Использование компьютерного мониторинга для повышения эффективности работы предприятия

Стратегия производства и его среда оказывают влияние на структуру и гибкость планов и детализированных расписаний работы цехов. Точное определение плана, а затем и более детального расписания производственных операций, степень сложности, полезность и эффективность автоматизированных планов варьируется от одного типа производственной среды к другому.

В процессе планирования и составления расписания координация заданий осуществляется на основе рассмотрения последовательности заданий, определения временных интервалов для каждой производственной операции на каждом станке или оборудовании, на котором она должна проходить, и определения размеров партии для каждого задания на обработку. Ресурсная зависимость описывает степень, в которой мощность имеющихся ресурсов ограничивает выпуск продукции в единицу.

Существует четыре основные модели производства. Каждая из них характеризуется своим собственным уровнем сложности и неопределенности в части планирования.

Эти модели описывают:

  • - непрерывное производство;
  • - дискретное массовое производство;
  • - гибкое производство отдельными партиями;
  • - производство малыми партиями как единичное производство.

Непрерывное производство характеризуется обработкой и выпуском большого количества объемной продукции (например, сахароперерабатывающие и мукомольные производства). Процесс обычно автоматизирован с использованием датчиков для измерения важнейших переменных процессов.

Дискретное массовое производство предназначено для выпуска товаров широкого потребления в больших объемах. В основном эти товары отличаются минимальной вариацией модели (например, мясорубки и миксеры). Для такого производства характерны минимальная гибкость, фиксированные технологические маршруты, постоянная производственная мощность и специализированная оснастка для специфических изделий. Среда обычно не требует координации великого множества станков, людей и материалов.

Гибкое производство (гибкие производственные системы — ГПС) характеризуется гибким изменением ассортимента, объемов выпускаемой партии, быстротой реагирования и переналадки производства в зависимости от требований рынка и внешней среды.

Единичное производство характеризуется малым количеством дискретных деталей с вариациями в конструкции детали, гибкими требованиями к технологическому процессу, а размер заказа варьируется от заказа к заказу и от изделия к изделию. Поток заказов через цех обычно не отличается той непрерывностью, которую мы наблюдаем в первых двух вариантах производства.

В дальнейшем рассмотрим системы планирования и управления на примере непрерывного производства, а именно сахароперерабатывающего завода.

Планирование, наряду с проектированием, управлением, диагностированием, является важной фазой производственного цикла. В качестве исходных данных здесь выступает проект изделия, его качество, необходимые экономические показатели, цены на ресурсы и возможности производственного оборудования. На этой стадии осуществляется прогноз требований покупателя, планирование самого процесса, размещение оборудования, технического обслуживания и тренинга персонала. Интеллектуальные системы применяются для решения любой из этих задач. Планирование основного производства представляет собой расчет производственной программы предприятия.

Эта задача сводится к нахождению такого вектора производств (загрузки оборудования, вариантов работы технологических установок), который обеспечивает экстремум

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ выбранного критерия оптимизации и выполнение ограничений, накладываемых условиями производства.

Существует множество математических моделей оптимального планирования, однако использование их в реальных условиях бывает затруднено. В особенности это касается оперативно-календарного планирования, в процессе которого возникает необходимость оперативной корректировки с учетом информации обратной связи о фактическом ходе производства. При этом приходится сталкиваться с неопределенностью целей и критерия. Кроме того, в результате воздействия возмущающих факторов, а также неполноты и неточности исходной информации оказывается нечетко определенными основные системные параметры (целевые функции, ограничения, коэффициенты).

В этой связи сотрудники планово-производственных служб на практике склонны использовать свои собственные правила решения, основанные на их опыте и знаниях. Такие эвристические правила, хотя и не гарантируют математической оптимальности, но оказываются адекватными реальным условиям производства и реализуемыми на практике.

Совершенствование системы планирования, повышение ее эффективности и надежности связано с переходом на новую информационную технологию и созданием на ее основе качественно новых систем, базирующихся на знаниях.

О планировании лучше всего сказать так: это то, что происходит до производства конкретного продукта. В фазе планирования перечисляются по пунктам работы и задания, которые должны быть выполнены в ходе производственного процесса. Помимо этого, определяются основные требования к материалам, оборудованию и рабочей силе, а также производятся оценки стоимости и времени выполнения отдельных работ.

Эффективность и корректность планов, используемых для управления производственными процессами, оказывает прямое воздействие на успех промышленного предприятия. Стратегические планы, отражающие цели организации, фирмы или предприятия, развертываются в гамму специфических планов и графиков.

Круг задач, входящих в область планирования производства и управления, включает в себя планирование технологических процессов, планирование операций и управление работой цеха. Во многих случаях из-за сложной природы планирования и задач управления, а также отсутствия точных и ясных границ задачи трудно установить набор характеристик и границы, присущие каждой функции.

Этапы планирования производства и управления производством связаны между собой в силу взаимозависимости данных, а также в силу того обстоятельства, что решения, принятые на этапе планирования, часто определяют природу и степень управления, необходимого на цеховом уровне. Данные, получаемые с рабочих мест, с нижнего уровня управления в ходе производства, оказывают влияние на будущие планы.

Целью управления производством является реализация заранее намеченного плана производства (или стратегии) и управление всеми аспектами производства согласно этому плану или стратегии.

При планировании внутри промышленного предприятия создается множество планов, от долгосрочных до краткосрочных. Долгосрочное планирование определяет стратегию предприятия, а также включает в себя планы снабжения материалами для обеспечения работы предприятия и продажи изделий на период от нескольких месяцев до нескольких лет. Более детальные планы разделяются вплоть до уровня выполнения каждого заказа и каждой операции.

Долгосрочное планирование обеспечивает необходимую координацию работ, выполняемых в многофункциональном производстве. Производственные планы на различные периоды времени формируются на основе заказов потребителей, генерируемых «внутри» и «вне» производства, и прогнозов объемов продаж.

Основными при долгосрочном планировании являются главный (стратегический) план и текущий план. Часто они

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ совпадают по горизонту планирования. Календарные планы в основном представляют собой разбивку текущего годового плана на квартальные и месячные планы с необходимой корректировкой.

Главный план представляет собой всеобъемлющую производственную программу, с которой связываются все последующие детальные планы и графики. Он гарантирует, что производственные планы являются выполненными и что оперативные планы, рождаемые на их основе, также осуществляются. Содержание главного плана служит прямо или косвенно руководством не только требований общей производительности, но и для расстановки окончательных производственных приоритетов. Оно используется администрацией для определения необходимости в приобретении нового оборудования, определения требований на людские и финансовые ресурсы, предсказания влияния сезонных изменений на производстве. Горизонт планирования — в основном один год.

Задачей календарного планирования является при данном наборе производственного оборудования и технологических ограничений и требований, выраженных в терминах количества и качества продукта и временных ограничений, найти допустимую последовательность операций на разнообразном оборудовании (в дискретном производстве) или эффективные режимы работы технологических установок во времени с учетом ограничений на сырье и производительность (в непрерывном производстве), которые удовлетворяли бы поставленным целям.

Три функции обязательно должны выполняться системой календарного планирования. Во-первых, должна непрерывно производиться оценка процесса и работы системы для своевременного определения зон, требующих внимания. Во-вторых, когда проблемные зоны определены, должны быть приняты решения о том, что необходимо сделать для правильного решения проблемы. В-третьих, должно быть реализовано решение для системы или процесса, который следует скорректировать. Также возможна корректировка самого плана.

Краткосрочное оперативное планирование осуществляется в период до трех дней. Этот план представляет собой способ контроля хода производства и достижения целей, поставленных главным планом. Целями могут быть выполнение сроков завершения всех работ по заданиям; минимизация складских запасов и трудовых ресурсов за счет максимизации коэффициентов использования станков. Помимо этого, цели оперативного плана отражаются в требованиях управления запасами, выпуске новых цеховых заказов и контроля за работой цеха.

Для современного сахарозавода характерно большое количество технологических установок основного производства, емкостей для хранения сырья, промежуточных и товарных продуктов, а также множество разнообразных по своим задачам обслуживающих цехов и служб. Функционирование технологических процессов — элементов предприятия как системы — сопровождается выполнением множества разнообразных хозяйственных операций, которые должны быть увязаны с основной производственной деятельностью предприятия. Сахарозавод, как объект управления, характеризуется не только большим количеством элементов, составляющих его, но и многообразием функций, выполняемых этими элементами.

Большинство технологических процессов рассматриваемого завода характеризуется непрерывностью технологических операций, начиная от поступления сахарной свеклы и кончая выпуском товарных продуктов (сахарного песка, рафинада и др.). Установки связаны между собой сложной технологической схемой, имеющей много замкнутых материальных потоков и характеризующейся высокой связанностью и взаимной обусловленностью при функционировании различных звеньев.

Рассмотрим основные черты и характеристики предприятия с непрерывным характером производства как объекта управления.

Рассматриваемый завод является производством пищевого профиля. Его оборудование включает в себя около двух десятков установок, среди которых крупнотоннажные установки первичГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ной переработки свеклы, каталитической и термической обработки, осветления, центрифугирования, сушки, товарно-сырьевое хозяйство, а также объекты общезаводского хозяйства.

Основными процессами переработки являются измельчение, обеспечивающее развитую поверхность контакта стружки сахарной свеклы с реагентами; первичная обработка стружки, обеспечивающая получение дистиллятов сахаропродуктов; очистка и осветление сиропа; сушка сахарного песка; прессование рафинада.

Для крупного сахароперерабатывающего производства характерны следующие особенности функционирования: непрерывная подача сырья и полупродуктов на установки; многообразие сортов свеклы, отличающихся качественными показателями; возможность варьирования технологических коэффициентов в некоторых пределах, позволяющая получать различные ассортиментные наборы продукции при использовании одного и того же сырья; наличие параметрической взаимосвязи между варьируемыми способами производства; непрерывное изменение количественных и качественных показателей материальных потоков на различных стадиях переработки; возможность варьирования мощности технологических установок.

Существует также целый ряд возмущающих факторов, приводящих к достаточно частой смене ситуаций на входе и выходе завода. Можно условно разделить эти факторы на внешние и внутренние.

К внешним возмущающим относятся следующие факторы. Нарушение графиков поставки сырьевых ресурсов в количественном и качественном отношении. Нарушение графиков отгрузки товарной продукции. Корректировка плановых заданий на выпуск товарной продукции определенной номенклатуры со стороны вышестоящих организаций и ряд других факторов.

Ко внутренним возмущающим относятся следующие факторы: незапланированный вывод на ремонт и ввод в действие технологических установок; случайный характер условий реализации технологических процессов; случайные изменения количества и качества полупродуктов, получаемых на определенной стадии и направляемых на дальнейшую переработку на следующую стадию.

Анализ технологической схемы показал, что сахарозавод является сложным объектом, который характеризуется следующими свойствами: многообразием функционирования; большим количеством технологических объектов, находящихся в тесной взаимосвязи; потреблением многих видов энергоресурсов и материалов на технологические нужды; частыми изменениями производственной обстановки под действием внешних факторов и внутренних условий; сложными зависимостями между параметрами отбора и качества; большим количеством обрабатываемой информации о состоянии технологических объектов.

Технология плановых расчетов

Рассмотрим основные методологические положения и планово-экономические показатели, определяющие технологический процесс расчета производственной программы сахарного завода.

Производственная программа — это план переработки сахаросодержащего сырья и выпуска сахаропродуктов. В производственной программе должна найти свое место полная увязка работ технологических установок, в совокупности представляющих производственный комплекс. Производственная программа технологической установки в технико-экономических координатах определяется:

  • — производственной мощностью;
  • — нормативами использования сахаросодержащего сырья и полуфабрикатов (коэффициенты расхода);
  • — нормативами выхода продуктов (коэффициенты отбора).

Поскольку в конкретном плановом периоде производственная мощность зависит от величины простоя в ремонтах, плановые расчеты начинаются с построения плана-графика

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ремонтов всех технологических установок. Его составляют в отделе главного механика, исходя из ремонтных нормативов и на основании данных технологических цехов. При распределении ремонтов на протяжении планового года учитываются связи установок по взаимным поставкам полуфабрикатов, целесообразная очередность вывода на ремонт одноименных технологических установок для обеспечения выполнения производства по предприятию в целом, а также исключения пиковых нагрузок ремонтного персонала.

Расходные коэффициенты и коэффициенты отбора устанавливаются в отделе главного технолога и в ряде случаев могут варьироваться в допустимых пределах. Работу всех технологических установок увязывают путем составления материального баланса основного производства в целом. Необходимость в нем обусловлена сложностью внутренних связей на предприятии: одни и те же виды сырья или полуфабрикатов требуются различным цехам или служат для приготовления различных саха-ропродуктов. При помощи баланса сопоставляют ресурсы и потребности и путем внесения корректив в расчеты производства по технологическим установкам и в план смешения устраняют возможные неувязки.

В условиях отсутствия однозначной официальной методики составления плана производства целесообразно рассмотреть практику планово-экономических расчетов по разработке производственной программы конкретного предприятия и на этой основе разработать методику с целью ее дальнейшей автоматизации. Исследование существующей на предприятии технологии плановых расчетов осуществлялось путем опроса работников планово-экономического отдела.

Результаты исследования позволили определить содержательное описание указанной технологии. Прежде всего необходимо отметить, что расчетная схема опирается на следующие особенности: наличие буферных резервуаров с запасами сырья позволяет вести расчет независимо для отдельных участков технологической схемы, включающих в себя, как правило, однудве и реже три установки; все потоки сахаросодержащего сырья делятся на лимитированные и свободные; способ обеспечения баланса осуществляется в каждом конкретном случав, исходя из особенностей соответствующих установок и потоков.

Последовательность расчетов производственной программы в значительной степени определяется структурой технологических связей.

Как описано выше, технологическая схема исследуемого сахарозавода имеет многостадийную последовательно-параллельную структуру без рециклов, что предопределяет характер алгоритма плановых расчетов.

Расчет состоит из двух взаимосвязанных этапов:

  • - расчет производственной программы основного производства;
  • - расчет производственной программы производства готовой продукции.

Исходной информацией к расчету производственной программы основного производства являются:

  • - график планово-предупредительных ремонтов технологических установок (ТУ), поступающий из отдела главного механика;
  • - нормативы для величин потерь, суточных производительностей, расходных коэффициентов отбора в форме установленных значений, либо пределов изменения, поступающие из отдела главного технолога;
  • - директивные задания на сырье, полуфабрикаты, готовую продукцию, а также проценты отбора контрольных проб, поступающие из верхнего уровня управления.

Расчеты производственной программы сахарозавода относятся к числу самых важных, определяющих все остальные планово-экономические расчеты, и в сущности являются самыми сложными расчетами, какие приходится выполнять экономисту предприятия, так как никакая другая работа не требует учета такого большого количества связанных друг с другом и разноречиво действующих факторов.

Анализ процесса расчета производственной программы позволяет сделать следующие выводы:

  • - расчет производственной программы представляет собой сложный многостадийный итеративный вычислительный процесс;
  • - на каждой стадии вычисляется система отношений, представляющих различные виды ограничений определяющих производство (уравнения материального баланса и суммарная продукции, лимиты на входные и выходные потоки установок);
  • - разрешимость системы отношений обеспечивается интеллектуальной поддержкой, выражающейся в установке определенным параметрам производственной программы номинальных значений, исходя из предпочтений, опыта и интуиции планового работника;
  • - в случае возникновения неувязок из-за несовместности стадийных ограничений, а также независимого рассмотрения стадий и этапов вычислительного процесса осуществляются итеративные процессы согласования путем изменения значений параметров производственного процесса (производительностей, расходных коэффициентов и коэффициентов отбора) в допустимых пределах;
  • - процессы согласования в значительной степени определяются ненормируемыми соображениями, опытом и интуицией планового работника, вследствие чего носят трудноформализу-емый характер.

Таким образом, рассматриваемая задача относится к классу плохоструктурируемых проблем со сложными синтетическим характером, содержащим рутинную и интеллектуальную составляющие.

Интегрированное автоматизированное управление производством

Рассмотрим интегрированную систему управления предприятием (ИСУП). При ее создании использованы принципы многоуровневой иерархии, что привело к выделению трех уровней управления, на основе которых построена многоуровневая функциональная структура системы управления.

На первом уровне на базе директивных показателей и прогноза материальных и производственных ресурсов решаются задачи оптимального текущего и календарного планирования. На этом же уровне осуществляется контроль за ходом выпуска продукции в реальном масштабе времени. При выявлении значительных отклонений выпуска продукции и технико-экономических показателей от показателей оптимальных планов модели корректируются.

На втором уровне решаются задачи оперативно-календарного планирования и диспетчерского управления. На основании прогнозирования поступления сырья, отгрузки готовой продукции и состояния технологического оборудования по моделям оперативного планирования рассчитываются задания производства на оперативные промежутки времени.

На третьем уровне решаются задачи управления технологическими процессами: обеспечение оптимальных режимов процессов, контроль и регулирование параметров технологических процессов предприятия.

Структура ИСУП (рис. 4.7) определялась целями ее создания и необходимостью достижения следующих показателей:

  • — обоснованности, сбалансированности и надежности планов;
  • - повышения точности, достоверности и полноты оперативной информации о ходе производства;
  • — более полного использования производственных возможностей технологических установок как на этапе оперативного планирования, так и на этапе оперативного управления;
  • - сокращения затрат за счет рационального выбора вариантов переработки сырья.

Функциональная часть системы охватывает все уровни управления предприятием: руководство предприятия (директор, главный инженер и их заместители); отделы заводоуправления

і Директор

1 Главный инженер

Плановый отдел

____) Производственный отдел

--------ЦДехнический отдел

Диспетчер (Интеллектуальный терминал)

Планы производства на год, квартал, месяц с разбивкой

Текущее и оперативное планирование основного производства

Задачи производственно-хозяйственной и финансовой деятельности предприятия (снабжение, бухучет, кадры)

Сводки, ведомости, документы

Опсративно-диспстчсрскос управление основным производством

Оперативное задание производственному

цеху, уиіаниізкс sa иуїки, имсну

Оперативный контроль и учет основного производства

Сведения о поступлении сырья, выработке, смещении, качестве и отгрузке продукции

Т Т

Автоматизированная система сбора, переработки и ввода в компьютер первичных данных

Автоматизированная система сбора и ввода в компьютер

Интеллектуальный терминал

Начальники цехов и установок, операторы установок и резервуарных парков

Данные об отгрузке продукции11

и приемке сырья

Технологические установки, сырьевые и промежуточные резервуарные парки

Управление процессами

Центральная заводская лаборатория

Основное производство

Рис. 4.7. Функциональная структура ИСУП

(производственный, плановый, технический и др.); диспетчеры завода; начальников цехов, установок и участков; старших операторов, операторов технологических установок и участков; персонал центральной заводской лаборатории (ЦЗЛ).

Исходя из комплексности охвата функций управления производством, ИСУП выполняет:

  • - расчет и корректировку плана основного производства на год, квартал, месяц и внутримесячные периоды;
  • - оперативный учет и контроль показателей количества и качества сахаропродуктов, анализ выполнения оперативных планов и заданий;
  • - расчет нормативов планирования и параметров модели основного производства;
  • - подготовку производственно-технической отчетности;
  • - учет и контроль потребления энергоресурсов, реагентов, катализаторов.

Из структуры ИСУП следует, что она реализует следующие функции: планирования, оперативно-диспетчерского управления (ОДУ), учета и контроля, ряд функций административно-хозяйственной деятельности.

ИСУП предназначена для автоматизации функций управления и планирования основного производства; технической, программной и информационной интеграции функциональных систем и задач; повышения эффективности сбора, передачи и циркуляции технологической и планово-экономической информации; автоматизированного представления этой информации и формируемых рекомендаций управленческому персоналу.

Специфика функционирования и архитектура интеллектуальной системы планирования и управления производством

Как уже было сказано, современное предприятие с непрерывным характером производства является сложной производственной системой, состоящей из десятков технологических установок и сотен резервуаров, связанных материальными потоками, а также обслуживающих цехов и служб. Целью управления предприятием с непрерывным производством является обеспечение выполнения плана производства и безаварийного, ритмичного функционирования предприятия за счет сбалансированной и согласованной работы технологических установок (ТУ) и вспомогательных служб. Управленческие решения вырабатывают группы пользователей (директор, главный инженер, начальник производственного отдела и дежурный диспетчер), различающиеся по компетентности, уровню управления и функциям. Качество этих решений зависит прежде всего от уровня знаний пользователя о данной предметной области и его опыта работы, а также от достоверности поступающей к нему информации о ходе производственного процесса.

Большинство конкретных решений по действиям в сложившейся производственной ситуации принимает дежурный диспетчер. Он постоянно анализирует поступающую к нему информацию, чтобы выявить отклонения от нормального хода производственного процесса. Если такое отклонение произошло, то диспетчеру необходимо найти причину его возникновения. После выявления причины диспетчер вырабатывает последовательность действий по устранению возникшей неблагоприятной производственной ситуации. Таким образом, диспетчер постоянно выполняет задачи слежения за ходом производства, анализа ситуации и планирования действий. Кроме того, ему приходится периодически заниматься рядом расчетно-вычислительных задач.

Другим важным комплексом задач являются задачи планирования. Выше была проанализирована работа плановой службы завода, основные функции которой заключаются в расчете производственной программы предприятия и ее корректировке в течение текущего периода. В отделах главного механика и технического надзора рассчитывается план-график ремонтов ТУ. При изменении условий расчет графика должен увязываться с проблемой распределения трудовых ресурсов ремонтников и с предварительно рассчитываемой статической производственной программой.

Как показал анализ, задачи планирования и оперативнодиспетчерского управления на сахарном заводе тесно взаимосвязаны. Поэтому целесообразна разработка интеллектуальной системы для производства, позволяющей решать как задачи планирования, так и задачи управления и диспетчеризации для пользователей различного уровня. Функционально место такой системы на верхнем и среднем уровнях управленческой иерархии при интеграции в ИСУП.

Перечислим основные задачи, которые должна решать экспертная служба:

  • — выработка и выдача пользователю рекомендаций по принятию оперативных решений;
  • - оперативное выявление отклонений от плановых показателей;
  • - расчет производственной программы предприятия;
  • — расчет графика ремонтов технологических установок;
  • — расчет соотношения сахаропродуктов для первичных технологических установок при диспетчерском управлении;
  • - расчеты по определению количества сахаропродуктов в резервуарах по замерам при диспетчерском управлении;
  • — оперативный учет и контроль движения сырья и сахаропродуктов;
  • - сбор и оперативная выдача пользователю информации о параметрах технологических установок и информации по резервуарам.

Анализ функций и задач управления и планирования, выполняемых управленческим персоналом верхнего уровня сахарозавода, позволяет определить функциональную структуру интеллектуальной имитационной системы (ИИС) и круг ее пользователей.

Интеллектуальная система называется также имитационной, так как имитационные модели в ней используются для решения различных задач, удачно сочетаясь с методами инженерии.

На рис. 4.8 показана функциональная структура и круг пользователей ИИС. Пользователями системы являются директор, главный инженер, начальник производственного отдела, дежурный диспетчер, плановый отдел и отдел главного механика.

Пользователи '

Функции Подфункции

системы

Контроль выполнения плана

Выдача предупреждений. Выработка рекомендаций. Объяснение рекомендаций. Обоснование рекомендаций и прогнозирование на ИМ

Директор

ы

Мониторинг основного производства

Получение актуальной информации из ИСУП. Выдача предупреждений. Выработка рекомендаций. Объяснение рекомендаций. Обоснование рекомендаций и прогнозирование на ИМ

Главный инженер

Начальник производственного отдела

7---Г

Предотвращение аварийных ситуаций

Выдача предупреждений.

Выработка рекомендаций.

Объяснение рекомендаций.

Обоснование рекомендаций

прогнозирование на ИМ

Дежурный диспетчер

^4

Плановый отдел

т Г

Выполнение расчетов

Расчет плана производства. Расчеты при диспетчерском управлении

Отдел главного механика

t[

Предоставление информации о производстве

Информация по резервуарам.

Информация по установкам.

Информация по плану

Рис. 4.8. Функциональная структура ИИС управления и планирования

Основными функциями системы с точки зрения пользователей является: контроль выполнения плана производства; мониторинг основного производства; предотвращение аварийных ситуаций; выполнение плановых расчетов и расчетов при диспетчеризации; представление информации о производстве.

Эти основные функции включают в себя подфункции. Так, каждая из функций предотвращения аварийных ситуаций, контроля выполнения плана производства, мониторинга основного производства состоит из подфункций: выдачи предупреждений; выработки рекомендаций; объяснения рекомендаций; обоснования рекомендаций и прогнозирования на имитационной модели (ИМ). Кроме этих подфункций, мониторинг основного производства включает в себя подфункцию получения актуальной информации из распределенной базы данных интегрированной системы управления. Функция выполнения расчетов состоит из следующих подфункций расчета плана производства, расчета графика ремонтов, расчетов при диспетчерском управлении. Функция предоставления информации о производстве включает в себя подфункции выдачи информации по резервуарам, технологическим установкам и плановой информации.

Мониторинг основного производства означает непрерывную или периодическую интерпретацию сигналов и выдачу оповещений о ходе производственного процесса и отклонениях от заданных показателей, а также о состоянии резервуаров при возникновении ситуаций, требующих вмешательства. Распознавание и предупреждение возникновения критических ситуаций осуществляется в реальном масштабе времени.

Расчетные функции связаны с выполнением плановых расчетов и расчетов при диспетчерском управлении производством. Например, определение требуемого соотношения разных типов сырья на входе технологической установки реализуется в общем виде следующим образом. Для максимально эффективной переработки сырья разного вида оно должны смешиваться в определенной пропорции на входе установки первичной переработки. Поэтому решаются задачи такого типа: если на переработку поступает определенное количество типов сырья, то определить сколько процентов каждого вида сырья должно быть в смеси, поступающей на вход установки.

Таким образом, функционально ИИС предназначена для помощи пользователям в процессе их работы и обеспечивают их советами-рекомендациями по действиям в сложившейся производственной ситуации, оперативной и достоверной информацией, а также возможностью выполнять задачи расчетного характера. На рис. 4.9 показана архитектура ИИС.

Архитектура интеллектуальной имитационной системы и ее связь с распределенной БД интегрированной системы управления предприятием

Рис. 4.9. Архитектура интеллектуальной имитационной системы и ее связь с распределенной БД интегрированной системы управления предприятием

База данных служит для накопления и хранения в структурированном виде формализованных на языке представления проблемно-ориентированных знаний эксперта о предметной области, а также фактографической информации.

Механизм вывода предназначен для поиска рекомендаций и решений по действиям в каждой конкретной производственной ситуации.

Блок объяснения рекомендаций предназначен для формирования текстов объяснений и работает на основе трассировки (прямой и обратной) механизма вывода.

Блок обоснования и прогнозирования предназначен для оценки развития производственной ситуации при предлагаемых варианта решения или рекомендации, на основе прогноза при помощи математического моделирования процесса или объекта. Прогнозирующая система логически выводит вероятные следствия из задаваемых ситуаций. Получаемые результаты составляют основу для прогноза и обоснования.

Расчетный блок служит для выполнения ряда функций, сводящихся к конкретным численным расчетам, например, плановым расчетам, расчетам по резервуарам, определению требуемого соотношения разных типов сырья на входе технологической установки.

Блок связи с распределенной базой данных ИСУП предназначен для получения актуальных данных о ходе производства из распределенной БД ИСУП и занесения туда необходимой другим пользователям и системам информации. Используется в случае необходимости и для инициирования механизма вывода.

Имитационное моделирование процесса расчета плана

Под имитационным моделированием понимается метод машинного моделирования процессов с многократным отслеживанием их протекания для различных условий.

В отличие от оптимизационных, имитационные (оценочные) модели включают в себя: уравнения связи, в явной или неявной форме; ограничения на управляемые и неуправляемые переменные; подсчет (но не оптимизацию) целевой функции. Необходимо

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ отметить, что целевая функция в явной форме при постановке трудноформализуемых задач принятия решений может отсутствовать. В отличие от других видов моделирования, формализованная постановка на основе имитационного моделирования в значительной степени опирается на модель предметной области с использованием содержательного формализма.

Для формализованного представления процессов сахаропе-реработки наиболее удобным является сетевой анализ, выразительные средства которого наиболее близки к содержательным представлениям конечного пользователя.

В рамках указанного формализма сахароперерабатывающее производство может быть представлено в виде многопродуктовой сети с рециклами:

с = < U, Р >,

где U — конечное множество вершин (узлов); Р — конечное множество дуг.

Узлам указанного графа, который в дальнейшем именуется технологическим, соответствуют установки или процессы смешения, а дугам — потоки сахаропродуктов. Задача расчета производственной программы на основе имитационного моделирования может быть формализована путем нагрузки технологического графа потоками характеристик, связей и отношений. Рассмотрим основные характеристики и отношения, определенные на технологическом графе в аспекте рассматриваемой прикладной задачи.

Каждая г-я вершина графа, соответствующая основному производству, представляет собой установку с т входами и п. выходами, режимы работы которой в технико-экономических координатах задаются следующими параметрами:

  • — G — суточная производительность;
  • - Т — рабочий ресурс;
  • - (j = 1.... т.) — вектор коэффициентов расхода;
  • - а.к (к = 1.... п.) — вектор коэффициента отбора.

Производственные возможности технологических установок задаются в виде неоднозначных моделей, или моделей с переменными коэффициентами. В моделях с переменными коэффициентами для каждой г-й установки задаются: границы изменения коэффициентов расхода pzy ,ру- , границы изменения коэффициентов отбора а“т,а“ах, а также границы изменения производительности Gtmin, G ™ах.

Каждая г-я вершина графа, соответствующая процессу смешения, задается вектором коэффициентов вовлечения

Рл min л max 1

у,Ру ,pzy , где J = 1, —ЧИСЛО

компонент компаундирования.

Каждая г-я дуга графа определяет поток сахаропродукта со следующими характеристиками:

  • — V— значение запаса первого потока;
  • — rjmin, Kimax — соответственно минимально и максимально допустимые уровни запаса;
  • Р — признак отношения к производству:
    • ? fO, если сырье,
    • 1 |1, если готовая продукция-,
  • — 5'1 — признак отношения к процессу (компаундирование):

[1, компонент,

51 = <

[О, в противном случае;

{1, если поток лимитирован,

О, в противном случае ;

_ у°ст лимит на остаток от потребления;

— У — признак лимитируемости на производство:

[1, если поток лимитирован,

— i = 5

[О, в противном случае ;

тгвЫП

  • — — лимит на производство;
  • — V — объем поставляемого первого сырья согласно договорам на поставку;
  • VB заказ потребителей на объем готовой продукции e-го вида;
  • дв нормативный показатель качества e-го компонента;
  • — д/ — значение показателя качества по ГОСТу для каждого 1-го сахаропродукта.

Остальные обозначения будут вводиться в рассмотрение в контексте последующего изложения.

Дальнейшая формализация постановки задачи связана с процессом преобразований технологического графа — выделением фрагментов путем разрыва потоков и формирования их упорядоченной последовательности. Каждый фрагмент соответствует стадии в последовательной многостадийной вычислительной схеме конечного пользователя. Указанное преобразование выполняется на основе содержательного анализа технологического графа и должно удовлетворять следующим требованиям:

  • — в одну стадию могут быть объединены установки, для которых к моменту расчета известны все входные потоки;
  • — должны обеспечиваться условия разрешимости, т.е. однозначного вычисления всех переменных, входящих в данную стадию.

Это позволяет рассматривать процесс моделирования на каждой стадии независимо от других.

Процесс межстадийного согласования носит неформальный характер и в общем случае может быть реализован интерактивными средствами.

Рассмотрим основные ограничения, определяющие расчет производственной программы установок основного производства:

— позиционные ограничения на параметры технологических установок:

Р7"

(4.1)

r/min

aik

< r/max

s alk

— позиционные ограничения на запасы сырья:

^тіп < < ^тах; (4.2)

— ограничения материального баланса на входе, т.е. сумма относительных расходов для каждой г-й установки должна быть равна единице:

ті

ХР/,=1; (4.3)

  • 7=1
  • — ограничения материального баланса на выходе, т.е. сумма относительных выходов для каждой г-й установки, должна быть равна единице, за вычетом величины относительных потерь Р.:

Хаік=1~рі< (4-4)

к=

— функциональные ограничения, т.е. сумма относительных выходов группы сахаропродуктов (сумма сахара-песка, сумма рафинада и т.д.) для каждой г-й установки фиксируется установленными нормативами:

ЕаЛ<> (4.5)

к=1

где W — значение норматива, L — число потоков в группе;

  • — ограничения на потребление потока, т.е. суммарный расход для каждого г-лимитируемого сахаропродукта с Р потребителями, должен быть равен запасу Vt за вычетом лимита на остаток cm:
  • (4-6)

г є Bi-

ГДЄ В— множество установок, потребляющих 1-й поток;

— ограничения на выпуск потока, т.е. суммарное производство для каждого г-го сахаропродукта с S источниками должно быть равно заданному значению У*ып с учетом начального запаса:

^G^ + V^Vr", (4.7)

і є Л/

где А — множество установок, вырабатывающих г-й сахаро-продукт.

Рассмотрим основные ограничения, определяющие область допустимых вариантов производственной программы для стадий, соответствующих процессам компаундирования:

— позиционные ограничения задают диапазон изменения коэффициентов вовлечения:

р,7п<р^<р^; (4.8)

- ограничения материального баланса сумма коэффициентов вовлечения для каждого г-го процесса компаундирования должна быть равна единице:

ЕРї,=і; (4.9)

  • 7 = 1
  • - ограничения на потребление потока, т.е. суммарный расход для каждого г-го компонента, используемого для приготовления видов готовой продукции, не должен превышать имеющегося запаса, за вычетом лимита на остаток:
  • ? Угвып^ < - Viocm, (4.10)

геЛ/

где А. — множество установок, потребляющих г-й сахаро-продукт;

— ограничения на качество — качество г-го сахаропродукта, должно соответствовать ГОСТу:

т,

  • 2$Vgj=gi- (4.11)
  • 7=1

Необходимо отметить, что значения лимитов, накладываемых на выпуск и потребление сахаропродуктов, определяются заказами потребителей либо представляют собой предпочтения, задаваемые плановым работником.

Совокупность рассмотренных выше условий как для процессов основного производства, так и для процессов компаундирования определяют замкнутую ограниченную область в пространстве управляющих параметров, каждая точка которой характеризует определенный допустимый вариант.

Таким образом, поставленная задача формулируется следующим образом: на множестве допустимых вариантов, определяемом условиями (4.1), (4.2), найти вариант производственной программы, удовлетворяющий системе ограничений (4.2) — (4.7), (4.8) - (4.11) и предпочтениями конечного пользователя.

Принципы реализации имитационной модели планирования сахароперерабатывающего производства

При разработке имитационной модели планирования целью является автоматизация процесса планирования сахароперерабатывающего производства на основе имитации существующей технологии плановых расчетов.

Имитационное моделирование процессов принятия решений базируется на трех основных аксиомах теории управления организационными системами: конечный пользователь имеет представление о важнейших переменных модели; умеет оперировать важнейшими переменными; владеет функцией чувствительности модели по отношению к указанным переменным.

Рассмотрим содержательное представление имитационной модели расчета производственной программы.

  • 1. Прежде всего все множество технологических установок разбивается на подмножество (стадии), в соответствии с принципами, сформулированными при формализованной постановке задачи, и образуется их упорядоченная последовательность.
  • 2. Для каждой стадии определяется расчетная схема в виде совокупности отношений, определяющих расчет производственной программы установок, входящих в данную стадию.
  • 3. Выполняется процедура обеспечения разрешимости, которая сводится к установке определенным параметрам модели номинальных значений, благодаря чему расчет сводится к последовательному вычислительному процессу.
  • 4. Задаются все необходимые исходные данные, с учетом существующей неопределенности, на основе разработанных механизмов. Расчет представляет собой волну вычислений, последовательно развивающуюся от стадии к стадии. В случае возникновения несовместностей в расчетах, вызванных некорректным заданием расчетной схемы, либо нарушением условий допустимости на вычисляемые переменные, осуществляется корректировка модели, возврат к ранее рассчитанным стадиям и организация повторной волны расчетов. Процесс итеративного согласования осуществляется до полного устранения возникшей несовместности. Указанная процедура относится к классу трудноформализуемых из-за неоднозначности выбора альтернатив и в общем случае выполняется в интерактивном режиме непосредственно конечным пользователем.
  • 5. Модель в процессе расчетов осуществляет выявление стереотипных ситуаций в неформальных процессах коррекции и их моделирование на основе прямой имитации причинно-следственных связей. Таким образом, реализуется механизм адаптивной автоматизации процесса планирования.

Выработанный на содержательном уровне алгоритм создает предпосылки для перехода к концептуальному представлению.

Концептуальная модель содержит необходимую и достаточную совокупность формализованных описаний предметной области, не касаясь способов представления данных пользователю, организации в памяти и других аспектов.

Учет неопределенности в системе

Механизм адаптивной автоматизации предусматривает поэтапную автоматизацию в процессе эксплуатации системы в интерактивном режиме, путем выявления стереотипных ситуаций в трудноформализуемых процессах как на основе содержательного анализа экспертной информации, так и автоматически.

Моделирование трудноформализуемых процессов и учет лингвистической неопределенности в имитационной модели планирования реализуется с помощью специального блока устранения критических ситуаций, представляющего собой ситуационную модель процесса согласования с использованием лингвистических переменных. Этот блок выполняет роль интеллектуальной приставки, обеспечивающей моделирование трудноформализуемых процессов планирования.

В качестве инструментального средства реализации указанного подхода используется метод, основанный на теории нечетких продукционных моделей. В рамках принятого формализма процесс коррекций представляется в виде следующих правил:

Если S. a ... S , тогда d. a cL... dD...d ,

где S2,...Sp набор нечетких термов, представляющих ситуацию; d, d2... dB набор нечетких термов, представляющих действия по их устранению.

Как показал информационно-логический анализ, указанные термы могут быть структуризованы следующим образом:

Терм-ситуация Sp состоит из следующих элементов:

5 = <и , Т , L , D , F >, р р> р’ р> р’ р ’

где ир объект, который может принимать одно из двух значений (установка, поток); Тр тип переменной (производительность, отбор, расход); Lp направление нарушения границы; Dp лингвистическая переменная, определяющая величину отклонения, принимающая одно из трех значений (малое, среднее, значительное); F — параметрически задаваемая функция принадлежности лингвистической переменной.

Терм-действие dB состоит из следующих элементов:

~ < Рв, ив> Тв, QB, RB, FB>,

где dB пункт возврата по графу, задается номером стадии; ив объект, аналогично ив в описании Sp; Тв тип переменной, аналогично Тр в описании Sp, QB лингвистическая переменная, определяющая корректирующее действие, принимающее одно из трех значений (около, увеличить, уменьшить); RB — лингвистическая переменная, определяющая уровень корректирующей операции (немного, средне, существенно); FB параметрически задаваемая функция принадлежности лингвистической переменной QBU Rd.

?j D

При машинном представлении продукционной модели, указанные правила помещаются в базу правил. Отличительной особенностью системы является возможность автоматического заполнения базы правил. Для этого в системе определен уровень стереотипности критической ситуации кв, представляющий собой отношение случаев применения данного правила при устранении критической ситуации к общему числу появления указанной ситуации:

кв = п-

п

где пв число применений данного правила; п — общее число появлений данной критической ситуации.

При эксплуатации системы в интерактивном режиме ведется статистика появлений критических ситуаций и фиксируются частоты использования конечным пользователем соответствующих правил. В случае, когда частота использования соответствующего правила превышает установленный уровень стереотипности, правило автоматически помещается в базу правил.

Рассмотрим примеры представления правил устранения для критических ситуаций, представленных на рис. 4.11 и 4.12.

Терм-ситуация, соответствующая рис. 4.11, имеет вид:

Sp = < объект = 096, тип = «запас», напр = «нижняя», величина = «малое», (0.8, 1.2) >.

Терм-действие будет иметь вид:

DB = < стадия = 5, уст = 42-1, тип = «производ.», операция = «около», (0.9,1.1) >.

Аналогично и для ситуации 2, представленной на рис. 4.12:

Sp = < объект = 32-1, тип = «производ.», напр = «верхняя», величина = «Значительное», (0.75, 1.1) >.

Терм-действие:

dB = < стадия = 8, уст = 31-1, тип = «производ», операция = «увеличить», уровень = «существенно», (0.8, 1.1) >.

Критическая ситуация

УСТ.31-1 “

ЗАПАС

ПРОДУКТ: 096 ВАК. УСТ.42

НИЖНЯЯ ГРАНИЦА 20000.

ВЕРХНЯЯ ГРАНИЦА 30000.

РА СЧЕТНОЕ ЗНАЧЕНИЕ 14800.

Рис. 4.11. Сообщение о критической ситуации 1

Критическая ситуация

УСТ.32-1

ПРОИЗ ВОДИТЕЯЬНОС ТЬ

НИЖНЯЯ ГРАНИЦА 2000.

ВЕРХНЯЯ ГРАНИЦА 2500.

РА СЧЕТНО Е ЗНА ЧЕН ИЕ 3200.

Рис. 4.12. Сообщение о критической ситуации 2

Работа блока устранения критических ситуаций происходит следующим образом. При возникновении критической ситуации информация поступает в блок устранения критических ситуаций. Происходит активизация системы правил и поиск соответствующей продукции путем сравнения по образцу. При совпадении происходит инициация процедур устранения. В случае отсутствия соответствующего правила сообщение о критической ситуации выдается на экран терминала для анализа и принятия решений конечным пользователем.

Таким образом, модель приобретает характер самообучающейся адаптивной системы, где уровень автоматизированности определяется реальным уровнем формализуемости процесса планирования.

Процедуры принятия решений при планировании производства во взаимодействии с имитационной моделью планирования в ЭИС.

Эффективность применения компьютеров в области автоматизации организационно-экономического управления зависит от гибкости человеко-машинных процедур, позволяющих

ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ делать сравнительный анализ вариантов решений на основе критериев носящих качественный характер.

Основным критерием при выборе инструментальных средств диалогового режима в имитационной системе для расчета плана является обеспечение максимальных удобств для непрофессионального пользователя. На различных этапах процесса расчетов используются формы и методы, наиболее приемлемые для данной ситуации.

Рассмотрим процедуру расчета производственной программы на имитационной модели.

Имитационная модель планирования представляет собой сложный итеративный вычислительный процесс, протекающий при активном участии конечного пользователя. Общая схема решения задачи расчета производственной программы состоит из следующих этапов:

  • - настройка модели и ввода исходных данных;
  • - собственно расчет при активном участии плановика.

Настройка модели состоит из следующих процедур:

  • - определение состава и последовательности стадий. Данная процедура выполняется только в случае изменения в технологической схеме (ликвидация старых и ввод новых установок):
  • - определение состава и числа расчетных переменных;
  • - определение состава и числа лимитируемых и свободных потоков;
  • - назначение исходя из директив и собственных предпочтений лимитов на соответствующие потоки;
  • - задание номинальных значений соответствующим параметрам установок.

Тем самым формируется расчетная схема, вся ответственность за разрешимость которой лежит на пользователе.

Необходимо отметить, что расчетная схема носит достаточно устойчивый характер и, как правило, меняется при существенных изменениях в производственном процессе и сложившихся предпочтениях плановика.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >