ФОБОС: эффективное управление производством на уровне цеха

Андрей Мазурин

Техническая подготовка производства

Организация производства и внутрицеховое управление

   Загрузка оборудования в единичном и мелкосерийном производстве

   Производственное расписание работы оборудования

   Управление внутрицеховыми складами

   Контроль выполнения работ

Холдинг «Группа компаний НИКА»

С7 по 10 февраля 2001 года в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации и при поддержке Правительства Москвы во Всероссийском выставочном центре в павильоне № 20 состоялся Первый московский международный салон инноваций и инвестиций. Основными целями проведенного мероприятия являлись: содействие изобретателям, разработчикам и производителям высокотехнологичной продукции в продвижении перспективных технологий и продукции на отечественном и зарубежном рынке; привлечение внимания потенциальных инвесторов и заказчиков к конкурентоспособным разработкам; проведение деловых переговоров и встреч; установление контактов; определение конъюнктуры рынка и возможностей эффективного использования интеллектуальных ресурсов и производственного потенциала предприятий. Было представлено несколько сотен изобретений и инновационных разработок государственных и частных предприятий, а также индивидуальных участников. Лучшие экспонаты были отмечены наградами и специальными призами. В рамках мероприятия состоялся конкурс «Изобретения и инновационные разработки». По итогам конкурса международное жюри, возглавляемое нобелевским лауреатом, вице-президентом Российской академии наук Ж.И.Алферовым, наградило российскую компанию «Агентство индустриального развития» (Москва) золотой медалью и специальным почетным призом за наиболее перспективную разработку в области автоматизации процессов управления производством — систему ФОБОС.

Вопросам построения корпоративных информационных систем (КИС) предприятий посвящен не один десяток специальных компьютерных изданий, в которых КИС, как правило, рассматриваются только на уровне ERP-систем (Enterprise Resource Planning — планирование ресурсов предприятия) и зачастую отождествляются с последними. Но давайте взглянем на задачу построения корпоративной информационной системы промышленного предприятия несколько шире, включив сюда, помимо ERP-систем, комплекс других компьютерных программ, в том числе универсальных и специализированных систем автоматизации инженерной деятельности (CAD/CAM/CAE и TDM/PDM), представляющих собой ничуть не меньшую ценность и не менее значимых для промышленного производства. Без интеграции с ними ERP-системы остаются вещью в себе и оказываются попросту бесполезны. Более того, именно программные комплексы конструкторско-технологической подготовки производства изделий сегодня составляют основу для полноценного функционирования ERP-систем, поскольку посредством их использования осуществляется подготовка данных, необходимых для корректного планирования и управления ресурсами. Поэтому без построения интегрированной системы предприятия, объединяющей все средства автоматизации инженерной и управленческой деятельности, невозможно говорить об эффективном использовании программного обеспечения для достижения главной цели любого предприятия — выпуска конкурентоспособных товаров.

Техническая подготовка производства

Современные ERP-системы, содержащие производственные модули (BAAN, SAP R3, Exact, MGF/PRO, «Галактика», «БОСС-Корпорация»), решают серьезные задачи управления финансовыми и материальными потоками на верхнем уровне предприятия (сбыт, снабжение, склады, бухгалтерия и т.п.), но, увы, не на уровне цеха и уж тем более участка. Другими словами, ERP-системы решают глобальные задачи управления предприятием или объединением в целом, но для этих систем в принципе несущественно, что творится на производственном участке, — им важен только конечный результат его деятельности. Но чем ближе предприятие к мелкосерийному производству, тем ощутимее его потери из-за отсутствия контроля и управления, прежде всего — на цеховом уровне, где реализуется основное производство.

Для того чтобы разобраться в этой проблеме с точки зрения построения КИС, использование которых призвано повысить эффективность деятельности предприятия, выделим два понятия — «производство» и «техническая подготовка производства».

Если под производством мы будем понимать непосредственный процесс изготовления того или иного изделия, то под технической подготовкой — комплекс мероприятий, направленных на его подготовку. Что же это за мероприятия?

Во-первых, сюда входят конструкторско-технологическая подготовка производства с использованием CAD-систем для выполнения конструкторских работ, CAM-систем для подготовки управляющих программ для оборудования с ЧПУ и технологических систем для проектирования технологий изготовления изделий на имеющемся универсальном или специализированном оборудовании. Во-вторых, сюда следует отнести решение задач организации производства.

Если с конструкторско-технологической подготовкой все более-менее понятно (на эту тему можно найти много статей на страницах журнала «САПР и графика»), то на организации производства хотелось бы остановиться подробнее.

Организация производства и внутрицеховое управление

Бытует ошибочное мнение, что для решения задач организации производства вполне достаточно использовать любую из ERP-систем, представленных на современном рынке программного обеспечения. Но дело в том, что организация производства предполагает, в частности, управление производственными процессами на уровне цеха, участка, включая и внутрицеховые склады. А здесь, как уже отмечалось, ERP сегодня не работает.

Загрузка оборудования в единичном и мелкосерийном производстве

На производственном участке завода может находиться большое количество станков, которые необходимо загрузить с максимальной прибылью для предприятия. В то же время одной из существенных проблем единичного и мелкосерийного производстве является низкий коэффициент загрузки оборудования. По данным Международной организации инженеров-технологов, средний коэффициент загрузки оборудования мелкосерийных и единичных производства составляет 0,45. Иначе говоря, более половины рабочего времени современное дорогостоящее оборудование стоит на производственных площадях мертвым капиталом, не принося прибыли и морально устаревая. Этот показатель одинаково справедлив в отношении предприятий в любой точке мира и неизбежно останется таковым, если не применять каких-то специальных методов, способствующих более полной загрузке оборудования. Причина неэффективной загруженности цехового оборудования кроется в самой сути единичного и мелкосерийного производства.

Известно, что тип производства определяется не столько размером обрабатываемых партий деталей, сколько так называемой планово-учетной единицей, используемой для его управления.

Если производственное подразделение работает и отчитывается по заказам (заказ — совокупность деталей собственного изготовления, которые впоследствии собираются в изделие), то планово-учетной единицей выступает производственный заказ, а само производство относится к единичному или мелкосерийному. Для позаказного производства определяющим фактором является комплектность выпускаемого изделия: если хотя бы одна деталесборочная единица не изготовлена, то все остальные детали, составляющие заказ, образуют незавершенное производство и весь заказ считается невыполненным. Таких заказов в мелкосерийном производстве могут быть тысячи, а одна и та же втулка (один типоразмер) может входит одновременно сразу в несколько из них. Однако изготавливаться все эти втулки будут в разное время и, возможно, на разном оборудовании, поскольку каждый из заказов рассматривается как единый комплект деталесборочных единиц (согласно международному стандарту ISO 9000 детали различных заказов должны быть идентифицируемы, то есть их нельзя смешивать).

Для массового производства в качестве планово-учетной единицы выступает «точка пополнения» гарантированного уровня запасов склада. Это может быть некоторый объем деталей или узлов, хранящийся на складе и используемый в производстве для получения какой-либо продукции. Как только уровень объема становится ниже заданной «точки пополнения» склада, то формируется новый заказ на производство такого числа единиц отдельных деталей или узлов, который компенсирует недостающие детали до уровня «точки пополнения». С данной планово-учетной единицей хорошо работают ERP-системы, проводящие своевременный учет и автоматически формирующие задание на пополнение склада.

Другими словами, если для пополнения запасов до уровня «точки пополнения» склада потребовалось изготовить только три одинаковые втулки, то это производство будет все равно рассматриваться как массовое. А если те же три втулки потребовалось изготовить для выполнения трех заказов — это уже единичное или мелкосерийное производство. Для массового производства последовательность изготовления втулок не имеет принципиального значения, но в единичном производстве выбор последовательности (когда для каждого из заказов будет изготовлена единица комплекта, например втулка) может оказать существенное влияние на конечный результат. Мы, конечно, можем взять первую попавшуюся деталь и точить ее на станке несколько часов, а тем временем, в ожидании завершения операции, будет простаивать остальное оборудование, причем общее время простоя со временем будет расти как снежный ком. А можем изменить последовательность выполнения заказа и полностью или частично исключить простой станочного парка. Это принципиальный момент: хорошо известно, что потеря одного часа на критической операции влечет за собой потерю одного часа работы всей производственной системы. В позаказном производстве одинаковые по типоразмеру деталесборочные единицы из разных заказов, как правило, не группируются, поскольку исходные заготовки на каждую деталь, как уже отмечалось ранее, поступают и уходят на последующую обработку комплектом, который нельзя разукомплектовать. Хорошо известная задача «разузлования изделия» в таких случаях не является актуальной.

Производственное расписание работы оборудования

Одним из основных путей повышения коэффициента загрузки оборудования является составление производственного расписания его работы, контроль за выполнением и оперативная коррекция расписания.

Что такое производственное расписание и чем оно отличается от привычного расписания автобусов, поездов и самолетов? Оказывается, разница огромная. Говоря о движении поезда, мы допускаем, что он, для того чтобы прибыть на станцию вовремя, может постоять в пути, но никогда не будет ждать опоздавшего пассажира, а отправится точно по графику. В производстве же без завершения обработки всех деталей, входящих в узел, не начнется и сборка этого узла, а при задержке одной технологической операции будет невозможно приступить к следующей. Вследствие даже небольших отклонений от производственного расписания начнутся простои основного технологического оборудования, часть деталей будет ожидать очереди на обработку, а в итоге необоснованно возрастет объем незавершенного производства.

На сегодняшний день задача оптимальной загрузки оборудования в полном объеме теоретически решена лишь для трех (!) станков. Именно для данного числа единиц оборудования можно составить точное производственное расписание. Это связано с трудоемкостью проводимых расчетов. По трудоемкости задача составления расписания загрузки станков равна 2n, где n — число единиц оборудования. Если на участке 10 станков, то число вариантов расписаний составит всего 1024, что не вызывает проблем при их компьютерной обработке. Но если число единиц оборудования равно 30, то это уже более миллиарда вариантов. А в реальных условиях это число зачастую составляет более сотни станков (например, на автомобилестроительных или ремонтных заводах, на инструментальных производствах и т.п., являющихся типичными представителями мелкосерийного и единичного производства).

Для решения, в частности, задач оптимальной загрузки оборудования на единичных и мелкосерийных производствах в настоящее время успешно применяется система календарного планирования и диспетчерского контроля ФОБОС¹ , продвигаемая на рынке информационных технологий компанией ООО «Агентство индустриального развития».

Практическое использование системы «ФОБОС» для оптимизации загрузки станочного парка на ряде предприятий России дало ошеломляющие результаты. Благодаря заложенным в систему уникальным алгоритмам расчета и обработки данных, эффективному диспетчерскому контролю и своевременной коррекции возникающих отклонений, реальный коэффициент загрузки оборудования удалось повысить вдвое (!). Так, в производстве крупных штампов и пресс-форм на ОАО «Москвич» этот показатель доведен с 0,45 до 0,8. И дело здесь не только в точности составляемых расписаний.

Правильно составить расписание загрузки оборудования — это значит решить только часть задачи. Нормы времени, которые вносит технолог по результатам расчетов (даже в таких хорошо зарекомендовавших себя технологических системах, как «ТехноПро» и ТЕМП), на практике, как правило, не выдерживаются. Более того, можно составить управляющую программу для станка с ЧПУ и по ней рассчитать нормы времени для отдельных технологических переходов, но эти данные окажутся скорее всего неточными. Действительно, скорость подачи инструмента, которую на управляющей стойке станка, основываясь на реальных условиях (качества режущего инструмента, состояния поверхностного слоя обрабатываемого материала), в конечном итоге устанавливает сам оператор. Его главной задачей является прежде всего получение точных и качественных поверхностей обрабатываемой детали. В результате отклонение от норматива может составить в среднем 20% — как в сторону увеличения времени обработки, так и в сторону уменьшения. А раз так, то предварительно составленное исходное расписание будет отличаться от фактического. Иначе говоря, ни одно производственное расписание в цехе реально не выполняется.

На практике принято считать, что сбои в производственном расписании начнут проявляться уже через два часа после начала его выполнения. Эту ситуацию наглядно описали американские специалисты в области управления производством Р.Сури (R.Sury) и С.Уитни (C.Whitney): «Сбои могут расширяться как пожар, и тогда управляющему (участком, цехом) приходится работать как пожарному». Суть же проблемы четко сформулировал С.Уайт, классик производственного планирования: «Календарные планы производства требуют корректировки сразу после их составления».

И вот здесь в работу включается другой программный модуль системы ФОБОС, осуществляющий параллельно диспетчерский контроль и корректировку производственного расписания. Опыт показывает, что если не осуществлять компьютерную поддержку производственного расписания в процессе его выполнения, то ожидать существенного увеличения коэффициента загрузки оборудования не приходится.

Составление оптимального расписания загрузки оборудования, диспетчерский контроль его выполнения, а также внесение своевременных корректив в текущий производственный план являются важными задачами организации производства. В то же время для организации эффективного управления на уровне цеха эти задачи тесно связаны с организацией учета материальных ценностей на внутрицеховом складе и с контролем их движения между складом и производственными участками цеха.

Управление внутрицеховыми складами

На реальном производственном складе кладовщик отвечает только за то, что хранится у него на складе. Если материальные ценности вышли за пределы склада, ответственность за их сохранность с кладовщика снимается. То же относится и к поступлению материальных ценностей на склад. В итоге ни один кладовщик не отвечает за сохранность материальных ценностей за пределами склада, где чаще всего и происходит их «необъяснимое» исчезновение.

Специалисты холдинга «Группа компаний НИКА», в который входит компания «Агентство индустриального развития», могут организовать систему контроля буквально за каждым винтом и проследить весь путь его движения внутри цеха. Для организации такого контроля производственный склад представляется в специальном программном модуле системы ФОБОС как виртуальный. Основной задачей модуля является не просто учет количества заготовок, деталесборочных единиц или инструмента, хранящихся на складе в текущий момент времени, а прежде всего обеспечение контроля и управления материальными потоками внутри цеха.

Диспетчерский контроль материальных потоков напрямую связан с составлением расписания загрузки оборудования. В системе ФОБОС контроль движения деталесборочной единицы комплекта осуществляется пооперационно. По завершении каждой операции и прохождении соответствующей службы (подобной отделу технического контроля) параллельно с закрытием наряда на выполненную работу² автоматически осуществляется внесение необходимой информации в базу данных системы. Новые данные автоматически обрабатываются, и по результатам анализа при необходимости формируется новое расписание, отвечающее текущему состоянию производства, а в случае «утери» материальных ценностей пользователь системы (управляющий) безошибочно устанавливает место их исчезновения.

Это, пожалуй, одна из наиболее сложных задач в организационном плане, требующая заинтересованности в подобном контроле — прежде всего со стороны руководства. Чтобы все это успешно работало в конкретных условиях, необходимо наладить систему учета и отчетности всех сотрудников, задействованных в производственном процессе.

Контроль выполнения работ

Контроль прохождения производственных заказов, контроль работы отдельных участков производства, а также общий контроль над технологическими процессами и материальными потоками являются важными компонентами системы управления производством, нашедшими свое отражение в новом программном модуле системы ФОБОС.

Для визуализации производственной информации разработчики системы использовали диаграмму Ишикавы, которая представляет собой эффективный и наглядный способ представления состояния производственного процесса для руководителей производств и подразделений³.

Новый программный модуль позволяет в реальном времени контролировать ход выполнения работ над любым производственным заказом. Визуально все представлено в виде дерева (точнее, скелета рыбы), к ветвям (или ребрам) которого крепятся ярлыки. Каждый ярлык может означать цех; при детализации цех представляется в виде аналогичного дерева с ярлыками-участками, а далее участок разбивается на рабочие места вплоть до конкретного сотрудника. Через каждый цех одновременно может проходить несколько заказов. Для получения представления о процессе работы над конкретным заказом управляющий выбирает на экране дисплея интересующий его заказ, в результате чего ярлыки деревьев автоматически окрашиваются в разные цвета:

• серый — данный объект (цех, участок, рабочее место или сотрудник) не участвует в работе над заказом;
• зеленый — работы идут согласно расписанию;
• желтый — возможно возникновение проблемы;
• красный — возникла проблема, требующая коррекции (это означает, что за 60% использованного времени выполнено 30% объема работы и что программа не видит способов, с помощью которых при существующем ходе событий данный объект выполнит работу в срок. Это сигнал управляющему о том, что требуется вмешательство в производственный процесс).

Данный способ контроля хоть и представляется несколько тривиальным, но очень эффективен и давно широко используется во всем мире. Главной целью здесь является правильная организация системы сбора и обработки информации.

***

Подводя итог, еще раз вернемся к вопросу построения корпоративных информационных систем промышленных предприятий, относящихся прежде всего к единичному и мелкосерийному типу производства. Современное программное обеспечение автоматизации управленческой и инженерной деятельности промышленных производств условно можно разделить на три информационно взаимосвязанные группы:

• системы для управления предприятием на верхнем уровне;
• системы для внутрицехового управления;
• системы для конструкторско-технологической подготовки производства.

В идеале первые две группы следует объединить в одну, но на сегодняшний день ERP-системы, представляющие первую группу, практически не решают задач управления производством на уровне цеха и участка единичного и мелкосерийного производства. В результате это привело к появлению нового класса компьютерных программ, решающих указанные задачи и обеспечивающих гармоничную связь между системами конструкторско-технологической подготовки производства и ERP-системами.

На российском рынке информационных технологий вот уже около десяти лет работают различные фирмы, предлагающие свои услуги в качестве системных интеграторов и поставляющие прежде всего системы класса ERP, а в последнее время и CAD/CAM/CAE-системы. Особую сложность при поставках интегрированных решений вызывает организация связи ERP-систем и различных решений САПР, точнее говоря, не столько обеспечение самой связи, сколько эффективность их взаимного использования — вследствие отсутствия программных решений для организации внутрицехового управления.

Компания «Агентство индустриального развития» совместно с другими предприятиями холдинга «Группа компаний НИКА» объявила о намерении выступить в роли системного интегратора, решающего комплекс задач, связанных с компьютеризацией внутрицехового управления единичных и мелкосерийных производств на базе отечественной программной разработки ФОБОС.

ФОБОС относится к классу компьютерных систем внутрицехового управления, который включает в себя, кроме модулей технологической подготовки и оперативного планирования производства, современное автоматизированное рабочее место руководителя. Применение этой системы в условиях мелкосерийных и единичных производств позволяет существенно повысить коэффициент загрузки оборудования, обеспечить отслеживание и идентификацию производственных процессов в соответствии с требованиями стандарта ISO 9000, поддерживает средства информационной интеграции системы цехового управления с известными ERP-, CAD/CAM- и технологическими системами.

Принимая во внимание тот факт, что тиражируемых компьютерных программ, подобных системе ФОБОС, в мире существует не так уж и много⁴, руководство компании «Агентство индустриального развития» намерено тесно сотрудничать с поставщиками ERP-систем и разработчиками САПР. В этом направлении компания уже имеет большой опыт совместных работ, в частности с известным российским холдингом «Галактика». Помимо этого налажен программный интерфейс с ERP-системами SAP R3 и BAAN, технологической программой ТЕМП; ведутся работы по интеграции ФОБОС с CAD/CAM-системами.

«САПР и графика» 3'2001