The Problem of Managing a Multi-Connected Production System Using Lean Manufacturing Principles

D. Yu. Muromtsev; Муромцев Дмитрий Юрьевич; B. S. Dmitrievsky; Дмитриевский Борис Сергеевич; A. A. Terekhova; Терехова Анастасия Андреевна; A. A. Tretyakov; Третьяков Александр Александрович; I. A. Elizarov; Елизаров Игорь Александрович; V. N. Nazarov; Назаров Виктор Николаевич

doi:10.17277/vestnik.2024.01.pp.006-016

The Problem of Managing a Multi-Connected Production System Using Lean Manufacturing Principles

Authors: Muromtsev D.Y.¹, Dmitrievsky B.S.¹, Terekhova A.A.¹, Tretyakov A.A.¹, Elizarov I.A.¹, Nazarov V.N.¹
Affiliations:
1. Tambov State Technical University
Issue: Vol 30, No 1 (2024)
Pages: 6-16
Section: Automation. Information Technology. Control. Instruments
URL: https://ogarev-online.ru/0136-5835/article/view/278714
DOI: https://doi.org/10.17277/vestnik.2024.01.pp.006-016
ID: 278714

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

The features of multi-connected production systems and their management problems are considered. A model of multi-connected production systems is proposed as a set of processes in the production cycle, taking into account material, information flows and disturbances from the internal and external environment. The state of a multi-connected production system is assessed by technological, technical-economic, organizational indicators and the investment effectiveness. An approach to management based on the concept of lean production is proposed, the goal of management is formulated and the management task is set as a search for rational control actions. The structure of the control system and functional subsystems are considered.

Keywords

lean manufacturing, information flows, organizational processes, production system, control system, state of the system, technological processes, control influences

Full Text

Введение

Многосвязные производственные системы (МПС) в своем составе имеют большое число интенсивно эксплуатируемого технологического оборудования, а также разнообразных технологических, ремонтных, информационных, трудовых и других процессов и отличаются наличием организационной составляющей из-за присутствия в них сотрудников. Поэтому, кроме задач управления технологическим оборудованием, важное значение имеют управленческие задачи организационного характера (планирование, учет, составление расписаний и т.п.) [1 – 6].

Улучшение управления в МПС состоит в усовершенствовании системы взаимосвязаных материальных и информационных потоков, в выработке оперативных управленческих воздействий.

Востребованность усовершенствования обусловлена следующими обстоятельствами:

– в период санкций становится актуальной задача управления МПС в непредсказуемых условиях;

– возрастает значение МПС в решении оборонных и народнохозяйственных задач;

– увеличивается роль использования технологий двойного применения.

Основная особенность задачи управления МПС из-за ее сложности как объекта управления состоит:

1) в большой размерности задачи, огромном количестве распределенных во времени и пространстве разнообразных возмущающих и управляющих воздействий;

2) использовании документооборота, посредством которого осуществляется хранение информации и ее движение, связанное с большим числом сотрудников, участвующих в управлении.

Анализ многосвязной производственной системы

Рассмотрим формализацию управления МПС. В отличие от технологических процессов, в производственных, наряду с оборудованием, присутствуют люди, наделенные правом принимать управленческие решения, их поведение в различных ситуациях может быть разным. Как будет вести себя оборудование можно описать математической моделью, поведение сотрудников – практически нельзя. В многосвязной производственной системе взаимосвязи между элементами носят как информационный, так и материально-технический характер. Здесь важна обработка информации о состоянии системы, которую следует превратить в информацию для принятия решений [7 – 10]. При этом необходима взаимосвязь между элементами в планировании, распределении ресурсов и т.п.

Для многосвязной производственной системы актуальной целью становится формирование единой автоматизированной системы управления (АСУ), которая обеспечит реализацию всех задач управления [11 – 16]. Представим модель МПС как совокупность процессов производственного цикла, учитывающих как материальные, так и информационные потоки, а также внутреннюю и внешнюю среды (рис. 1).

Рис. 1. Модель управления МПС:

S_з, S_т – соответственно заданное и текущее состояние МПС; U, Z, V – воздействия соответственно управляющее, внешней и внутренней среды

Конкурентоспособность продукции зависит как от ее технологического уровня, определяющего новизну и соответствие требованиям покупателей, так и от уровня издержек, зависящего от применяемой технологии. Отсюда появляются задачи минимизации издержек производства, быстрой перестройки многосвязных технологических процессов, поставки выпускаемой продукции небольшими объемами с заданным качеством, удовлетворяющим покупателя.

Производство достигнет поставленной цели при выпуске продукции, которая быстро и выгодно продается. Для этого необходимы оценивающие показатели продажи всех видов продукции, на основе которых можно останавливать выпуск продукции, плохо влияющей на платежеспособность и оборачиваемость активов, или, в противном случае, ускорять продажу. При этом следует уменьшать затраты, не обеспечивающие воспроизводство производственных фондов и оборотных средств. При существующих в настоящее время темпах инфляции и скорости оборота оборотных активов необходимо уменьшить направление прибыли на увеличение оборотных средств, так как это приводит к занижению расчетной себестоимости и перетоку в прибыль оборотных средств, которая идет на налоги и внепроизводственные расходы.

Выбор методологии управления

В качестве средства системного подхода к управлению МПС выберем интеграцию концепции бережливого производства и поддержание следующих показателей производственных процессов на заданном уровне: технологических, технико-экономических, организационных, эффективности инвестиционных вложений. Под концепцией «бережливого производства» будем понимать получение ценности, представляющей совокупность характеристик продукции, за которую покупатель готов заплатить производителю.

Рассматривая управление МПС с позиции управления «бережливым производством», включая процессы с потребителями, повышается эффективность производственной системы за счет эффективности АСУ. Таким образом, можно достигнуть оптимальности как продукции (повысить качество) за счет снижения издержек и потерь, так и производственного процесса, в том числе планирования, маркетинга, закупок материалов, реализации продукции и т.д.

В нашей стране традиционно учитывают полную себестоимость. Однако можно рассчитывать затраты способом, когда учитывается неполная себестоимость. В условиях «бережливого производства» необходимы новые системы формирования информации о затратах. Следует разбить все затраты на элементы и затем определенным образом структурировать по виду затрат, работ, продукции, рабочему месту, экономическим элементам и статьям калькуляции. Необходимо выделить объект «ответственный исполнитель» – сотрудник, ответственный за возникновение каждого вида расходов. Исходя из специфики МПС, необходимо определить, как классифицировать затраты, детализировать места, на которых они возникают и как они связаны с «ответственными исполнителями». Это позволит рассчитать на каждый заказ показатели плановой и фактической степени покрытия, определить отклонение и «узкие» места и соответственно принять правильные управленческие решения. Если проанализировать ситуацию, то можно планировать затраты и управлять финансовыми результатами в заданный период времени.

Под управлением МПС будем считать процесс формирования и реализации мер организационно-технического характера, обеспечивающих эффективное протекание технологических и организационных процессов. Для этого необходимо управлять указанными процессами в реальном времени.

Задачей управления МПС является определение планового хода процессов производства; текущего состояния процессов; проведение анализа отклонения с последующим выбором управляющего воздействия по распределению имеющихся ресурсов, сводящих данные отклонения к минимуму.

Цель управления МПС, повышающего «бережливость», состоит в обеспечении ее функционирования путем адаптации к внешней и внутренней среде, согласования и координации оперативных планов по всем бизнес-процессам МПС, обеспечения каждого уровня управления необходимой информацией, контроля выполнения планов, их корректировки, создания мотивации персонала к заинтересованности и готовности каждого к взаимодействию по усовершенствованию рабочего процесса.

Постановка задачи управления

Для эффективного управления МПС предлагается принцип управления, рассматривающий МПС как совокупность технологических и бизнес-процессов и основанный на обратной связи, учитывающей внутреннюю среду.

Оперативное управление МПС осуществляется за счет координации планов и ресурсов. От процессов производства передается информация об их состоянии в подсистемы управления. На основе анализа данных принимаются управляющие воздействия.

Вектор входных переменных

$u = < u_{1}, u_{2}, u_{3} >, u \in U$

характеризует технологические, внутренние и внешние информационные потоки.

Вектор выходных переменных

$s = < s_{1}, s_{2}, s_{3}, s_{4} >, s \in S$

характеризует состояние производственной системы в каждый момент времени, которое определяется следующими показателями: технологическими s₁, технико-экономическими s₂, организационными s₃, эффективности инвестиционных вложений s₄.

Под оптимальным управляющим воздействием будем понимать такое, которое обладает экстремальным свойством по отношению к критерию «ценность продукции», причем выявление ценности продукции происходит на каждом этапе жизненного цикла продукции.

Рациональным будем называть управляющее воздействие, которое удовлетворяет сложившемуся уровню требований покупателя к ценности продукции. Класс рациональных воздействий включает в себя класс оптимальных.

Поставим задачу управления МПС как поиск рациональных управляющих воздействий и сформулируем ее следующим образом: на всех этапах жизненного цикла продукции найти управляющие воздействия , при которых выполняется концепция «бережливого производства»

$Э^{*} < Э = F (z, v, r) < Э^{* *}$ (1)

с учетом внешней и внутренней среды и ограничениями на ресурсы:

$\begin{array}{l} z \in Z; \\ v \in V; \\ r = f (u, s); \\ s = ϕ (u); \\ u \in U; \\ s \in S, \end{array}$ (2)

где r – кортеж управляющих воздействий; Э – ценность продукции; Э^**, Э^* – верхняя и нижняя границы показателя ценности продукции; Z, V, S – множества состояний внешней и внутренней среды и состояний МПС соответственно; U – множество ресурсов на данный момент времени.

К возмущениям из внешней среды отнесем отклонения сроков поставок материалов, повышение цен и др.; из внутренней – внеплановые ремонтные работы, отклонения норм расхода материалов, больничные сотрудников и т.п. Управляющие воздействия в МПС также имеют разнообразный характер: задания по производству и реализации продукции в разные периоды, выполнению заказов, заработной плате и др. Управляющие воздействия в организационных процессах определяются из создаваемых управленческих отчетов, а в технологических – с использованием математических моделей.

Подсистемы автоматизированной системы управления многосвязной производственной системы

Автоматизированная система управления МПС представляет собой многоуровневую систему [17 – 20]. У каждого уровня есть свои особенности: на верхнем – планирование проектов и оперативное планирование; среднем – управление организационными процессами; нижнем – управление технологическими процессами.

Каждый уровень системы управления (кроме высшего) получает плановое задание с верхнего, определяет необходимые ресурсы для выполнения задания и реализовывает его. В отдельные периоды цели имеют конкретный вид, выраженный используемыми критериями. Последовательно согласовывая цели подсистем разного уровня, добиваемся эффективного управления. При этом для принятия управляющих воздействий важную роль играют функционально-информационные модели, дающие возможность построить информационные модели и на их основе разработать базы данных, образующие единое информационное пространство. Информация поступает от внешних источников и подсистем. Структурная схема АСУ МПС представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема АСУ МПС

Модуль «Выбор инвестиционного проекта» осуществляет планирование продукции заданного качества. Чтобы определить конкурентоспособность продукции объединяются показатели технологического уровня всех производственных участков. Управление инвестиционными проектами состоит в определении типов продукции, обеспечивающей минимальные издержки, и планировании выпуска в необходимых объемах именно данной продукции. Это возможно сделать путем моделирования.

В модуле «Составление производственных расписаний» проводится оперативное управление процессами производства с учетом: технологических ограничений (графиков работы оборудования, производительности, характера взаимосвязи среди операций, временем технологических переходов и др.); особенностей производственной среды (задержания поставок сырья, наименований товарной номенклатуры и др.); материально-технических ресурсов.

Модуль «Мониторинг производственного процесса» в реальном времени показывает нахождение каждого вида ресурса и его размещение в рабочую смену. Визуализация производственного процесса осуществляется с помощью таблиц и графиков.

Автоматизированная система управления МПС основана на использовании оперативных данных от наиболее важных функциональных подсистем (рис. 3).

Рис. 3. Функциональная структура АСУ МПС

Цель управления МПС достигается разработкой методологической базы АСУ МПС, задача которой состоит в управлении не только технологическими, но и организационными процессами, в том числе обеспечением производства, маркетингом, реализацией продукции и др.

Функциональная структура подсистемы управления организационными процессами (рис. 4) состоит из подсистем:

Рис. 4. Функциональная структура подсистемы управления организационными процессами

– формирования инвестиционных проектов;

– оперативного планирования и управления;

– управления материально-техническими ресурсами, потоками энергии, энергооборудованием, затратами и производительностью труда.

Заключение

Создание автоматизированной системы управления многосвязной производственной системой позволит:

– выбрать наилучший инвестиционный проект;

– обеспечить управление многосвязным производством по критерию «бережливое производство»;

– оперативно оценивать результативность задач планирования и их корректировки;

– найти потребности в ресурсах для обеспечения потребностей покупателей;

– определить «узкие места» производственного цикла;

– установить, на каком технологическом оборудовании выполняется заказ, рассчитать производительность труда, затраты на производство;

– сократить количество непредусмотренных остановок производства.