Типы операций

Современные производственные процессы обладают своеобразием, которое необходимо учитывать при описании операций на содержательном уровне. Какое-либо универсальное описание на этом уровне невозможно. Однако для модельного представления производственных систем интерес представляют только входы и выходы, а физические особенности выполнения операции несущественны и просто предполагается, что операции выполняются. Поэтому можно попытаться выделить общую схему описания производственных операций, достаточную для построения модели.

Для модельного описания любой производственной операции необходимо описать и задать следующие элементы:

  • • производственное звено;
  • • длительность операции;
  • • технологическое управление;
  • • затраты;
  • • выпуск.

Выполнение любой операции осуществляют исполнители, используя необходимые технические средства. Состав и качество исполнителей и технических средств, необходимых для выполнения операции, определяется нормативно-технической документацией. Эту необходимую совокупность называют производственным звеном.

Различают простые и сложные производственные звенья. В общем случае производственное звено в любой момент времени может осуществлять несколько операций. Такие производственные звенья называются сложными. Если производственное звено в любой момент времени может осуществлять только одну операцию, то такое производственное звено называется простым, или агрегатом. Использование понятия агрегата упрощает процесс моделирования, но не умаляет общности подхода, так как любое сложное производственное звено можно рассмотреть как совокупность агрегатов.

В общем случае агрегат может выполнять несколько операций (но не более одной в каждый момент времени). Такие агрегаты называются универсальными. Специализированные агрегаты могут выполнять только единственную операцию.

Функционирование агрегата моделируется последовательностью выполнения производственных операций, задаваемой расписанием, где указывается порядок и длительность выполняемых технологических операций. Управление агрегатом определяется поставленными производственными задачами. Необходимо учитывать ограничения, накладываемые свойствами моделируемой системы: длительность функционирования технических систем и средств, пространственные ограничения и т.д.

Но основным ограничением, которое необходимо учитывать при моделировании производственных систем, является наличие достаточного количества входных продуктов, необходимых для выполнения отдельной операции. Они поступают с предшествующей технологической операции непосредственно или, что чаще, через специальный накопитель, склад. Необходимо описать это дополнительное звено, необходимое для нормального функционирования производственных звеньев. Звено хранения представляет собой совокупность исполнителей и необходимых технических средств, которые не описаны в технологической схеме. Основным свойством звена хранения является способность сохранять количество и качество продукта в неизменном виде в течение определенного промежутка времени. Описание звена хранения, кроме списка исполнителей и технических средств, включает список продуктов, возможных для хранения, максимальный объем хранимых продуктов и затраты на хранение единицы продукта.

Различают однопродуктовые звенья хранения для одного вида продукта и многопродуктовые — для более чем одного вида продукта. Здесь следует отметить, что выполнение технологической операции предполагает не только наличие входных продуктов, но и выпуск выходных продуктов (в том числе конечных продуктов), которые также требуют хранения. Емкость звена хранения накладывает свои ограничения на выполнение технологической операции.

Производственная система моделируется как объединение производственных звеньев, объединенных через звенья хранения. Пространственная структура производственной системы в данном случае не играет существенной роли в процессе моделирования. Здесь важны последовательность выполнения технологических операций и логический порядок

поступления входных продуктов и выпуска выходных продуктов. Звенья хранения исходных и конечных продуктов являются специфическими с точки зрения описания производственных систем. В современном производстве они выделяются из производственной системы. Более того, функции снабжения и сбыта берут на себя логистические компании.

Рассмотрим другие элементы описания технологической операции.

Затраты и выпуск определяют объемы затрат и выпуска в операции и являются функциями от времени выполнения операции (и) и управления v) и /+(г/, v) соответственно. Управление выбирается из некоторой области допустимых значений V и остается неизменным в течение всего времени осуществления операции. В общем случае управление многомерно. В общем случае и функции затрат и выпуска могут быть также векторными. Их размерность совпадает с числом затрачиваемых и соответственно выпускаемых в операции продуктов.

Таким образом, для формального описания любой технологической операции необходимо определить производственное звено, которое будет выполнять технологическую операцию, задать функции f~(u, v), /+(и, v) и область возможных управлений V. Вопросы непосредственного описания указанных элементов здесь обсуждаться не будут. Будем считать, что все необходимые элементы описания всех технологических операций определены и заданы.

Рассмотрим некоторые важные частные случаи технологических операций.

Фиксированная операция. Это технологическая операция, для которой существует только одно допустимое технологическое управление, т.е. множество допустимых технологических управлений состоит только из одного элемента V = {vjy I = 1,..., L). Функции затрат и выпуска полностью определяются задаваемой длительностью выполнения технологической операции. При условии конечности множества технологических управлений практически любую технологическую операцию можно свести к множеству фиксированных операций, предполагая /Ни) = /*(&, vj).

Технологическая операция с постоянной интенсивностью. Это технологическая операция с функциями затрат и выпуска вида /*(«, v) = a±(^)w, где интенсивности затрат a~(v) и выпуска a+(v) зависят от выбранного технологического управления.

Фиксированная операция с постоянной интенсивностью. Это частный случай операции с постоянной интенсивностью, когда интенсивности затрат и выпуска в общем многомерном случае определяются двумя векторами а-, а+.

Технологическая операция с запаздыванием выпуска. Это обобщение технологической операции. При описании технологической операции неявно предполагается, что начало выпуска совпадает с моментом начала операции. Функции затрат и выпуска для операций, например, с постоянной интенсивностью могут быть явно описаны следующим образом:

где через {х) обозначается функция единичного скачка: 1(х) = 0 при х < О, 1(х) - 1 прих > 0.

Величина 0(a) называется запаздыванием.

В таких операциях ненулевой выпуск начинается с момента, когда длительность операции превышает известное запаздывание.

Для многих производственных процессов характерна периодичность выполнения, например последовательность плавок, обработка партий деталей и т.п. Такая периодическая технологическая операция по времени может быть разделена на периоды, описание операции в каждом из которых одинаково и не различается:

Здесь достаточно задать функции затрат и выпуска только для длительности периода т. Тогда затраты и выпуск могут быть определены следующим образом:

где ф = и - т — (через [х] обозначена целая часть х).

_т J

Периодическая операция может рассматриваться как последовательное повторение операций длительностью в один период, единичных операций.

Наиболее важным и интересным для описания технологических процессов в машиностроении и приборостроении является частный случай периодической операции — конечная операция (работа).

В конечной операции затраты осуществляются только в начале каждого периода, а выпуск — в конце его. Для случая работы с постоянной интенсивностью функции затрат и выпуска будут иметь вид

Наиболее распространены модели систем с фиксированными операци- ями с постоянной интенсивностью (системы потоков), и фиксированными конечными операциями с постоянной интенсивностью (системы работ).

Рассмотрим другие частные случаи операций, которые не всегда можно отнести к технологическим. Универсальный агрегат в процессе своего функционирования может последовательно выполнять разные технологические операции. В общем случае переход от одной операции к следующей невозможен без некоторых определенных подготовительных действий — операции, которую называют переналадкой. Переналадка зависит от технологических операций, переход между которыми осуществляется. Но для упрощения при моделировании принимается, что тип переналадки зависит от настраиваемой технологической операции. Это операция наладки. В общем случае любая технологическая операция требует операции наладки. При этом может быть задействовано то же производственное звено, выполняющее технологическую операцию, или другое, предназначенное специально для таких целей. Как правило, операция наладки — это фиксированная операция. При осуществлении этой операции есть затраты входных продуктов. При этом выходные продукты не выпускаются или выпускаются, но другого качества, сорта, которые могут идти и в брак. Например, при настройке деревообрабатывающего станка на производство определенного вида пиломатериала выходная продукция может не соответствовать некоторым заданным требованиям.

Дополнительные вспомогательные операции необходимы не только в случае начала выполнения очередной технологической операции, но и в связи с ограниченным временем использования технических средств и необходимостью замены отдельных вышедших из строя устройств. Такие операции могут выполняться и на специализированных агрегатах, где возможно выполнение только одной технологической операции. Эти операции похожи на операции наладки и переналадки, но обычно их называют операциями ремонта. Есть затраты входных продуктов, нет выпуска. Как правило, операция ремонта содержит элементы операции наладки, поэтому после операции ремонта возможно непосредственное начало выполнения технологической операции.

Для полноты описания функционирования агрегата необходимо ввести вспомогательную операцию типа простой. Это операция произвольной длительности. При осуществлении этой операции нет затрат входных продуктов и нет выпуска выходных продуктов. Простои агрегата могут быть связаны как с особенностью технологического процесса, так и с проблемами управления и организации производства.

Структура производственной системы может быть представлена как результат объединения производственных звеньев, связанных между собой, как правило, через звенья хранения. Функционирование производственной системы математически описывается как процесс изменения состояния агрегатов системы, г.е. переходов от одной операции на другую, и процесс изменения состояния складов, т.е. изменения количества продуктов, хранящихся в них.

Функционирование производственной системы не предопределено только ее внутренним состоянием, а зависит от управленческих решений. Самый простой вариант задания управления — это управление как программа во времени, когда для любого момента времени функционирования производственной системы указано: какая операция выполняется на каждом агрегате. Для каждого агрегата все время его функционирования разбивается на отдельные отрезки времени, в течение которых может выполняться только определенная операция (возможно, неоднократно).

Графически программа во времени для отдельного агрегата может быть представлена в виде ленточной диаграммы Ганта[1]. Например, на рис. 4.6 представлена программа во времени для трех агрегатов, на которых выполняется семь операций. Каждая диаграмма (последовательность прямоугольников) соответствует агрегату по указанному номеру, прямоугольник с номером внутри соответствует операции, которая должна по программе выполняться на этом агрегате. Длина и положение прямоугольника соответствуют промежутку времени, в течение которого на агрегате выполняется указанная операция. Это время необязательно совпадает с длительностью выполнения операции, так как операция может выполняться в течение заданного промежутка времени несколько раз.

Пример ленточной диаграммы Ганта

Рис. 4.6. Пример ленточной диаграммы Ганта

Приведенная на рис. 4.6 программа во времени не учитывает ряд важных условий, в которых функционирует система. Эти условия накладывают ограничения на выполнимость указанных технологических и вспомогательных операций в отведенное время. Эти условия определяются состоянием системы в момент принятия решения к действию.

  • [1] Диаграмма Ганта — специальная диаграмма, используемая для иллюстрации графикавыполнения работ и других целей. Впервые предложена Г. Гантом в 1910 г.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >