Планирование (производственные процессы)

редактировать

Планирование - это процесс организации, контроля и оптимизации работы и рабочих нагрузок в производственном процессе или производственном процессе. Планирование используется для распределения производственных и машинных ресурсов, планирования человеческих ресурсов, планирования производственных процессов и закупки материалов.

Это важный инструмент для производства и инженерного дела, где он может иметь большое влияние на производительность процесса. В производстве цель составления расписания - минимизировать время и затраты на производство, сообщая производственному предприятию, когда производить, с каким персоналом и на каком оборудовании. Но это академическая цель. С точки зрения бизнеса, первоочередной задачей является соблюдение установленного клиентом срока. Большинство крупных заводов требуют составления графиков для сглаживания потокового производства, выравнивания производства, сохранения страхового запаса, соблюдения времени цикла или продолжения назначения заданий автоматическим машинам или линиям в качестве следующего приоритета.

В некоторых ситуациях планирование может включать случайные атрибуты, такие как случайное время обработки, случайные сроки выполнения, случайные веса и стохастические поломки машины. В этом случае проблемы планирования упоминаются как Стохастическое планирование.

Содержание

  • 1 Обзор
  • 2 Ключевые концепции в планировании
  • 3 Алгоритмы планирования
  • 4 Планирование серийного производства
    • 4.1 Предпосылки
    • 4.2 Планирование в среде пакетной обработки
    • 4.3 Анализ времени цикла
    • 4.4 Визуализация
    • 4.5 Алгоритмические методы
  • 5 См. Также
  • 6 Ссылки
  • 7 Дополнительная литература
  • 8 Внешние ссылки

Обзор

Планирование - это процесс организации, контроля и оптимизации работы и рабочих нагрузок в производственном процессе. Компании используют обратное и перспективное планирование для распределения производственных и машинных ресурсов, планирования человеческих ресурсов, планирования производственных процессов и закупки материалов.

  • Планирование вперед - это планирование задач, начиная с даты, когда ресурсы становятся доступными, чтобы определить дату отгрузки или срок выполнения.
  • Планирование в обратном направлении - это планирование задач с даты выполнения или требуемой даты для определения начала дату и / или любые требуемые изменения мощности.

Преимущества планирования производства включают:

  • сокращение переналадки процесса
  • сокращение запасов, выравнивание
  • снижение затрат на планирование
  • Повышение эффективности производства
  • Выравнивание рабочей нагрузки
  • Точное указание сроков поставки
  • Информация в реальном времени

Инструменты планирования производства значительно превосходят старые методы планирования вручную. Они предоставляют производственному планировщику мощные графические интерфейсы, которые можно использовать для визуальной оптимизации рабочих нагрузок в реальном времени на различных этапах производства, а распознавание образов позволяет программному обеспечению автоматически создавать возможности планирования, которые могут быть не очевидны без это взгляд на данные. Например, авиакомпания может пожелать свести к минимуму количество выходов на посадку в аэропорту, необходимое для ее самолета, чтобы снизить затраты, а программное обеспечение для планирования может позволить планировщикам увидеть, как это можно сделать, путем анализа расписания, использования самолетов или поток пассажиров.

Ключевые понятия в планировании

Ключевым признаком планирования является производительность, соотношение между количеством вводимых ресурсов и количеством выпуска. Ключевые понятия здесь:

  • Входы: Входы - это оборудование, рабочая сила, материалы, инструменты, энергия и чистая окружающая среда.
  • Выходы: Выходы - это продукты, произведенные на заводах либо для других заводов, либо для конечного покупателя.. Объем производства одного продукта на одном заводе регулируется транзакционными затратами.
  • Выходные данные на фабрике: выходные данные любой одной рабочей области на фабрике являются входными данными для следующей рабочей области на этой фабрике. согласно производственному процессу. Например, результат резки - это вход в цех гибки.
  • Выходной файл для следующей фабрики: В качестве примера, продукция бумажной фабрики - это вход для фабрики печати. Продукция нефтехимического завода поступает на асфальтобетонный завод, косметический завод и завод пластмасс.
  • Продукция для конечного покупателя: продукция завода поступает потребителю через сервисный бизнес, такой как розничный торговец или компания по укладке асфальта.
  • Распределение ресурсов: Распределение ресурсов - это присвоение входов для производства продукции. Цель состоит в том, чтобы максимизировать выход с заданными входами или минимизировать количество входов для получения требуемого выхода.

Алгоритмы планирования

Планирование производства может потребовать значительных вычислительных мощностей, если существует большое количество задач. Следовательно, используется ряд сокращенных алгоритмов (эвристика ) (также известных как правила диспетчеризации ): ​​

Планирование серийного производства

Предпосылки

Серийное производство календарное планирование - это практика планирования и составления графиков серийных производственных процессов. См. Серийное производство. Хотя планирование может применяться к традиционно непрерывным процессам, таким как рафинирование, оно особенно важно для периодических процессов, таких как процессы для фармацевтических активных ингредиентов, биотехнологические процессы и многие специальные химические процессы. Планирование серийного производства разделяет некоторые концепции и методы с планированием конечной мощности, которое применялось для решения многих производственных задач. Конкретные вопросы планирования процессов серийного производства вызвали значительный промышленный и академический интерес.

Планирование в среде пакетной обработки

Пакетный процесс может быть описан в терминах рецепта, который включает перечень материалов и инструкции по эксплуатации, которые описывают, как производить продукт. Стандарт ISA S88 batch process control обеспечивает основу для описания рецепта пакетного процесса. Стандарт обеспечивает процедурную иерархию рецепта. Рецепт может быть разбит на серию отдельных процедур или основных шагов. Единичные процедуры организованы в операции, а операции могут быть далее организованы в фазы.

Следующий рецепт из учебника иллюстрирует организацию.

  • Загрузите и смешайте материалы A и B в нагретом реакторе, нагрейте до 80 ° C и прореагируйте 4 часа с образованием C.
  • Перенесите в смесительный резервуар, добавьте растворитель D, перемешайте 1 час. Выпадает твердый C.
  • Центрифугируйте в течение 2 часов для отделения C.
  • Сушите в лотковой сушилке в течение 1 часа.

Схема процесса .. Упрощенная процедурная организация рецепта в стиле S88 может выглядеть следующим образом :

  • Установка Процедура 1: Реакция
    • Операция 1: Загрузка A и B (0,5 часа)
    • Операция 2: Смешивание / нагрев (1 час)
    • Операция 3: Удерживать при 80 ° C в течение 4 часов
    • Операция 4: Прокачка раствора через охладитель в смесительный бак (0,5 часа)
    • Операция 5: Очистка (1 час)
  • Процедура установки 2: Смешивание осадков
    • Операция 1: Получение раствора из реактора
    • Операция 2: Добавление растворителя, D (0,5 часа)
    • Операция 3: Смешивание в течение 2 часов
    • Операция 4: Насос для центрифуги в течение 2 часа
    • Операция 5: Очистка (1 час)
  • Установка Процедура 3: Центрифугирование
    • Операция 1: Центрифугирование раствора в течение 2 часов
    • Операция 2: Очистка
  • установки Процедура 4: Сумка
    • Операция 1: Получение материала из центрифуги
    • Операция 2: Загрузка сушилки (15 мин)
  • Установка Процедура 5: Сушка
    • Операция 1: Загрузка
    • Операция 2: Сухой (1 час)

Обратите внимание, что организация здесь предназначена для фиксации всего процесса для планирования. Рецепт для целей управления процессом может иметь более узкую область применения.

Большинство ограничений и ограничений, описанных Pinedo, применимы при пакетной обработке. Различные операции в рецепте подчиняются ограничениям по времени или приоритету, которые описывают, когда они начинаются и / или заканчиваются по отношению друг к другу. Кроме того, поскольку материалы могут быть скоропортящимися или нестабильными, ожидание между последовательными операциями может быть ограничено или невозможно. Продолжительность операций может быть фиксированной или зависеть от продолжительности других операций.

В дополнение к технологическому оборудованию, для периодического процесса могут потребоваться рабочая сила, материалы, коммунальные услуги и дополнительное оборудование.

Анализ времени цикла

В некоторых простых случаях анализ рецепта может выявить максимальную производительность и единицу ограничения скорости. В приведенном выше примере процесса, если должно быть произведено несколько партий или партий Продукта C, полезно рассчитать минимальное время между последовательными запусками партии (время цикла). Если партии разрешено начинать до конца предыдущей партии, минимальное время цикла определяется следующим соотношением:

CT min = maxj = 1, M {τ j} {\ displaystyle CT_ {min} = { \ begin {matrix} max \\ j = 1, M \ end {matrix}} \ lbrace \ tau _ {j} \ rbrace}CT _ {{min}} = {\ begin {matrix} max \\ j = 1, M \ end {matrix}} \ lbrace \ tau _ {j} \ rbrace

где CT min - минимально возможное время цикла для процесс с M unit-процедурами, а τ j - общая длительность j-й единичной процедуры. Единичную процедуру с максимальной продолжительностью иногда называют узким местом. Это соотношение применяется, когда каждая единица-процедура имеет одну выделенную единицу оборудования.. Диаграмма времени цикла партии

Если резервные единицы оборудования доступны по крайней мере для одной единичной процедуры, минимальное время цикла становится следующим:.

CT min = maxj = 1, M {τ j / N j} {\ displaystyle CT_ {min} = {\ begin {matrix} max \\ j = 1, M \ end {matrix}} \ lbrace \ tau _ {j} / N_ {j} \ rbrace }CT _ {{min}} = {\ begin {matrix} max \\ j = 1, M \ end {matrix}} \ lbrace \ tau _ {j} / N_ {j} \ rbrace

Где N j - количество избыточного оборудования для единичной процедуры j.

Диаграмма времени цикла партии

Если оборудование повторно используется в процессе, минимальное время цикла становится более зависимым от конкретных деталей процесса. Например, если процедура сушки в текущем примере заменяется другой реакцией в реакторе, минимальное время цикла зависит от режима работы и от относительной продолжительности других процедур. В приведенных ниже случаях увеличение времени удержания в сумке может уменьшить среднее минимальное время цикла.. Диаграмма времени цикла партии 3 . Диаграмма времени цикла партии 3

Визуализация

Различные диаграммы используются, чтобы помочь планировщикам визуально управлять расписаниями и ограничениями. Диаграмма Ганта - это дисплей, который показывает действия на горизонтальной гистограмме, на которой полосы представляют время действия. Ниже приведен пример диаграммы Ганта для процесса в примере, описанном выше.. Диаграмма Ганта партии . Другая временная диаграмма, которую также иногда называют диаграммой Ганта, показывает время, в течение которого ключевые ресурсы, например оборудование, заняты. На предыдущих рисунках показана эта диаграмма Ганта в стиле занятости.

Ресурсы, которые потребляются по ставке, например электрическая мощность, пар или рабочая сила обычно отображаются в виде графиков зависимости скорости потребления от времени.. Пример диаграммы использования рабочей силы

Алгоритмические методы

Когда ситуации планирования становятся более сложными, например, когда два или более процессов совместно используют ресурсы, может быть трудно найти лучший график. Ряд общих задач планирования, включая варианты описанного выше примера, попадают в класс проблем, которые становится очень трудно решить по мере роста их размера (количества процедур и операций).

Большое разнообразие алгоритмов и подходы были применены к планированию пакетного процесса. Ранние методы, которые были реализованы в некоторых системах MRP, предполагали бесконечную пропускную способность и зависели только от времени партии. Такие методы не учитывали какие-либо ресурсы и создавали бы невыполнимые расписания.

Математическое программирование Методы включают формулировку задачи расписания как задачи оптимизации, где есть некоторая цель, например общая продолжительность должна быть минимизирована (или увеличена) с учетом ряда ограничений, которые обычно формулируются как набор неравенств и равенств. Цель и ограничения могут включать в себя переменные ноль или один (целые числа), а также нелинейные отношения. Соответствующий решатель применяется к результирующей задаче смешанного целочисленного линейного или нелинейного программирования (MILP / MINLP). Теоретически гарантируется, что этот подход найдет оптимальное решение, если оно существует. Недостатком является то, что алгоритм решателя может занять неоправданно много времени. Практикующие могут использовать упрощения для конкретных задач в формулировке, чтобы получить более быстрые решения без исключения критических компонентов модели планирования.

Программирование с ограничениями - аналогичный подход, за исключением того, что проблема формулируется только как набор ограничений и цель заключается в том, чтобы быстро прийти к приемлемому решению. С помощью этого метода возможно множество решений.

Агентное моделирование описывает пакетный процесс и строит возможное расписание при различных ограничениях. Комбинируя смешанное целочисленное программирование или методы оптимизации на основе моделирования, этот подход может обеспечить хороший баланс между эффективностью решения и выполнением графика.

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

  • Блажевич, Дж., Эккер, К. Х., Пеш, Э., Шмидт, Г. и Дж. Вегларц, Компьютерное планирование и производственные процессы, Берлин (Springer) 2001, ISBN 3-540-41931-4
  • Херрманн, Джеффри В., редактор, 2006, Справочник по планированию производства, Спрингер, Нью-Йорк.
  • Маккей, К.Н., и Вайерс, VCS, 2004, Практический контроль производства : Руководство по выживанию для планировщиков и составителей графиков, издательство J. Ross Publishing, Бока-Ратон, Флорида. Опубликовано совместно с APICS.
  • Пинедо, Майкл Л. 2005. Planning and Scheduling in Manufacturing and Services, Springer, New York.
  • Conway, Richard W., Maxwell, William L., Миллер, Луис В., Dover Publications, июнь 2003 г., ISBN 978-0486428178

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-06-07 04:55:47
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте