Моделирование размещения оборудования

Организация подразделений в производственные участки и соответствующее размещение оборудования определяются основными характеристиками производственного потока. Существуют три основных способа размещения оборудования и организации рабочих мест: размещение по технологическому принципу, размещение по принципу изготовления определенной номенклатуры изделий (предметный принцип), размещение по принципу обслуживания неподвижного объекта, а также один комбинированный способ – размещение по принципу групповой технологии (формирование технологических ячеек) [36].

Размещение оборудования по технологическому принципу (его также называют размещением по функциональному принципу или размещением производства, работающего по заказам) – это такой способ размещения, при котором одинаковое оборудование или однородные технологические операции группируются вместе (например, все токарные станки располагают в одном месте, а все штамповые прессы – в другом). Обрабатываемая деталь перемещается исходя из последовательности операций с одного места на другое, где для каждой операции расположено соответствующее оборудование.

При разработке схемы размещения оборудования по технологическому принципу общепринятым является метод формирования участков, на которых выполняются однородные технологические операции и оптимизируется их взаимное расположение. Начиная с 1960 г., разработано много компьютерных программ, предназначенных для поиска оптимального варианта размещения оборудований по технологическому принципу. Среди них наиболее широкое применение получил сравнительный метод компьютерного размещения производственных объектов (Computerized Relative Allocation of Facilities Technique – CRAFT). Используя исходные данные и первый вариант размещения производственных участков, с помощью программы CRAFT можно улучшить относительное размещение участков, применяя в качестве критерия величину транспортных затрат для каждой схемы. Данная программа отыскивает лучшие варианты размещения, заменяя пары участков на несколько итераций до тех пор, пока можно уменьшить издержки. Другими словами, программа рассчитывает влияние перестановок участков на общие транспортные затраты. Если последующий вариант приводит к уменьшению затрат, то проводится замена предыдущего. Участки являются частью сети материальных потоков, поэтому даже разовое попарное перемещение обычно влияет на все материальные потоки других участков. При применении метода CRAFT происходит перебор всех возможных перестановок участков.

Для определенных проблем, связанных с организацией производства, часто невозможно получить количественное описание потока деталей или трудно выявить качественные факторы, которые могут оказаться приоритетными при принятии решения о размещении. В таких ситуациях можно использовать метод системной планировки размещения оборудования (Systematic Layout Planning – SIP). Данный метод включает разработку матрицы взаимных связей, отражающую степень предпочтения каждого производственного объекта по отношению ко всем остальным в отдельности. На основе этой матрицы разрабатывают схему взаимных связей (отношений) между отдельными объектами. Затем методом проб и ошибок указанную схему корректируют до тех пор, пока не будет получено удовлетворительное взаиморасположение оборудования. И, наконец, полученную таким образом схему дорабатывают с учетом планировки помещения.

Размещение оборудования по принципу изготовления определенной номенклатуры изделий (предметный принцип) (его также называют размещением оборудования по ходу материального потока) – это такой способ размещения оборудования, при котором оборудование или производственные процессы выстраиваются по ходу технологических операций, через которые изделие последовательно проходит при изготовлении. Иными словами, траектория движения каждой детали представляет собой прямую линию. В качестве примеров размещения оборудования и организации работ по предметному принципу можно привести производственные линии по изготовлению обуви, химические заводы, мойку автомобилей.

Поточные линии (чаше всего, это линии сборки изделий) являются примером организации производственного процесса, ориентированного на изделие. Обычно термин «поточная линия» предполагает многократно повторяющийся процесс, отдельные звенья которого связаны между собой устройством для транспортирования материалов. Поточные линии, как правило, работают с определенным темпом, и нормы каждой технологической операции одинаковы. В рамках такого широкого определения среди разных типов сборочных линий существуют важные различия. Некоторые поточные линии представляют собой лишь устройство для транспортирования материалов (ленточный или роликовый транспортер, мостовой кран), другие – отличаются конфигурацией сборочной линии (конвейер U-образной формы, прямолинейный, «ветвящийся») или ассортиментом продукции (собирается одно изделие или много разных изделий). Поточные линии также отличаются характеристикой рабочих мест (рабочие могут сидеть, стоять, ходить вдоль сборочной линии или ездить) и длиной сборочной линии (количеством работающих на конвейере). Ассортимент изделий, частично или полностью собираемых на сборочных линиях, включает игрушки, различные приборы, автомобили, самолеты, оружие, садовый инвентарь, одежду, а также разнообразные комплектующие для электронной техники. Можно утверждать, что по существу при производстве любого составного изделия или изделия, выпускаемого в больших объемах, в той или иной степени используют поточные линии.

Основные отличия размещения производства по предметному принципу (ориентированного на изделие) и размещения производства по технологическому принципу (ориентированного на технологию) связаны со структурой производственного потока. При организации производства по технологическому принципу структура потока весьма разнородна, и предметы труда в течение своего производственного цикла могут проходить через один и тот же технологический участок несколько раз. При организации производственного процесса по предметному принципу оборудование или участки предназначаются для производства совершенно определенных видов продукции (для бесперебойной работы используют резервное оборудование), в целом достигается прямолинейное движение материального потока. Размещение оборудования по предметному принципу имеет смысл, когда объемы партий конкретных изделий или деталей велики, а ассортимент производимых изделий или деталей ограничен несколькими наименованиями.

Размещение оборудования по принципу обслуживания неподвижного объекта реализуется в том случае, если изделие (из-за больших габаритов или массы) в течение всего технологического процесса остается на одном месте. Производственное оборудование подвозится к изделию, а не наоборот. По такому принципу организованы судостроительные верфи, строительные и киносъемочные площадки.

Размещение оборудования по принципу обслуживания неподвижного объекта используется при относительно небольшом числе единиц выпускаемой продукции, но, как правило, крупногабаритной и сложной. Разрабатывая размещение оборудования для производства неподвижного изделия, можно мысленно представить его в виде ступицы колеса с материалами и оборудованием, расположенными концентрически вокруг точки производства в порядке их использования и необходимости их перемещения. Например, в кораблестроении заклепки, использующиеся во всей конструкции изделия, должны размещаться близко к корпусу или прямо в нем. Тяжелые части двигателя, подвозимые к корпусу только один раз, можно разместить на более далеком расстоянии, а подъемные краны, поскольку они постоянно используются, следует располагать рядом с корпусом.

Для организации производства неподвижного изделия необходимо установить очередность выполнения работ, которая определяется производственными стадиями. Размещение оборудования и компонентов вокруг неподвижного объекта следует разрабатывать по принципу группирования материалов по их технологическому приоритету. Этот принцип используют при монтаже крупногабаритного оборудования, например, штамповочного пресса, выполнение монтажных работ на котором осуществляется в строгой последовательности. Этого же принципа придерживаются при сборке изделий, когда она начинается с самого основания изделия, а потом к нему добавляются компоненты в виде стандартных блоков.

Размещение оборудования по принципу групповой технологии (формирование технологических ячеек) предполагает группирование различного оборудования в рабочие центры, или технологические ячейки, для обработки изделий, имеющих одинаковые или сходные способы либо требования к обработке. Размещение оборудования по принципу групповой технологии, с одной стороны, аналогично размещению оборудования по технологическому принципу, в соответствии с которым создаются ячейки для выполнения определенного набора технологических операций, а с другой – напоминает размещение по предметному принципу, поскольку рабочие центры специализируются на выпуске ограниченного ассортимента изделий. Групповая технологиятакже требует, чтобы для всех компонентов изделия была проведена технологическая классификация, а также установлены соответствующие коды, которые затем используют для определения типов оборудования, входящих в технологические ячейки.

При размещении оборудования по принципу групповой технологии (формирование технологических ячеек) различное оборудование группируют в ячейки для выполнения операций с несколькими изделиями, однородными по конструктивно-технологическим признакам. В настоящее время этот принцип широко используется при металлообработке, производстве чипов для компьютеров и на сборочных работах. Наибольшие преимущества и выгоды от размещения оборудования по принципу формирования технологических ячеек получают производство, работающее по заказам, и мелкосерийное производство.

На практике независимо от способа размещения оборудования и организации рабочих мест в наиболее общем виде методология моделирования размещения оборудования осуществляется следующим образом:

1. Формулирование задачи.

2. Построение имитационной модели.

3. Определение переменных параметров, которые в ходе исследования могут меняться, и параметров имитационной модели (свойства реальной модели, которые являются фиксированными).

4. Определение правил принятия решений. Во многих моделях такими правилами выступают правила формирования приоритетов (например, какую работу выполнить первой, какого потребителя обслужить первым и т. п.).

Вопросы для самоконтроля

1. Какова характеристика типов производства? В чем заключаются особенности их применения в рыночной экономике?

2. Какие выделяют основные методы организации производства? Какова их взаимосвязь с типами производства?

3. В чем заключается сущность поточного метода организации производства?

4. Каковы основные расчетные параметры поточной линии?

5. Каковы сущность и порядок согласования ритмичного выполнения производственных операций на основе единого расчетного такта?

6. Какие показатели характеризуют эффективность поточной организации производства?

7. В чем заключаются особенности размещения оборудования по технологическому принципу и принципу изготовления определенной номенклатуры изделий (предметный принцип)?

8. В каких случаях применяется размещение оборудования по принципу обслуживания неподвижного объекта?

9. В чем заключаются особенности размещения по принципу групповой технологии (формирование технологических ячеек)?

10. Как сформулировать алгоритм моделирования размещения оборудования?

Л.: [3], [8], [14], [26], [36].

Тесты

Выберите правильный ответ из предложенных ниже вариантов.

1. Какие выделяют основные типы производства?

Варианты ответа:

а) мелкосерийное, среднесерийное, крупносерийное;

б) автоматизированное, поточное, единичное;

в) единичное, серийное, массовое;

г) гибкое, цикловое, роторное.

2. Какие существуют методы организации производства?

Варианты ответа:

а) автоматизированный, поточный, индивидуальный;

б) непоточный (единичный), партионный, поточный;

в) гибкий, цикловой, роторный;

г) ритмичный, равномерный, плановый.

3. Какие различают разновидности серийного типа организации производства?

Варианты ответа:

а) мелкосерийное, среднесерийное, крупносерийное;

б) единичное, серийное, массовое;

в) гибкое, цикловое, роторное;

г) ритмичное, равномерное, плановое.

4. Какова себестоимость единицы продукции при массовом, серийном, единичном типах производства?

Варианты ответа:

а) средняя;

б) низкая;

в) высокая;

г) конкурентоспособная.

5. Как классифицируются поточные линии по уровню механизации, характеру ритма, номенклатуре изготавливаемых изделий, размещению линий в пространстве?

Варианты ответа:

а) прямые, замкнутые;

б) немеханизированные, механизированные, автоматизированные;

в) многопредметные, однопредметные;

г) со свободным ритмом, полусвободным ритмом и регламентированным ритмом.

6. Какой из способов размещения оборудования и организации рабочих мест не применяется при моделировании размещения оборудования?

Варианты ответа:

а) размещение по технологическому принципу, принципу изготовления определенной номенклатуры изделий (предметный принцип);

б) размещение в соответствии с генеральным планом предприятия;

в) размещение по принципу обслуживания неподвижного объекта;

г) размещение по принципу групповой технологии (формирование технологических ячеек).

7. Как охарактеризовать способ размещения оборудования и организации рабочих мест при размещении его по технологическому принципу?

Варианты ответа:

а) способ размещения, который предполагает группирование различного оборудования в рабочие центры, или технологические ячейки, для обработки изделий, имеющих одинаковые или сходные способы либо требования к обработке;

б) способ размещения оборудования, при котором оборудование или производственные процессы выстраиваются по ходу технологических операций, через которые изделие последовательно проходит при изготовлении;

в) способ размещения, который реализуется в том случае, если изделие (из-за больших габаритов или массы) в течение всего технологического процесса остается на одном месте;

г) способ размещения, при котором одинаковое оборудование или однородные технологические операции группируются вместе.

8. Как охарактеризовать способ размещения оборудования и организации рабочих мест при размещении по принципу изготовления определенной номенклатуры изделий (предметный принцип)?

Варианты ответа:

а) способ размещения, при котором одинаковое оборудование или однородные технологические операции группируются вместе;

б) способ размещения оборудования, при котором оборудование или производственные процессы выстраиваются по ходу технологических операций, через которые изделие последовательно проходит при изготовлении;

в) способ размещения, который реализуется в том случае, если изделие (из-за больших габаритов или массы) в течение всего технологического процесса остается на одном месте;

г) способ размещения оборудования, который предполагает группирование различного оборудования в рабочие центры, или технологические ячейки, для обработки изделий, имеющих одинаковые либо сходные способы или требования к обработке.

9. Как охарактеризовать способ размещения оборудования и организации рабочих мест при размещении по принципу обслуживания неподвижного объекта?

Варианты ответа:

а) способ размещения, при котором одинаковое оборудование или однородные технологические операции группируются вместе;

б) способ размещения оборудования, при котором оборудование или производственные процессы выстраиваются по ходу технологических операций, через которые изделие последовательно проходит при изготовлении;

в) способ размещения, который реализуется в том случае, если изделие (из-за больших габаритов или массы) в течение всего технологического процесса остается на одном месте;

г) способ размещения, который предполагает группирование различного оборудования в рабочие центры, или технологические ячейки, для обработки изделий, имеющих одинаковые или сходные способы либо требования к обработке.

10. Как охарактеризовать комбинированный способ размещения оборудования и организации рабочих мест при размещении по принципу групповой технологии (формирование технологических ячеек)?

Варианты ответа:

а) способ размещения, при котором одинаковое оборудование или однородные технологические операции группируются вместе;

б) способ размещения оборудования, при котором оборудование или производственные процессы выстраиваются по ходу технологических операций, через которые изделие последовательно проходит при изготовлении;

в) способ размещения оборудования, который реализуется в том случае, если изделие (из-за больших габаритов или массы) в течение всего технологического процесса остается на одном месте;

г) способ размещения, который предполагает группирование различного оборудования в рабочие центры, или технологические ячейки, для обработки изделий, имеющих одинаковые или сходные способы либо требования к обработке.