули за

един микропериод;

Трета задача: Изчисляване на теоретичния минимум на микропериодите, необходими

за приключване на всички партиди.

Задачите не представляват трудност от математическа гледна точка. Решаването на

първа задача включва следните стъпки:

1) определяне на общото време за изпълнение на технологичните операции за

обработването на всяка партида по видове модули;

2) определяне на времето за обработка на всяка партида по видове модули, като

произведение от големината на партидата и общата продължителност на операциите по видове

модули;

3) определяне на общата трудопоглъщаемост по видове модули, като сума от

трудопоглъщаемостите по видове модули за отделните партиди.

По втора задача, следва да се пресметне ефективния фонд време за всеки вид модули

като произведение на броя модули от съответния вид и ефективния фонд време за един модул.

По определянето на теоретичния минимум на микропериодите от третата задача

следва да се определи видът модули с най-голямо натоварване („тясното място”) и съответно

времето за обработка на всички партиди на този вид модули да се приеме за теоретичен

минимум.

2) стохастично оценяване на приложимостта на ВКПС; Стохастичното оценяване при ВКПС е сходно с това на КК. Необходимо е да се

състави оптимизационен модел, с помощта на който да се определи последователността на

обработка на партидите по модули и големината на транспортните партиди. Решаването на

оптимизационната задача ще доведе до определянето на конкретни срокове за започване и

завършване на обработката на всяка партида на съответен модул и следователно до определяне

на производствените цикли на партидите (циклите на обработката на партидите във ВКПС).

Оценяването ще се състои в решаването на следните задачи:

Първа задача: Съставяне на приоритетен списък на партидите за обработка в рамките

на хоризонта на оперативно планиране;

Втора задача: Съставяне на оптимизационната задача по предварително избрания

модел за съставяне на календарни планове, с изходните данни за конкретната производствена

ситуация и списъка на партидите от предходната задача;

Трета задача: Намиране на решенията на оптимизационната задача;

Четвърта задача: Оформяне на решенията на задачата във вид на календарни планове.

В календарните планове трябва да бъде описано на какви части се разделят партидите, кога

11

започва и приключва обработката на всяка част и какъв технологичен маршрут следва (в каква

виртуална клетка (ВК) се обработва);

Пета задача: Анализ на решението и съставяне на нов списък с незавършените в

рамките на хоризонта на детайлно планиране партиди или части от партиди.

За решаването на първа задача се използва подходът, описан в първа глава от

дисертационният труд – „по партидно изпреварване”. Приоритетният списък се изготвя по

нарастване на сроковете за започване на обработката на партидите Сзо :

iii цокозо ТСС −= , (1.4)

където: iкоС e срокът за завършване на обработката на i

тата партида във ВКПС;

iцоТ - цикъла на частичния процес за обработка на i

тата партида във ВКПС.

Решаването на втора задача следва стъпките:

а) съставяне на оптимизационната задача – използва се избраният в литературния обзор

модел на Дролет:

)MLAD(NWΣ.Σ)MLD.(N.VΣ.ΣMin jpjjjpj

H

1hpjprjjrp

rj,

h

0p

+++∀+=∀=

(1.5)

Ограничителни условия:

j1,WΣ.VΣ.Σ jp

H

1hpjrp

r

h

0p

∀=++=∀=

(1.6)

h)t:(tu),(w,,C.VPΣ wutjrptwjrph)p,Fptp:(pr,u)(w,j, j

<=∀<=<+<<=∈∀

(1.7)

H),th:(tw,,wutAC

jp.WtwjpPΣH)ph,

jFptp:(pr,wj,

jrp.VtwjrpPΣh)p

jF-t:(pr,u)(w,j,

<=<=∀<=

<=<=<=+<=<=∈∀

+<=<=∈∀ (1.8)

hpjr,0,Vjrp <=∀>= , (1.9)

Hphj,0,Wjp <<∀>= , (1.10)

където: p е микропериод (приема се за 15 мин.);

t – текущо време;

h – хоризонт на детайлно планиране (от 1ви

до 4ти

микропериод) на обработките по

конкретни модули;

Н – хоризонт на окрупнено планиране (от 4ти

до 8ми

микропериод) на обработките по

видове модули;

j – партида;

r – ВК (маршрут) за обработката на партидата;

w – вид модули;

u – модул от съответен вид (принадлежи към един от възможните видове w);

Vjrp – дял от jта

партида, предвиден за обработка във виртуална клетка (rти

маршрут),

създадена в pти

микропериод (p<=h);

Wjp – дял от jта

партида, който следва да се обработи в рамките на интервала на

окрупнено планиране, но извън рамките на детайлно планиране (h<p<=H);

Nj – общ брой на детайлите от jта

партида;

Dr – дължина на пътя за транспортиране на полуфабрикатите по маршрут r;

ADj – осреднена стойност на дистанцията на транспортиране на детайлите от jта

партида за всички възможни маршрути;

Fj – цикъл на обработката на jта

партида;

Ljp – закъснение на jта

партида, при започване на обработката й в р-тия микропериод;

M – загуби за всеки ден закъснение;

12

Ptwrjp – необходимо технологично време за обработка на jта

партида, през tти

микропериод, за модул от wти

вид, по rти

маршрут от виртуална клетка, създадена в рти

микропериод (p<=h);

Ptwjp – необходимо технологично време за обработка на jта

партида, през tти

микропериод , при започване на обработката в рти

микропериод (h<p<=H) и произволен

възможен маршрут;

Cwut – ефективен фонд време на uти

модул от wти

вид, през tти

микропериод (t<=h);

ACwt – сумарен (агрегатен) ефективен фонд време на модулите от wти

вид през tти

микропериод (h<t<=H);

Последователно се записват като променливи всички възможни маршрути (ВК), по

които може да се обработи първата партида с начало на обработката първи микропериод. Пред

променливата се записва дължината на маршрута, умножена по големината на партидата,

сумирани с поредния номер на периода. Действието се повтаря за първата партида с начало

всеки микропериод до агрегатния хоризонт на планиране (един планов период или смяна).

Аналогично се дописват и останалите партиди до съставяне на пълната функция;

б) съставяне на ограничителните условия – ограничителните условия са три типа:

- за цялостно обработване на партидите – всички променливи, с които е означена една и

съща поръчка при сумиране следва да бъдат равни на единица;

- за ефективен фонд време на отделните модули – сумата от времената на предвидените

за обработка на всеки отделен модул, за всеки микропериод от хоризонта на детайлно

планиране части от партиди не трябва да превишават ефективния му фонд време;

- за ефективен фонд време на видовете модули - сумата от времената на предвидените

за обработка на всеки вид модули, за всеки отделен микропериод от хоризонта на агрегатно

планиране части от партиди не трябва да превишават ефективния му фонд време;

Решаването на третата задача следва стъпките:

а) съставя се симплекс таблица с данните на оптимизационната задача;

б) намират се решенията на задачата;

в) всяко решение, чиято стойност практически означава част от партидата по-малка от

1бр., се пренебрегва;

г) прави се проверка дали след пренебрегването на някои от решенията не се получава

неизпълнение на обработката на партидите. Ако има такова, липсващите бройки се добавят към

частта от съответната партида с най-късен срок на започване.

Четвърта задача има за цел разкодиране на използваните в оптимизационната задача

променливи и съставяне на таблица със срокове, маршрути (ВК) и транспортни партиди за

обработката на партидите.

Пета задача цели съставянето на нов списък на оставащите за обработка партиди.

Частите от една и съща партида, чието изпълнение не е започнало се сумират и се записват като

нова партида. Мястото й в списъка се определя от мястото на първоначалната партида. Частите

от партиди, чието обработване е започнало се разглеждат като транспортни партиди. Всяка

транспортна партида се записва като нова партида, с маршрут оставащата част от

технологичните операции. Ако има транспортни партиди, чиято обработка не е започнала, те се

сумират помежду си и евентуално се добавят към други оставащи части от същата партида. С

получения нов списък се изпълняват отново всички задачи от 1 до 5, до приключване на

партидите от първоначалния списък.

3) динамично оценяване на приложимостта на ВКПС;

При динамичното оценяване на ВКПС ще се използват същите принципи, както при

динамичното оценяване на ККПС, с тази разлика, че симулацията ще се провежда, като се

използват основните положения при производствения мениджмънт, характерни за ВКПС.

Задачи на динамичното оценяване:

Първа задача: да се определи на случаен принцип за всеки модул и за всеки

микропериод от хоризонта на детайлно планиране дали модулът работи или се ремонтира

вследствие на авария;

Втора задача: да се определи началото и края на обработката на всяка партида с

отчитане на авариите;

13

Трета задача: да се определи процентното натоварване на всеки модул по

микропериоди.

Самото динамично оценяване следва алгоритъма на стохастичното оценяване.

Разликата се състои в задаването на случайни аварии и проследяването на промяната в

календарните планове на поръчките.

По първа задача – с помощта на генератор на случайни числа се определя, за всеки

модул и за всеки период от хоризонта на детайлно планиране, състоянието на съответния модул

(ремонтира се или работи). В генерирането състоянието следва да се заложи подходяща

вероятност за настъпване на авария.

Съгласно генерираните състояния за всеки модул се коригират началото и края на всяка

обработка по транспортни партиди – втора задача.

По трета задача следва да се пресметне сумарната трудопоглъщаемост на

транспортните партиди за всеки модул и да се раздели на неговия ефективен фонд време за

микропериода, за да се установи процентното му натоварване.

В четвъртия параграф е съставен модифициран алгоритъм за оценяване практическата

приложимост на ВКПС за механична обработка.

Модифицираният алгоритъм е представен на фиг.2.1.

В изпълнение на основните задачи на дисертационния труд в Глава Втора са постигнати

следните основни резултати:

1. Дефинирани са влияещите фактори върху приложимостта на ВКПС в практиката и са

изведени количествени показатели за тяхното оценяване.

2. Определени са ограничителни условия за прилагането на ВКПС за механична

обработка като са обосновани и конкретизирани допустими минимални стойности на

показателите на влияещите фактори при прилагане на ВКПС в съществуващи предприятия и е

изведен интегриран показател за готовност за въвеждане на ВКПС.

3. Изяснени са специфичните особености на статичното, стохастичното и динамичното

оценяване на приложимостта на ВКПС за механична обработка в практиката.

4. Разработен е модифициран алгоритъм за оценяване приложимостта на ВКПС за

механична обработка.

5. Обоснована е необходимостта от разработване на адаптиран методически подход за

оценяване на приложимостта на ВКПС, включваща направените до този момент разработки,

свързани с пространственото изграждане и производствения мениджмънт на ВКПС.

ГЛАВА ТРЕТА: МЕТОДИЧЕСКИ ПОДХОД ЗА ОЦЕНЯВАНЕ НА ПРАКТИЧЕСКАТА

ПРИЛОЖИМОСТ НА ВКПС ЗА МЕХАНИЧНА ОБРАБОТКА

В първи параграф са описани общите положения при разработването на методически

подход за оценяване на практическата приложимост на ВКПС.

Методическият подход е разработен на основата на модифицирания алгоритъм за

оценяване на ВКПС (фиг. 2.1). Промените в него са във връзка с проведените теоретични

изследвания, отразяващи особеностите на ВКПС, в които се проявява нова ФОП и спецификата

на оценяване на приложимостта им. Модифицираният алгоритъм за оценяване приложимостта

на ВКПС за механична обработка в практиката включва статично, стохастично и динамично

оценяване. За разработване на методическия подход е извършено следното:

1) на основата на модифицирания алгоритъм за оценяване приложимостта на ВКПС за

механична обработка е изяснена методическата последователност на всички дейности по

оценяването;

2) коригирани са алгоритмите и съдържанието на дейностите, изпълнявани във всеки от

блоковете на модифицирания алгоритъм в съответствие с особеностите на ВКПС за механична

обработка;

3) разработен е софтуерен продукт за улесняване на практическата приложимост на

методическия подход за оценяване приложимостта на ВКПС за механична обработка и за

проиграване на различни варианти за внедряването им в практиката.

14

Фиг. 2.1. Модифициран алгоритъм за оценяване приложимостта на ВКПС.

Във втори параграф е представена разработената от автора методическа

последователност за оценяване приложимостта на ВКПС за механична обработка,

включваща следните основни дейности:

Въвеждане на данни

Достига ли се доста-

тъчно и равном.

натоварване?

Съществуват ли

близки

алтернативи?

Прекратяване на

практическото

прилагане на ВКПС

да

да

не

Стoхастично оценяване

Удовл. ли ни

произв. цикли и

натов. на АТМ?

Динамично оценяване

Съществуват ли

близки

алтернативи?

Прекратяване на

практическото

прилагане на ВКПС

не не

да

да

Съществуват ли

близки

алтернативи?

Прекратяване на

практическото

прилагане на ВКПС

Приемане на решението за

изграждане на ВКПС

Спазени ли са огр.

условия?

Съществуват ли

близки

алтернативи?

Прекратяване на

практическото

прилагане на ВКПС

не не

не не

да

да

да

да

Статично оценяване

Удовл. ли ни

произв. цикли и

натов. на АТМ?

Разработване на план на разп. на модулите

Обработка на данните

не

15

1. Въвеждане на данни

Въвеждането на данни се осъществява в едноименния блок (фиг. 2.1) и има за задача да

осигури съхранението и обработката на необходимите входни данни по начин, подходящ за

тяхното използване в следващите блокове от модифицирания алгоритъм. За целта се

осъществява следната последователност от дейности:

Стъпка 1: Въвеждане на данни за обработваните във ВКПС партиди

На основата на разработените план-графици за обвързване на работата на ВКПС с

останалите производствени звена в предприятието през първите няколко планови периода

(смени) с помощта на подетайлния метод – “по партидно изпреварване”, описан в т. 1.3.2 на

дисертационния труд, се съставя приоритетен списък за започване обработката на партидите

във ВКПС. От него се въвеждат данните за обработваните партиди, включени в приоритетния

списък за първия планов период (смяна), както следва:

-наименование на обработваната партида;

-големина на обработваната партида;

-технологична последователност и трудопоглъщаемост на операциите за

обработката на всяка партида.

Стъпка 2: Въвеждане на данните за ВКПС В тази стъпка се въвеждат данните за ВКПС за механична обработка, както следва:

-брой на видовете модули;

-брой на модулите от всеки вид;

-брой на еднаквите машини, влизащи в състава на всеки модул.

Информацията, касаеща разстоянията между отделните модули се въвежда

допълнително след изпълнение на блок „Разработване на план на разположение на модулите”.

Следователно след изпълнение на блока и определяне на разстоянията между отделните АТМ,

следва да се допълнят входните данни.

2. Разработване на план на разположение на модулите Разработването на план на разположение изцяло повтаря популярният в българската

техническа литература „Метод на равнопоствеността”. След разполагането на модулите,

разстоянията между тях се допълват във файла с данни за ВКПС. Този файл се създава в блок

„Въвеждане на данни”. Следователно след изпълнението на метода на равнопоставеността

разполагаме с пълния обем входни данни, необходими за изпълнението на блокове

„Стохастично оценяване” и „Динамично оценяване”.

3. Обработка на данните

Целта на обработката на въведените данни е да се формулира оптимизационната задача

за съставяне на календарен план за обработката на детайлите във ВКПС и записването й в

удобен за решаване вид .

Стъпка 1: Формулиране на оптимизационната задача за съставяне на календарен

план Стъпката се състои от следните дейности:

- съставяне на възможните ВК (маршрути) за обработване на партидите;

- определяне на транспортните разходи за всяка партида по ВК (маршрути);

- съставяне на оптимизационната (целева) функция (задача за намиране на минимум);

- записване на ограничителните условия за целевата функция.

Възможните ВК (маршрути) се описват по следния начин:

- за всяка партида се записва първият модул от вида, необходим за осъществяване на

първата операция над партидата;

- записва се първият модул от вида, необходим за осъществяване на втората операция и

т.н. до изписване на модула за осъществяване на последната операция от технологичната

последователност;

- записва се маршрута във вида Мi, Мi+1, Мi+2, …., Мn, като се отбелязва неговия пореден

номер;

- търси се друг модул, на който може да се осъществи последната операция. Ако има

такъв, се записва пореден маршрут и се търси има ли друг модул, на който може да се изпълни

последната операция. Ако няма се връщаме към предпоследната операция от технологичната

последователност на поръчката и проверяваме дали може да се осъществи на АТМ, различен от

16

записания за нея в предните маршрути. Целта е да се опишат всички възможни маршрути с

индивидуалните номера на модулите, удовлетворяващи технологичната последователност на

всяка от партидите.

Транспортните разходи за обработката на всяка партида се изчисляват по следния

начин:

rD.jNjrR = (3.1)

където: Rjr е транспортни разходи за изработка на детайлите от j-тата поръчка по r-ти маршрут,

условни единици;

Nj – общ брой на детайлите от j-тата партида, бр;

Dr – обща дължина на r-ти транспортен маршрут, условни единици.

Оптимизационната функция се съставя по следния начин:

- първо се записва сумата от променливите за хоризонта на детайлно планиране, като

пред променливите се записват транспортните разходи за маршрута сумирани с номера на

периода. Авторът приема означение на променливите Х (Х≡ Vjrp , от ф. 1.5). Тогава за всеки Х

следва да се запише номер на партидата, маршрут и период на започване на обработката в

отделен масив данни, който ще се използва за разкодиране на решенията;

- следва описване на променливите за хоризонта на агрегатно планиране. Тъй като за

интервала на агрегатно планиране не се уточнява точен маршрут на движение на

полуфабрикатите, пред променливата се записва среден транспортен разход равен на средно

аритметичното от стойностите на четирите най-малки транспортни разхода.

Oграничителните условия при съставяне на оптимизационния модел са три типа:

- за цялостна обработка на партидите;

- за ефективен фонд време на отделните модули в рамките на хоризонта на детайлно

планиране;

- за ефективен фонд време по видове модули в рамките на хоризонта на агрегатно

планиране.

За краткост се приемат названията съответно: ограничителни условия (ОУ) от първи,

втори и трети тип.

Практически за съставянето на ограничителните условия от първи тип се събират

всички променливи (Х ≡ Vjrp , от ф. 1.6), с които сме означили една и съща партида и се задава

условие сумите за всяка партида да са 1, т.е. да имаме цялостно изпълнение на всяка партида.

Изписването на ОУ – първи тип се представя:

11pWΣH

1hp1rp.VΣ

r.Σ

h

0p=

+=+

∀=

12pWΣH

1hp2rp.VΣ

r.Σ

h

0p=

+=+

∀=

13pWΣH

1hp3rp.VΣ

r.Σ

h

0p=

+=+

∀=

...

∑ ∑ ∑ =+= ∀ +=

h

0p r

H

1hpjpjrp 1W.V. , (3.2)

където: j е общ брой на поръчките.

Ефективният фонд време на всеки отделен модул (ОУ – втори тип) е равен на

продължителността на рти

микропериод, умножена по броя на взаимозаменяемите машини в

модула, умножени по коефициента на използване на времето за микропериода (последния

приемаме за 1, при условие, че микропериодът е в пъти по-кратък от продължителността на

една работна смяна). Необходимо е да се сумират всички променливи (Х ≡ Vjrp), съдържащи

съответния модул, за всеки микропериод и да се проследи дали предвидената работа не

превишава капацитета на модула. Тъй като натоварването на отделните модули се определя

само за хоризонта на детайлно планиране, съответно и ограниченията ще бъдат записани само

17

за тях. Като коефициент пред променливата се записва максималната честота на въвеждане на

поръчката:

=jwi

wutj

t

CMinZ

maxза i = 1 до n, (3.3)

където: maxjZ е максимална честота на въвеждане детайлите от поръчката, като трябва да се

отчете, че максималната честота на въвеждане на поръчката не може да бъде по-голяма

от размера на поръчката: maxjZ <= Nj ,бр.;

Cwut - ефективен фонд време на uтия

модул от wтия

вид за ртия

микропериод, мин.;

tjwi - време за осъществяване на iтата

операция над jтата

партида на wтия

вид модул, мин.;

n - общ брой на технологичните операции за jтата

партида.

За записването на ОУ втори тип се развива формула (1.7), като ограничителните

условия са равни по брой на микропериодите от детайлния хоризонт (h) умножени по броя на

модулите (u). Последователно записани, ограниченията по микропериоди изглеждат така:

ОУ втори тип, първи микропериод

111Cjr1.Vj11.tjmaxZJ

1j

1R

1r<=∑

=∑=

121Cjr1.Vj11.tjmaxZJ

1j

2R

1r<=∑

=∑=

...

,wu1Cjr1.Vjw1.tjmaxZJ

1j

uR

1r<=∑

=∑= (3.4)

където: J е общ брой на поръчките;

Ru - брой на технологичните маршрути с първа позиция n-ти модул;

w - брой на видовете модули;

u - общ брой на модулите.

В настоящия труд авторът, за яснота, приема номерирането на отделните модули да

следва обща последователност, без номерирането да започва от номер 1 за всеки вид модули.

ОУ втори тип, втори микропериод:

112

J

1j

J

1j

R

1rjr1j12jmax

R

1rjr2j11jmaxjr1j11j

J

1j

R

1r

CV.t.ZV.t.Z.V.tZ211111

<=++ ∑ ∑ ∑∑∑ ∑= = === =

122

J

1j

J

1j

R

1rjr1j12jmax

R

1rjr2j11jmaxjr1j11j

J

1j

R

1r

CV.t.ZV.t.Z.V.tZ221212

<=++ ∑ ∑ ∑∑∑ ∑= = === =

…

wu2

J

1j

J

1j

R

1rjr1jw2jmax

R

1rjr2jw1jmaxjr1jw1j

J

1j

Ru

1r

CV.t.ZV.t.Z.V.tZ2u1u

<=∑ ∑ ∑+∑+∑ ∑= = === = , (3.5)

където: R1n е брой на маршрутите с n-ти модул на първа позиция;

Първото събираемо включва транспортните партиди за обработка на nтия

модул, чиято

обработка е започнала в първи микропериод и във втори продължава, ако частта от поръчката,

предвидена за обработка по този маршрут не е приключена през първи микропериод. Zj е

оставащата за обработка част от партидата, която може да има стойност не по-голяма от Zjmax.

Второто събираемо включва транспортните партиди за обработка на nтия

модул, чиято

обработка започва във втори микропериод и nтия

модул е първи в технологичната им

последователност. Третото събираемо включва транспортните партиди за обработка на nтия

модул, чиято обработка е започнала в първи микропериод и nтия

модул е втори в

технологичната им последователност.

ОУ за всеки следващ микропериод (р) от хоризонта на детайлно планиране (h) се

записват аналогично. При практическата реализация на модела, авторът намира за по-

18

прегледно ОУ от втори тип да се записват по модули, а не по микропериоди. Това ще улесни

проследяването на движението на партидите за всеки модул по микропериоди.

Ефективният фонд време на всеки вид АТМ (ОУ от трети тип) е равен на ефективния

фонд време на типопредставителя, умножен по броя на взаимозаменяемите модули от

съответния вид. Необходимо е да се сумират всички променливи (Х ≡ Wjp), съдържащи

съответния вид модул, за всеки микропериод от хоризонта на агрегатно планиране и да се

проследи дали предвидената работа не превишава капацитета за вида модули. Тъй като

натоварването на видовете модули се определя за периодите в интервала между хоризонта на

детайлно и агрегатно планиране, съответно и ограниченията ще бъдат записани само за тях.

За записването на ОУ от трети тип се развива формула (1.4), като ограничителните

условия са равни по брой на микропериодите от агрегатния хоризонт (h<р<=Н), умножени по

броя на видовете модули (w). Последователно записани, ограниченията по периоди изглеждат

така:

За първия микропериод от хоризонта на агрегатно планиране (h+1):

1)1(h1)j(hj11

J

1jjmaxjrpj1ij

J

1j

R

1r

h

1p

AC.Wt.Z.V.tZ ++== = =

<=+ ∑∑ ∑ ∑

1)2(h1)j(hj21

J

1jjmaxjrpj2ij

J

1j

R

1r

h

1p

AC.Wt.Z.V.tZ ++== = =

<=+ ∑∑ ∑ ∑

…

1)w(h1)j(hjw1

J

1jjmaxjrpjwij

J

1j

R

1r

h

1p

AC.Wt.Z.V.tZ ++== = =

<=∑+∑ ∑ ∑ (3.6)

Първото събираемо представлява останалите за обработка детайли от микропериодите

на детайлно планиране за всеки от видовете модули, а второто – детайлите, които ще започнат

да се обработват в първия микропериод от хоризонта на агрегатно планиране.

За втория микропериод от хоризонта на агрегатно планиране (h+2):

2)1(h2)j(hj11

J

1jj1)j(hj12

J

1jjmax1)j(hj11

J

1jjjrpj1ij

J

1j

R

1r

h

1p

AC.Wt.Z.Wt.Z.Wt.Z.V.tZ ++=

+=

+== = =

<=+++ ∑∑∑∑∑∑

2)2(h2)j(hj21

J

1jj1)j(hj22

J

1jjmax1)j(hj21

J

1jjjrpj2ij

J

1j

R

1r

h

1p

AC.Wt.Z.Wt.Z.Wt.Z.V.tZ ++=

+=

+== = =

<=+++ ∑∑∑∑∑∑

…

2)w(h2)j(hjw1

J

1jj1)j(hjw2

J

1jjmax1)j(hjw1

J

1jjjrpjwij

J

1j

R

1r

h

1p

AC.Wt.Z.Wt.Z.Wt.Z.V.tZ ++=

+=

+== = =

<=∑+∑+∑+∑∑∑ (3.7)

За останалите микропериоди от хоризонта на агрегатно планиране се записват

аналогично условията за всеки вид модули.

Стъпка 2: Оформяне на оптимизационната задача в удобен за изчисляване вид

След записване на оптимизационната задача се оформя двумерен масив, представляващ

симплекс таблица, за получаване на календарния план. Масивът се оформя по стандартен

начин, а именно:

1) в най-лявата колона се попълват поредните номера на променливите от целевата

функция;

2) в най-дясната колона – коефициентите пред променливите в целевата функция;

3) на най-долният ред се записват десните страни на равенствата или неравенствата от

ограничителните условия. Където ограничителното условие е равенство, това се отбелязва в

първият ред на масива, в колоната с равенство;

4) попълват се вътрешните колони като във всяка клетка от колоната се записва

коефициентът пред променливата стояща в началото на реда.

4. Проверка за спазване на ограничителните условия за приложимост на ВКПС

19

Пресмята се интегрирания коефициент на готовност за приложение на ВКПС (форм.

2.5). При стойност на Кг по-голяма 0.7, се преминава към следващата стъпка от модифицирания

алгоритъм.

5. Осъществяване на статично оценяване Статичното оценяване дава възможност за допълнителна проверка на възможността

планираните партиди да бъдат обработени в рамките на плановия период (смяна).

Последователността на изчисленията е:

Стъпка 1: Изчислява се сумарната трудопоглъщаемост на технологичните операции,

разпределени по видове модули, като произведение на броя детайли от всяка партида и времето

им за обработка от съответния вид модули:

∑=

∑=

=I

1ijwit.jN

J

1jwT

, (3.8)

където: Тw e трудопоглъщаемост на операциите, предвидени за изпълнение на wтия

вид модули,

мин.;

Nj – големина на jтата

партида, бр.;

tjwi – трудопоглъщаемост на iтата

операция от jта

партида, изпълнявана на wтия

вид

модули, мин.

Стъпка 2: Изчислява се ефективния фонд на всеки от видовете модули за един

микропериод, като произведение на броя на машините в съответния модул и избраната

продължителност на микропериода: pwNwAC = , (3.9)

където: АСw е ефективен фонд на wти

вид модули за един микропериод, мин.;

Nw - количество на еднаквите машини в състава на wтия

вид модули, бр.;

р - продължителност на микропериода, мин.

Стъпка 3: Изчислява се теоретичния минимум на микропериодите, необходими за

обработка на всички партиди, като:

( )w,AC

TmaxP

w

wtmin ∀

=

(3.10)

където: tminP e теоритичен минимум на необходимите микропериоди, бр.

6. Осъществяване на стoхастично оценяване

Стохастичното оценяване има за цел да даде информация за микропериодите на

започване и завършване на обработката на всяка партида от приоритетния списък за първия

планов период (смяна). Т.е. целта е да се състави календарен план за обработка на партидите.

Съставянето на календарния план се изразява в намирането на решенията на записаната в края

на стъпка две от блок „Обработка на данните” симплекс таблица.

Оптимизационната задача се решава на три етапа като на първия се елиминират

ограничителните условия, представляващи уравнения, а на следващите два етапа се решава

стандартна задача за намиране на минимум. В случая под обща задача за намиране на минимум

разбираме задача от типа:

Намeрете xi , i = 1,…, m за минимизиране на xtb при следните ограничителни условия:

∑ ==

m

1ijiji c.ax за j=1,….,L

∑ ≥=

m

1ijiji c.ax за j=L+1,…..,n

0x i ≥ за i = 1,.....,m (3.11)

Дефиницията за обща задача допуска възможност и за отрицателни стойности на х, но в

конкретния случай (при избрания модел на задачата) няма такива. L е общия брой партиди.

Равенствата в ограничителните условия идват от изискването партидите да се обработят, т.е

сумата на всички части от една и съща партида трябва да бъде равна на 1.

Първият етап на решаването на задачата представлява последователна обработка на

симплекс таблицата с пивоти, намиращи се в колоните, съдържащи уравнения. След тяхното

20

отстраняване решаването продължава по стандартен ред [40] – втори етап - отстраняване на

отрицателните стойности в най-дясната колона на масива и трети – отстраняване на

отрицателните стойности в последия ред на масива. Алгоритмите за всеки от етапите са

подробно описани в [40], използват се без промяна, поради което авторът счита за излишно

навлизането в детайлите им тук.

За получените решения следва да се намерят значимите, т.е тези, при които частта от

поръчка (X≡Vjrp) е поне една бройка. Т.е:

Xi е решение, ако 1X

N

i

j≥ за всяко i,j

След определяне на значимите, решенията се закръгляват към цяло число бройки и се

съставят календарните планове. Последните трябва да съдържат информация за:

- от коя партида са детайлите предвидени за обработка във всяка ВК;

- големина на частта от партидата, която ще се обаботва във всяка ВК;

- транспортна партида (максимална възможна честота на въвеждане);

- ВК (маршрут);

- начален и краен микропериод на обработката.

Със съставянето на календарния план приключва стохастичното оценяване. Като

резултат се получават циклите на обработката на партидите във ВКПС.

7. Осъществяване на динамично оценяване

Последното и най-интересно оценяване е динамичното оценяване. При него се

симулира работата на ВКПС за механична обработка.

Същността на симулирането се състои в задаването на ограничение по отношение на

използваните модули – възможни аварии с вероятност за настъпване 10% и очаквана

продължителност на работите по отстраняването, равна на един микропериод (15 мин.). За

целта на настоящия труд авторът счита, че е допустимо да се приеме опростяването, че при

настъпване на авария в даден модул, същият не е достъпен за целия микропериод на настъпване

на аварията, без значение в кой точно момент на микропериода е настъпила.

Последователността на работа е както следва:

- определя се натоварването на всеки модул, за всеки микропериод от детайлния

хоризонт, без да се отчитат аварии;

- с помощта на генератор на случайни числа се определя дали, кога и в кой модул ще

настъпи авария;

- определя се натоварването на всеки модул, за всеки микропериод от детайлния

хоризонт с отчитане на възникнали аварии;

- съставя се таблица на всички партиди, закъсняващи поради аварии;

- прави се проверка дали за една и съща партида няма аварии на повече от един модул и

ако има се обобщават авариите и се изчислява общото закъснение;

Стъпка 1: Натоварването по модули за всеки микропериод без отчитане на аварии се

изчислява по следния начин:

- създава се двумерен масив, в който ще се записва натоварването по модули за всеки

микропериод. Координатите за всяко натоварване в масива са микропериод (от 1 до h) и

индивидуален номер на модула;

- за всеки ред от таблицата с календарния план за обработване на партидите се отнасят

натоварванията по модули и микропериоди, като се отчита броя на транспортните партиди, от

които е съставена всяка част от партидата, т.е всеки ред от таблицата с календарния план.

Натоварването за всеки модул се изчислява по следния начин:

∑=

=J

1jзап

u

ujujup up

k.c

N.tT

1kupзап = при 11i

N

N0

uj

об ≥−−

21

−−= 1i

N

Nk 0

uj

обзапup

при ( )0,11iN

N0

uj

об ∈−−

0kupзап = при 01i

N

N0

uj

об ≤−− , (3.12)

където: Тup е натоварването на uтия

модул през pтия

микропериод от детайлния хоризонт;

tuj – времето за обработка на един детайл от jтата

партида на uтия

модул, мин.;

Nuj – брой на детайлите от транспортната партида;

upзапk - коефициент на запълване (изпълнение) на транспортната партида за u

тия модул

през pтия

микропериод – смисълът на коефициента е да се отчете възможността за непълна

последна транспортна партида по зададения маршрут;

Nоб – общ брой на детайлите, предвидени за обработка по съответния маршрут, бр.;

Cu - капацитет на uтия

модул в минути;

i0 – поредния период от започване на партидата на съответния uти

модул.

Стъпка 2 - с помощта на генератор на случайни числа се определя дали, кога и в кой

модул ще настъпи авария. Алгоритъмът е следният:

- създава се двумерен масив (матрица) с размерност по x – броят на микропериодите от

хоризонта на детайлно планиране и по y – броят на модулите. Матрицата има вида:

huuuu

h

h

h

aaaa

aaaa

aaaa

aaaa

...

...............

...

...

...

321

3332313

2322212

1312111

За всяко „а” се задава стойност в интервала от 1 до 100 включително, с помощта на

генератор на случайни числа. Тъй като вероятността за настъпване на авария е 10% , авария е

настъпила ако стойността записана за „а” е в границите на интервал от произволно избрани

десет числа в границите от 1 до 100. Авторът избира интервала 41-50. Тогава ако стойността на

[ ]50;41∈pu

a следва, че в u

тия модул е настъпила авария през p

тия микропериод. Получената

матрица ще се нарича матрица на авариите.

Стъпка 3 - определя се натоварването на всеки модул, за всеки микропериод от

детайлния хоризонт с отчитане на възникнали аварии по следния начин:

- прави се проверка на матрицата на авариите за всеки модул по микропериоди;

- за всеки pти

микропериод, в който модулът аварира:

Тu(p+1)=Tup и Тup = 0 (3.13)

- прави се проверка на всички записани за изпълнение маршрути (ВК). Ако авариралият

модул участва в някой от маршрутите, се променя натоварването на всички модули от

съответния маршрут (ВК), след авариралия, като тяхното натоварване се намалява с:

1)(u

uj1)j(u1)1)(p(u1)1)(p(u

c

.NtTT

+

+++++ −=

(3.14)

където: Т(u+1)(p+1) е натоварването на (u+1)вия

по ред модул от маршрута на j

тата партида през

(p+1)вия

микропериод.

Аналогично, ако след (u+1)вия

модул в състава на марщрута има още модули, за всеки

следващ ще се добавя единица към поредния номер на модула в маршрута и съответно към

поредния номер на микропериода.

Стъпка 4: Съставя се таблица на всички партиди, закъсняващи поради аварии:

- проверяват се всички маршрути (ВК) по микропериоди и всеки, в състава на който е

включен аварирал модул, се записва в нова таблица. Таблицата има същата структура като

таблицата с календарните планове. Стойностите за всяка колона от таблицата се приписват без

изменение, с изключение на колоната за край на обработките. Нейното съдържание се

22

увеличава с 1. Този начин на записване предполага, че ако в маршрута на една и съща партида

има два или повече аварирали модули, то и в новата таблица ще има една и съща партида

няколко пъти. Това налага осъществяването на стъпка 5.

Стъпка 5: Новата таблица се проверява ред по ред за повторение на маршрутите. Ако

се открие повторение единият от повтарящите се редове се изтрива, в полето „край на

обработките” на другия се добавя единица.

С изпълнение на стъпка 5 приключват дейностите по динамично оценяване на

приложимостта на ВКПС. В резултат се получават данни за:

1) натоварване на модулите без отчитане на аварии – по индивидуален номер на

модулите и по микропериоди;

2) настъпили аварии по индивидуален номер на модулите и по микропериоди –

записани в матрица на авариите;

3) начален и краен микропериод на обработката на партидите, предвидени за обработка

в рамките на хоризонта на детайлно планиране;

4) натоварване на модулите с отчитане на настъпилите аварии;

5) данни за обработените частично в рамките на хоризонта на детайлно планиране

партиди и съответно за оставащите за обработка партиди или техни части.

Практически, блокове динамично и стохастично оценяване трябва да се изпълнят

толкова пъти, колкото е необходимо за приключване на обработката на всички партиди. Броят

на итерациите зависи пряко от избора на микропериодите в хоризонта на детайлно планиране.

При по-голям брой на микропериодите моделът става по-малко чувствителен към промени в

производствените условия.

В трети параграф е обоснована необходимостта и е разработен компютъризиран

вариант на методическия подход за оценяване приложимостта на ВКПС за механична

обработка.

Практическото прилагане на методическата последователност е почти невъзможно без

използване на специално създаден за целта софтуер, поради необходимостта от обработване и

съхранение на голям обем информация. Изпълнението на алгоритъма изисква използването на

програми за:

1) решаване на оптимизационната задача по съставяне на календарните планове;

2) съхранение на данните, получени след всяка от итеративните обработки;

3) генериране на величините със случаен характер на изменение, използвани при

динамичното оценяване.

Самият алгоритъм на работа предвижда няколко итерации, което допълнително

усложнява обработката и систематизирането на данните при използване на множество

универсални продукти. Създаването на специална програма ще доведе до значително

съкращаване на необходимата ръчна обработка на данните и резултатите за всеки етап от

дейностите. С тази цел беше разработен специализиран програмен продукт.

Структура на програмния продукт При създаването на програмния продукт е следван стремежът за максимално удобство

при използването му без задължително, стриктно следване на обособените в показания в т. 2.4

модифициран алгоритъм на оценяване на практическата приложимост на ВКПС, блокове.

Обособен е, отделен от програмен модул „Стохастично оценяване”, програмен модул „Линейно

програмиране”. Наличието на такъв е продиктувано от широката приложимост на метода за

решаване на оптимизационни задачи. По този начин, модулът може да бъде включен в състава

на произволна, написана на същия език програма.

Разработеният софтуерен продукт включва следните програмни модули:

1) основни модули:

а) въвеждане на данни;

б) обработка на данните;

в) ограничителни условия;

г) статично оценяване;

д) стохастично оценяване;

е) динамично оценяване.

2) допълнителни модули:

23

а) линейно програмиране;

б) пространствено изграждане.

Всеки от описаните по-горе програмни модули е достъпен от основното меню на

програмата (фиг. 3.1).

Фиг. 3.1. Основно меню на програмата

Най-съществени са модули „стохастично оценяване” и „динамично оценяване”, поради

тяхната сложност и значение за цялостното приложение на методическия подход.

Обобщено, в трета глава е разработен методически подход за приложение на ВКПС в

индустриалните предприятия като са използвани изведените в глава втора теоретични

постановки. Постигнато е следното:

1. Разработен е методически подход за оценяване на приложимостта на ВКПС за

механична обработка на основата на модифициран алгоритъм и е изяснена методическата

последователност на дейностите по оценяването й.

2. Обоснована е необходимостта и е разработен програмен продукт за приложение на

методическия подход за оценяване приложимостта на ВКПС за механична обработка.

ГЛАВА ЧЕТВЪРТА: ЕКСПЕРИМЕНТИРАНЕ НА МЕТОДИЧЕСКИЯ ПОДХОД ЗА

ПРИЛОЖЕНИЕ НА ВКПС ЗА МЕХАНИЧНА ОБРАБОТКА С ПОМОЩТА НА

СПЕЦИАЛИЗИРАН СОФТУЕР.

В първият параграф е описана предварителната информация за разглежданата

производствена система.

За доказване на работоспособността на методиката за оценяване на приложимостта на

ВКПС за механична обработка е необходимо да се направи апробиране при максимално близки

до реалността производствени условия. Апробиране в реално производство не е възможно

поради липса на проектирана или проектираща се система от този вид в нашата страна. Затова

данните за изследваната ВКПС и за партидите са взети от литературен източник. Изследваната

ВКПС има следите параметри:

1) видове модули – 4, съответно означени с А, B, C и D;

2) брой на модулите от всеки вид:

- вид А – 2 модула;

- вид B – 3 модула;

- вид C – 2 модула;

- вид D – 2 модула.

24

Общия брой на модулите е 9.

3) брой на машините, групирани в състава на всеки вид модул:

- вид А – 2 машини;

- вид B – 3 машини;

- вид C – 2 машини;

- вид D – 1 машина.

4) приоритетен списък на партидите, предвидени за обработка през първия планов

период (смяна), с големините им и технологичните им маршрути са представени са в табл. 4.1.

Табл. 4.1: Списък на партидите за обработка [37]

Код на партидата Големина на

партидата [бр.]

Технологичен

маршрут

Нормовремена на

операциите [мин./бр.]

1111 13 C,A 5,4

2222 8 A,B,C 7,9,2

3333 17 A,B,C 5,10,7

4444 21 B,C,D 9,4,4

5555 78 B 5

6666 32 C,B 4,9

Целта на автора е да се осъществят необходимите подробни пресмятания по всички

точки от методиката, да се направи предварителна оценка по ограничителни условия, да се

постигне оптимално разположение на модулите, да се състави календарен план за обработката

на партидите във ВКПС и да се симулира поведението на системата за микропериодите в

рамките на хоризонта на детайлно планиране, с отчитане на въздействието на случайни

събития.

В следващите параграфи последователно са описани действията по апробиране на

програмните модули на разработения софтуерен продукт, в ред следващ логиката на

методическата последователност за приложение на ВКПС за механична обработка, а именно:

1. Въвеждане на данни

За започване на обработките трябва да бъдат въведени входни данни.

Програмният модул „Въвеждане на данни” изисква информация за:

1) планираните за обработка партиди, т.е трябва да бъде съставен приоритетен

списък на партидите за обработка през първия планов период (смяна);

2) видовете модули и броят им от всеки вид във ВКПС за механична обработка.

Приоритетният списък на планираните за обработка партиди във ВКПС през първия

период (смяна) е зададен в табл. 4.1. Следователно съставянето му отпада за конкретното

апробиране.

Програмният модул „Въвеждане на данни” предоставя възможност за ръчно задаване на

данните за обработваните партиди и на параметрите на изследваната ВКПС. За илюстриране на

възможностите са използвани данните от литературен източник. На фиг. 4.1 е показан общия

вид на този програмен модул, като табл. 4.1.1 съдържа данни за обработваните партиди, а табл.

4.1.2 съдържа данни за модулите на ВКПС. Вторите цифри в трицифрените означения на

таблиците в тази глава оттук нататък показват номера на съответните програмни модули които

са използвани за съставянето им.

2. Пространствено изграждане След въвеждане на данните за партидите и модулите се налага да се определят

разстоянията между всяка двойка модули на ВКПС. Разстоянията между модулите в

използвания литературен източник [37] са зададени илюстративно, без да е изяснен методът за

разполагането им. ВКПС е изградена, без да бъде спазен принципа на равнопоставеността.

Затова авторът избра при апробирането да бъде изпълнен програмен модул „Пространствено

изграждане” и след това, с получените коректни разстояния между модулите да бъде

осъществено оценяването на приложимостта на ВКПС.

Програмният модул „Пространствено изграждане” предоставя възможност за

разполагане на модулите на предварително уточнена площадка. В конкретния случай

25

площадката е с размери 3 на 3 позиции. За всяка от позициите се определя числова

характеристика по начина, описан подробно в [11]. Вариантите на разположение на модулите

Фиг.4.1. Въведени данни за партидите и модулите

за разглеждания пример са показани в Приложение 2.7 на дисертационния труд. Резултатите от

пространственото изграждане са показани на фиг. 4.2.

Фиг. 4.2. Резултати от пространственото изграждане на ВКПС

Разстоянията между модулите се определя в условни единици (УЕ), по следния начин:

1) разстояние между два модула в непосредствена близост без значение дали са

в съседство по x,y или диагонално – 1 УЕ;

2) разстояние между най-отдалечените модули, намиращи се в краищата на

диагоналите на площадката – 3 УЕ;

3) разстояния между всички модули, непопадащи в горните случаи – 2 УЕ.

Разстоянията между отделните модули съгласно избрания вариант на пространствено

разположение са показани в табл. 4.2.

В програмен модул „Пространствено изграждане” е включена табл. 4.2.1, която дава на

потребителя достъп до файла с данни за модулите във ВКПС. Първите три колони от таблицата

се попълват автоматично от програмата, с въведените данни от табл. 4.1.1 (виж програмен

26

модул „Въвеждане на данни” – фиг. 4.1). Това е много удобно, тъй като дава възможност

директно да бъдат въвеждани данните за разстоянията между машините в колони от 4 до 12

(табл. 4.2.1). При затваряне на програмния модул „Пространствено изграждане”, данните от

табл. 4.2.1 се съхраняват във файл и са достъпни за всички модули на програмата.

Табл. 4.2: Разстояния между модулите в УЕ

От

Към

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 0 2 1 2 1 1 2 1 1

2 2 0 2 2 3 1 1 1 2

3 1 2 0 3 2 1 2 1 2

4 2 2 3 0 2 2 1 1 1

5 1 3 2 2 0 2 2 1 1

6 1 1 1 2 2 0 1 1 2

7 2 1 2 1 2 1 0 1 1

8 1 1 1 1 1 1 1 0 1

9 1 2 2 1 1 2 1 1 0

3. Обработка на въведените данни Програмният модул „Обработка на въведените данни” предоставя възможност за

съставяне на оптимизационната задача, с която се определят поредността, ВК (маршрутите) и

големината на подпартидите за обработка на партидите от въведения приоритетен списък. На

фиг.4.3 е показан общия вид на модула, като табл. 4.3.1 и табл. 4.3.2 съдържат данните за

партидите и за модулите, попълнени в предходните два програмни модула.

Фиг.4.3. Обработка на въведените данни

Потребителят въвежда данните от табл. 4.3.1 в масив от тип запис (Delphi - record) чрез

натискането на бутон „1. Въведи данни за партидите”. Предпочетено е данните за партидите да

се обработват в такъв масив от данни, а не директно в таблицата, за удобство при

програмирането.

Натискането на бутон „2. Въведи данни за модулите” въвежда данните от табл. 4.3.2 в

друг масив по аналогичен начин. При именуването на бутоните в програмен модул „Обработка

на въведените данни” е използвано номериране за улесняване на работата на потребителя.

Самата номерация „насочва” потребителя към правилната последователност на работа.

Следването на тази последователност е необходима поради началната инициализация на

масивите с данни. Първоначално всички използвани в изчисленията стойности са равни на 0,

27

независимо, че таблицата е запълнена. Стойностите в таблицата са запаметени при последната

работа с нея, но това няма връзка с работните масиви от данни.

Задаването на данни в програмен модул „Обработка на въведените данни” приключва

със задаването на данни за файла с описание на променливите от целевата функция.

Програмният модул изисква сериозно внимание от страна на потребителя, поради

необходимостта от коректно задаване на данните за партидите и модулите.

4. Задаване на ограничителни условия за приложимост на ВКПС В примера за ограничителните условия по отношение на гъвкавостта на машините е

прието на този етап да се отбелязва достатъчност (кодира се като 1 – недостатъчна гъвкавост, 2

– достатъчна гъвкавост).

Програмата позволява това да се коригира, при натрупване на повече статистически

данни и да се работи със стойности (специфична гъвкавост на машините), по описания в т. 2.2

начин. В програмния модул е предвидено филтриране на въвежданите символи, което

позволява въвеждането само на валидни стойности за параметрите. При въвеждане на

невалиден символ се извежда допълнително меню с информация за допустимите стойности.

Последно, при избор на бутон „Проверка за ограничителни условия” се прави проверка на

полетата и ако всички са попълнени се извежда становище относно приложимостта на ВКПС.

Програмният модул „Ограничителни условия” е показан на фиг. 4.14.

Фиг. 4.14. Въведени ограничителни условия

5. Статично оценяване Програмен модул „Статично оценяване” е показан на фиг. 4.15.

Фиг.4.15. Резултати от статичното оценяване

28

Извършено е сумиране на натоварването за зададените партиди по видове модули и е

пресметнат теоретичния минимум от микропериоди, необходими за приключването им.

Изчисленията се извършват автоматично без участието на потребителя. Полученият резултат за

минимален брой микропериоди (11,21), необходими за обработката на всички партиди (6)

показва, че предвидените за обработка през първият планов период детайли могат да бъдат

приключени в срок, тъй като плановият период (смяна) включва 32 микропериода (8 раб. часа х

4 микропер.). В табл. 4.5.1 и 4.5.2 отново са изведени данните от файловете за партидите и

модулите (същите данни като в табл. 4.3.1 и 4.3.2 от програмен модул „Обработка на

въведените данни”) с цел улесняване на потребителя.

6. Линейно програмиране Оптимизационната задача се решава на три етапа като първо се елиминират

ограничителните условия представляващи уравнения, а след това, на два етапа се решава

стандартна оптимизационна задача (т. 3.2.4).

Дефиницията за обща задача допуска възможност и за отрицателни стойности на х, но в

конкретния случай нямаме такива. Стойността на L (форм. 3.11) в описания пример е 6. Оттук и

първият етап на решаването на задачата представлява последователна обработка на симплекс

таблицата с пивоти намиращи се в колоните съдържащи в първи ред 30000. След тяхното

отстраняване решаването продължава по стандартния ред. Общият вид на резултатите е

показан на фиг. 4.16.

Фиг. 4.16. Резултати от линейното програмиране

В табл. 4.6.1 са показани входните данни за програмния модул. Съдържанието й

съответства на данните от табл. 4.3.4 на програмен модул „Обработка на въведените данни”. В

табл. 4.6.2 се записва решената симплекс таблица на оптимизационната задача. Решенията на

задачата се намират в колони, стйността на първия ред на които започва с цифрата 1.

Прозорецът съдържащ таблицата има хоризонтален и вертикален „scroll bar”, което

позволява да се разгледат всички колони, съдържащи решения на задачата.

В табл. 4.6.3 са извадени от симплекс таблицата всички решения на оптимизационната

задача, за улеснение на потребителя. Виждат се няколко решения. До променливите,

представляващи решение на задачата се изписват конретните им стойности, изведени от дъното

на табл. 4.6.2. Физически, стойността на всяка променлива показва големината на подпартидата

(частта), която следва да се обработи по зададените чрез променливата партида, маршрут и

начален микропериод.

7. Стохастично оценяване Резултатите от стохастичното оценяване са показани на фиг. 4.17.

29

Избрани са конкретни маршрути (ВК) само за партидите, чиято обработка започва през

първите 4 микропериода, т.е. за хоризонта на детайлно планиране. Означенията за ВК

(маршрути) включват индивидуален номер на модул, който е избран от съответните видове

модули, както следва:

- вид А – модули с индивидуални номера 1 и 2;

- вид В – модули с индивидуални номера 3, 4 и 5;

- вид С – модули с индвидуални номера 6 и 7;

- вид D – модули с индивидуални номера 8 и 9.

Необходимо е още да се уточни, че броят на машините, включени в състава на всеки

вид модули е различен, което води до различен капацитет (ефективен фонд време) за отделните

микропериоди. В модулите от вид А са вградени 2 машини, т.е. ефективният фонд време на

модула е 30 минути за всеки микропериод. Вид В - 3 машини и 45 мин., С - 2 машини и 30 мин.

и D - 1 машина и 15 мин.

Фиг. 4.17. Резултати от стохастичното оценяване

Показаният в табл. 4.7.3 календарен план следва да се разчита (за произволна партида)

така:

Партида „3333” се разделя на три подпартиди с големини съответно 5 детайла (5ти

ред

от плана), 3 детайла (6ти

ред от плана) и 9 детайла (7ми

ред от плана). Седми ред от плана

предвижда започване на обработката на 1вата

бройка от подпартидата през трети микропериод

на 1ви

модул. Същият детайл следва да се обработи през четвърти микропериод на 3ти модул и

през пети микропериод на 6ти модул. Обработката на подпартидата ще завърши с обработката

на последната й транспортна партида (с големина 1 детайл) на 6ти

модул през 13ти микропериод.

Календарният план се тълкува по-същия начин за всички останали подпартиди.

Последните две подпартиди (от партида „6666”) нямат определена ВК (маршрут), тъй

като обработката им ще започне в микропериод извън хоризонта на детайлно планиране.

8. Динамично оценяване Резултатите от динамичното оценяване са показани на фиг. 4.18. Използвани са 8

прозореца за визуализиране на необходимите данни и 5 функционални бутона за стартиране на

процедурите по различните обработки. Табл. 4.8.1, 4.8.2 и 4.8.3 визуализират входните данни от

съответно табл. 4.7.3 (календарният план), табл. 4.1.1 (данните за партидите) и табл. 4.1.2

(данните за модулите) и се явяват помощни за оценяването, т.е. улесняват потребителя при

тълкуването на данните, които се генерират от самия програмен модул. Всеки от прозорците е

обозначен.

Натоварването по модули за всеки период се визуализира в долния ляв прозорец, след

избор на функционален бутон „Изчисли натоварването за всеки модул (без аварии)”.

За илюстрация нека определим натоварването на модули 1,3 и 6 за четирите периода

на детайлния хоризонт на планиране, определени от седмия ред на таблицата с

календарния план, т.е от първата подпартида на партида „3333”. От табл. 4.8.1 - „Календарен

30

план” се вижда, че поръчката е с код „3333”, подпартидата е с големина 9 бр., транспортната

партида е 1 бр., обработката започва през 3ти

микропериод.

Натоварването осигурено от тази подпартида за трети и четвърти микропериод по

модули е следното:

Т31 = 1.5.1/30 = 0,17;

Т41 = 1.5.1/30 = 0,17;

Т43 = 1.10.1/45 = 0,22.

Фиг. 4.18. Резултати от динамичното оценяване

Модул 6 няма натоварване от този ред на календарния план, тъй като обработката на

подпартидата на 6ти модул следва да започне в пети микропериод, който е извън хоризонта на

детайлно планиране. Изчислените стойности са само за натоварването на съответните модули

от първата подпартида на партида „3333”.

Натоварването по модули от този ред на плана (1ва подпартида на партида „3333”) за 1

ви

и 2ри

микропериоди, за 1ви

модул, както и за 1ви

, 2ри

и 3ти

микропериоди, за 3ти

модул е нула, тъй

като обработката започва в 3ти микропериод.

Изчисленото натоварване от програмата е показано в Приложение 1.5.1 на

дисертационния труд.

Натоварването с отчитане на аварии се получава като за периода, в който конкретният

модул има авария се отчита нулево натоварване, а следващите се записват с един период

закъснение. Натоварването с отчитане на авариите е показано в Приложение 1.5.2.

Бутон „Покажи кога ще бъдат приключени партидите, ако има аварии” извежда

партидите по маршрути, за които се е случила авария и отбелязва приключване на съответната

партида с един период по-късно. Алгоритъмът не прави проверка дали съответната партида е

вече отбелязана като закъсняваща с един период. Т.е. една и съща партида, по един и същ

маршрут може да бъде отбелязана два или повече пъти, като за всяко отбелязване за нея ще се

запише един и същ период на приключване. Изчистването на дублиранията не се прави

директно поради спецификата на работа с данни от тип “cds”. От техническа гледна точка е по-

лесно да се направи отделен бутон „Изчисти дублиращите се партиди с аварии”, който да

направи проверка за дублирания, да коригира периодите на приключване на дублиращите се

партиди и да запише данните в нов файл от тип “cds”.

В глава четвърта са постигнати следните резултати:

1. Експериментиран е методическия подход за приложение на ВКПС за механична

обработка в индустриалните предприятия чрез решаване на конкретен пример.

2. Полученият план на разположение на модулите, календарен план за обработка на

партидите и натоварването на машините показват възможностите на разработения програмен

31

продукт в интегрирането на основните методики за прилагането на ВКПС – методиката за

пространствено изграждане и методиката за производствен мениджмънт.

3. Сроковете за приключване на обработката на партидите с отчитане на аварии

показват възможностите на динамичното оценяване за отразяване на реално съществуващи в

практиката ситуации при симулиране работата на ВКПС.

4. Показана е работоспособността на разработения програмен продукт.

III. ОСНОВНИ РЕЗУЛТАТИ И ПРИНОСИ НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

1. Дефинирани са факторите, влияещи на прилагането на ВКПС за механична

обработка в практиката. Определени са количествени показатели за отчитане на влиянието на

всеки от факторите.

2. Определени са допустими минимални стойности за количествените показатели,

дефиниращи ограничителните условия за приложение на ВКПС за механична обработка в

индустриалните предприятия на база специфичните особености на ВКФОП. Въведен е

интегриран показател на готовност за въвеждане на ВКПС за механична обработка.

Определени са гранични стойности на интегрирания коефициент за различните степени на

готовност на съществуващите системи за механична обработка към реорганизация във ВКПС.

3. Разработен е модифициран алгоритъм, използващ подхода за статично, стохастично

и динамично оценяване приложимостта на ККПС, за оценяване на приложимостта на ВКПС за

механична обработка. Включени са нови блокове, чрез които се реализира използването на

методите за пространствено изграждане и производствен мениджмънт на ВКПС за механична

обработка.

4. Разработен е методически подход за приложение на ВКПС за механична обработка

в индустриалните предприятия на основа на модифицирания алгоритъм за оценяване

приложимостта на ВКПС. Изяснени са особеностите на статичното, стохастичното и

динамичното оценяване на пригодността на съществуващите производствени системи за

механична обработка към виртуално-клетъчната производствена концепция.

5. Създаден е софтуерен продукт, включващ програмни модули за изпълнение на

дейностите от предлагания методически подход. Разработеният продукт е апробиран с помощта

на данни от литературен източник, поради липса на проектирана или проектираща се ВКПС в

нашата страна.

IV. СПИСЪК НА ПУБЛИКАЦИИ ПО ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД

1. Даков, И. и П. Найденов. Влияещи фактори върху приложимостта на виртуално-

клетъчните производствени системи за механична обработка. –В: Сборник доклади от XI-та

международна научна конференция: “Мениджмънт и инженеринг`13”, Созопол, 23 -

26.06.2013 г.,ISSN 1310-3946.

2. Dakov, I. and P. Naydenov. Evaluating the Practical Applicability of Vertual Cellular

Manufacturing Systems for Mechanical Machining (Oценяване на практическата приложимост на

виртуално-клетъчните производствени системи за механична обработка). – In: Proceedings of

the III International Scientific Conference “Management of Technology – Step to Sustainable

Production” (MOTSP 2011), Bol, Brac, Croatia, 8-10 June 2011, pp. 136 - 147. ISBN 978-953-7738-

10-5.

3. Даков, И. и П. Найденов. Динамично оценяване на възможностите за практическо

приложение на виртуално-клетъчните производствени системи за механична обработка. –В:

Научни известия на НТС по машиностроене от IX-та международна научна конференция:

“Мениджмънт и инженеринг`11”, Созопол, 19 - 22.06.2011 г., год. ХIX, бр. 2 (122). С., НТС по

машиностроене, 2011, с. 192 - 201. ISSN 1313-7123.

4. П. Найденов. Оценка на приложимостта на виртуално-клетъчните производствени

системи за механична обработка, - „Индустриален мениджмънт”, II – 2013г. – приета за

отпечатване.

32

"METHODOLOGICAL APPROACH TO APPLICATION OF VIRTUAL CELLULAR

MANUFACTURING SYSTEMS IN INDUSTRIAL ENTERPRISES"

ANNOTATION

Virtual cellular manufacturing systems (VCMS) represent the first attempt to practical use of

the virtual approach in manufacturing of industrial enterprises. Through it is achieved the

necessary adaptation of the production system to the changing nomenclature and volume of

production while providing high performance. Therefore, virtual cellular manufacturing

systems significantly outperform traditional cellular manufacturing systems. The success of

the virtual-cell production systems in industrial plants is necessary to explore the basics of the

design and management, and justified from a theoretical point of view, the meaning of their

deployment. The literature lacks developed comprehensive methodological approach of the

practical application of virtual-cell production systems and evaluation of the expected benefits

of this implementation and detailed study of the factors that are expected to affect the success

of their application.

Object of study in this dissertation are virtual-cell production systems, the focus will be on

such for machining, for which there is the greatest scope for application in practice.

The study is focused on the basic theoretical and methodological issues related to the

application of virtual-cell manufacturing systems for machining in practice.

As a result, the study provides conclusions that are based on the objective of the thesis and

defines the main tasks to achieve it.

The aim of the thesis is based on the experience gained in assessing the applicability of

classical cellular manufacturing systems (CCMS) and the existing developments related to

spatial development of virtual cell manufacturing systems for their machining and

manufacturing, to develop a methodological approach, incorporating the fundamental steps of

the implementation in industrial enterprises, namely:

• Assessment of the possibilities for building virtual cell production system, taking into

account the specific circumstances of the case;

• Develop a plan for spatial development and selection of suitable practicable approach to

production planning;

• Study of the main production indicators designed virtual cell production system using

simulation;

• Analysis of the values of the studied main production indicators.

In fulfillment of the main tasks of the thesis is achieved as follows:

1. Defined are influencing factors on the applicability of VCMS in practice and are derived

quantitative indicators for their evaluation.

2. Restrictive conditions are determined to implement VCMS machining as justified and

specified minimum acceptable performance levels of the influencing factors in the

implementation of VKPS in existing enterprises and derives an integrated indicator of

readiness for the introduction of VCMS.

3. Clarified are the specific features of the static and dynamic stochastic evaluation of the

feasibility of VKPS machining in practice.

4. Developed is a methodological approach for evaluating the applicability of VKPS

machining based on the modified algorithm and clarify the methodological consistency of

evaluation activities.

5. The necessity is proven and the software has been developed for the application of the

methodological approach to assess the applicability of VCMS.

6. Experimented is the methodological approach for the application of virtual-cell

manufacturing systems for machining in industrial enterprises by addressing specific example.