СИНТЕЗ СТРУКТУРЫ СИСТЕМ ОПЕРАТИВНО-КАЛЕНДАРНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ

Синтез структуры любой сложной системы, исходя из принципа эмерджентности Эшби [304, 49], опирается на системный анализ проектируемой системы и заключается в придании системе функциональных свойств, присущих не только системе как объекту в целом, но также отра-жающих составляющие ее подсистемы.

модуль информационного обеспечения системы ОКП;

модуль предварительного планирования;

модуль формирования модели ОКП;

модуль планирования и формирования план-графиков работы оборудования;

модуль связи с системой САПР ТП;

модуль связи с системой диспетчирования;

модуль связи с системой управления.

Информационное А-обеспечение ^г

ЦПредварительное планирование

Связь с управлением

_—__

Связь с

диспетчиро

ванием

_±

Система ОКП

71

,?™Ь«, ^Планирование сСАПРТП |гт

о

Формирование модели ОКП

Рис.2.1. Состав функциональных подсистем ОКП

82

Необходимо пояснить, что предлагаемая структура ОКП отличается от традиционных, рассмотренных в первой главе работы, не только количеством подсистем, но также их качественным содержанием и комплексностью решения, характеризующейся тесной информационной и функциональной взаимосвязью отдельных модулей при решении задач ОКП [93, 106].

Модуль информационного обеспечения, кроме традиционно имеющихся баз данных по деталям и технологическим ресурсам, должен включать в себя также алгоритмы и модели по формированию и анализу портфеля заказов предприятия на этапе ОКП, анализу директивных сроков изготовления деталей, различные способы оценки времен транспортирования деталей и переналадки оборудования.

Модуль предварительного планирования отражает, отмеченное ранее, требование поэтапности формирования аналитических плановых решений на базе общей информации, имеющейся в портфеле заказов. В большинстве случаев, портфель заказов представляет из себя достаточно большую программу выпуска машин и изделий предприятием в плане долгосрочного планирования. Возникает необходимость распределения общей программы по нисходящей детализации планов - от квартальных планов до сменных заданий. В рамках только лишь моделей ОКП, ответственных за формирование расписаний это сделать практически невозможно в силу большой размерности назначений. Предварительное планирование позволяет в определенной мере снизить размерность за счет распределения всей программы по оси времени планирования. К основным задачам предварительного планирования относится также определение оптимальной номенклатуры запуска и предварительная оценка плана с помощью моделей имитационного моделирования. Основным требованием к подобным моде-

83

лям является то, что решения, полученные на этапе предварительного планирования с помощью различных аналитико-эвристических и имитационных моделей должны представлять максимально точную информацию, используемую на последующем этапе цехового планирования и иметь минимальное влияние на точность последних. Второй особенностью является то, что при возникновении рассогласований в оперативных план-графиках оборудования должна иметься возможность обращения из модуля планирования и формирования расписаний к модулю предварительного плани-рования с целью определения возможных последствий в будущем при пе-ресчете конкретного оперативного план-графика.

Модуль формирования модели ОКП представляет собой интерактивную подсистему автоматизированного синтеза аналитических моделей планирования в зависимости от задач планирования, выбранных критериев и ограничений, а также выбранного оборудования и его особенностей обслуживания заявок.

Модуль планирования и формирования план-графиков работы оборудования является процессором системы ОКП и включает в себя методы и алгоритмы формирования расписаний всех обслуживающих устройств, определяет все технико-экономические, временные и управляющие параметры производства.

Особенности модуля связи с системой САПР заключаются в получении многовариантных ТП деталей в процессе планирования за счет структурной дифференциации ТП и последующего синтеза альтернативных вариантов, обеспечивающих оптимальное решение для всей производственной системы в целом при формировании расписаний. Еще одной задачей данного модуля может являться оптимизация внутренней структуры инвариантного ТП как задача управления режимами обработки в зависи-

84

мости от таких возникающих резервов времени для заявки, как пролежи-вание в пределах ГПМ.

Особенности модуля связи с системой диспетчирования - наличие методик и алгоритмов, обеспечивающих как получение информации о хо-де выполнения текущего расписания, так и оценка и пересчет расписаний работы оборудования в случае нарушения параметров плана.

Модуль связи с системой управления производственными системами (ГПК, ГАУ, ГПМ) представляет собой методы и технические средства передачи управляющей информации по выполнению директив сформированных расписаний, а также получения текущей информации по работе систем и их функционирования в процессе выполнения плана.

В соответствии с предложенным составом функций системы ОКП в работе предлагается следующая концепция построения системы ОКП класса MES для автоматизированных производственных систем (рис.2.2).

В данной концепции предполагается использование системы ОКП как с точки зрения системного варианта (при наличии на предприятии систем класса ERP/MRPII), так и с точки зрения локального варианта (при отсутствии систем класса ERP/MRPII).

М\ - модуль анализа номенклатуры деталей и формирования пред-варительного назначения;

Ml - модуль определения параметров расписания;

Mi - модуль синтеза моделей планирования;

МА - модуль формирования множества альтернативных ТП;

М5 - модуль учета стохастических факторов.

85

Системный вариант использования MES

Локальный вариант использования MES

Система управления предприятием класса ERP

Укрупненные плановые задания по выпуску номенклатуры

Номенклатура выпуска изделий

М\ Модуль анализа номенклатуры и формирования предварительного назначения

Анализ

номенклатуры

деталей

Модель

объемного

планирования

Модель укрупненного планирования

Модель имитационного планирования

Ж

д/2 Модуль определения параметров расписания

д/3 Модуль синтеза

моделей планирования

Алгоритм определения времени переналадок

Базовая модель ОКП

ОКП (MES)

Алгоритм определения

времени

транспортирования

Алгоритм определения

времен занятости

объектов

Модель межцеховых расписаний

Состав критериев и ограничений модели

Модель единичного производства

Алгоритм формирования! множества АТП

д^4 Модуль формирования множества АТП

i Система размерного анализа

! САПР ТП/АСТПП

MS Модуль учета

стохастических факторов

Алгоритм оптимизации структуры АС

Алгоритм определения надежности расписний

Формирование расписаний работы автоматизированного

оборудования

Рис.2.2. Концепция системы ОКП класса MES для АС

На рис.2.3 представлена укрупненная структура комплексной системы ОКП для АС, отвечающая предложенной концепции.

86

Рис.2.3.

1 - модуль информационного обеспечения; 2 - предварительное планирование; 3

формирование моделей ОКП; 4 - планирование; 5 - интерфейс ОКП-САПР ТП; 6 - САПР ТП; 7 - интерфейс ОКП-СУ ГПС; 8 - система управления ГПС; 9 -оборудование; 10 - интерфейс Диспетчирование-ОКП; 11 - диспетчирование; 12

интерфейс Оборудование - Диспетчирование; 13 - система БД; 14 - система мониторинга и директивного управления; остальные обозначения в тексте.

Структура содержит пять функциональных контуров - контур ОКП К\, контур интерфейсов системы ОКП К2, контур связи ОКП с САПР ТПКЗ, контур управления.^, контур диспетчирования К5 и контур мо-ниторинга процесса выполнения тшаяаКб. Особенность предлагаемой структуры заключается в наличии в системе ОКП интерфейсов к системам САПР ТП и диспетчирования, в особенностях связей между элементами структуры, что определяется их качественным содержанием.

87 Между элементами системы существуют связи /._ ., представляю-

щие собой информационные потоки различного характера - расчетные и контрольные параметры, управляющие директивы. Директивные параметры плана 1ллп9 сравниваются с действительными данными о ходе выполнения план-графиков работы L ~_.. в системе диспетчирования и их анализ в виде параметров рассогласования 7.^_.поступают в модуль ОКП,

который, в зависимости от величины рассогласования либо оставляет расписание без изменений, либо инициирует пересчет плана (1д_*), согласуя

его параметры начиная с уровня предварительного планирования. Поток содержит имя In, адрес 1а, статус Is (директивный, информационный), направление Iv (входящий, выходящий) и набор формальных параметров

1р{р,,к = \,К), определяющих информационное содержание

IH={In,Ia,IsJv,Ip{pk,k = l,K}}. (2.1)

Подобное представление объектной нотации информационных потоков в структуре системы ОКП позволяет использовать современные методы объектно-ориентированного представления информации, являющейся неотъемлемой частью всей системы, и позволяет значительно сократить объемы передаваемой информации за счет выборки только определенных информационных потоков, использовать методы параллельных вычислений, отслеживать и идентифицировать любое состояние системы во времени.

' J

ботах [100,113].

Независимо от хода выполнения расчетных план графиков, система мониторинга, имеющая функции консоли системы управления ГПС, позволяет, в зависимости от ситуации и субъективной оценки, вносить ди-рективные изменения в процесс планирования - остановку комплекса

88 (1л A_Q )» а также пересчет планов с различных уровней (АлрЛд-?)'

Контур связи ОКП с САПР ТП позволяет обмениваться системе ОКП с системой САПР ТП данными по ТП изготовления деталей.

Выделение интерфейсов с САПР ТП, системой управления ГПС и системой диспетчирования в отдельные функциональные процедуры, построенные по типу постпроцессоров, которые могут быть представлены множеством аналогичных процедур в собственных контурах, позволяет легче интегрировать связи отдельных контуров подсистем, использовать возможности различных систем САПР, управления и диспетчирования, как это отражено на схеме. Подобная организация структуры модуля ОКП и ее взаимосвязей, как организация ядра модуля ОКП с выделенным контуром интерфейсов, значительно повышает ее степень интеграции с различными существующими подсистемами, структурную гибкость в плане адаптации под уже имеющуюся базу математического обеспечения мероприятий АС ТИП и управления на предприятии.

Реализация методов и алгоритмов анализа номенклатуры и предварительного назначения представлена в настоящей главе работы, остальных элементов системы - по порядку следования глав работы.

На рис.2.4 представлена функциональная схема системы ОКП класса MES для АС, отражающая предложенные концепцию и структуру. Входные данные по номенклатуре деталей могут быть либо представлены системой управления верхнего уровня, либо их анализ должен проводиться в системе ОКП. Для реализации предложенной концепции системы ОКП необходимо разработать все представленные в системе модули.

На рис.2.5 представлена структурная схема модулей информационного обеспечения и предварительного планирования.

Модуль информационного обеспечения отвечает за переработку информации общего вида из систем БД в формат информационных потоков

89

системы ОКП. В то же время информация процесса планирования может поступать в БД, как правило, динамического характера.

U

1

Анализ М

NJSJt

Имитационная модель

I

Входные данные

M,N,...,T

Объемная модель

м

Анализ номенклатуры

Предварительная модель

Z3

[ САПРТП 1 1 АСТПП

i

Алгоритм формирования множества АТП

БДТП

БД АТП

Номенклатура запуска

N

со of

>

О

л о о

(О

Алгоритм /ПЕР

Т.

Синтез модели ОКП

Функциональные модули модели

Базовая модель ОКП

Модель с учетом класса ОУ

I

Учет характера модели: мелкосерийное производство; единичное производство; межцеховые модели.

М

I

Определение параметров

Г

В

±

R-±

Алгоритм

Времена занятости ОУ tZ(R,S,F)

БД критериев

БД Офаничений

I

"*? Выбор критериев и Офаничений модели

Параметры интенсивности и надежности

I

Модель ОКП

^FVF FrBr.^~b

111 ^pi

Алгоритм анализа

выполнимости

расписаний с учетом

стохастических

факторов

N\R\S\P'

гт

Построение расписаний

| TJ(M,N,R,S,P)

Расписания работы оборудования АС

I

Выполнение расписания

Диспетчирование

Алгоритм пересчета

моментов новых

расписаний

Рис.2.4. Функциональная схема системы ОКП класса MES для АС

1) 90

Корректировка номенклатуры запусков на оперативном плане из портфеля заказов происходит по нескольким критериям и поступает в модуль предварительного планирования.

Модуль предварительного планирования содержит различные методы формирования назначений и предварительных планов, цель которых -оценка возможности формирования расписаний работы цеха или участка с помощью последующих моделей ОКП. В случае отрицательной оценки происходит корректировка номенклатуры деталей с обращением к модулю информационного обеспечения (/.,). При адресации к модулю предварительного планирования возможно обращение как к отдельным моделям, так и комплексное моделирование (см. рис.2.5). На любом этапе планирования возможна оценка формируемых расписаний с учетом стохастично-сти протекающих в ГПС процессов (блок 2.5 на рис.2.5).

В работе предлагается предварительное планирование проводить с помощью различных моделей. Причина такого подхода заключается в том, что ни одна из существующих моделей не решает полностью задачу составления оптимального расписания в ГПС. Вернее, не всегда удается лишь с помощью одного класса моделей решить все задачи ОКП. В ряде случаев задачу можно решить только с помощью комплекса взаимосвязан-ных моделей.

Особенности предварительных моделей различных классов при использовании их в ОКП заключаются в следующем.

Объемные модели позволяют оценить не только приблизительную выполнимость расписания по объему, ресурсам времени существующего оборудования, но также позволяют оценить объемы виртуальных заказов и решать задачи формирования портфеля заказов на этапе маркетинга.

Укрупненные модели позволяют легко оперировать межцеховыми расписаниями.

91

с

Директивное задание на планирование

I

D

0

Модуль информационного обеспечения

©

Формирование портфеля заказов

i.i ) Формирование

исходных данных по:

оборудованию

номенклатуре

параметрам планов

*

©[

(7?) Формирование выходных данных по:

оборудованию

номенклатуре

параметрам планов

t

1-13

определение предварительной емкости портфеля

заказов на планируемый период

определение целесообразности выпуска продукции

определение выполнимости портфеля заказов на

планируемом периоде по различным критериям

окончательное определение номенклатуры выпуска

деталей как сменного задания

определение типа модели планирования (цеховая,

межцеховая)

определение способа представления данных по

вспомогательным операциям (матричное, аналитическое)

окончательное определение номенклатуры

оборудования для сменного задания

I

1-2

0

Модуль предварительного планирования

Предварительные модели планирования

I

0

Модель объемного планирования

I

©Модель укрупненного планирования

I

©

Модель имитационного моделирования

««->

0

Модели

оценки

выполнимости

расписаний

I

©

Принятие решения о выполнимости плана

'2-3

2-1

Рис.2.5. Структурная схема модулей информационного обеспечения и предварительного планирования системы ОКП

92

Имитационные модели позволяют легко оперировать такими событиями, как отказы, незапланированные ремонты и т.п. без изменения содержания формального образа модели.

Использование моделей стохастического характера, представленных в работе, заключатся в том, что они базируются не на привычных по-ложениях оценки надежности системы постфактум, а на условии выполнимости расписания. Условием выполнимости расписания является:

отсутствие возможных сдвигов в расписаниях вследствие отказов;

отсутствие очередей, которые могут привести к возможным сдвигам и колебаниям моментов расписаний. Таким образом, задача стохастических моделей в нашем случае - это контроль такого уравновешенного состояния, когда с высокой вероятностью может выполняться составленное расписание. Модели стохастического характера позволяют оценить количество дублирующих ОУ. В ряде случаев модели стохастического характера могут приобретать роль обратной связи, - регулятора в системах ОКП.

5) Аналитическая модель для автоматизированных систем дает точ

ность планирования для всего состава ОУ, - моменты начала и окончания

всех работ и может служить основой управления автоматизированными

системами.

Использование аналитической модели наиболее эффективно на базе решений, полученных ранее вышеперечисленными моделями. При этом необходимо отметить, что, подчеркивая аналитический характер моделей, речь идет не об алгоритме поиска оптимума при построении расписания (для этого могут быть использованы и эвристические алгоритмы), а об аналитическом представлении большинства параметров модели.

На любом этапе планирования, для всех перечисленных выше моделей характерным является единство представления информации о производственном процессе. Рассмотрим более подробно особенности представления информации в системе ОКП.

93