Организационно-технические основы создания гибких автоматизированных сборочно-монтажных систем самолетостроительных предприятий тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Организационно-технические основы создания гибких автоматизированных сборочно-монтажных систем самолетостроительных предприятий"

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева

САВОТЧЕНКО ВАЛЕРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

ОРГАНИЗАЦИОННО - ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ГИБКИХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

СБ О Р О ЧН О-М О НТАЖНЫХ СИСТЕМ САМОЛЕТОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность: 08.00.28 - Организация производства

РГБ ОД : 5 ДсК 2-1ПЛ

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени 1 кандидата технических наук

САМАРА-2000

Работа выполнена в ОАО " АВИСТАР" и Самарском государственном аэрокосмическом университете имени академика С.П. Королева

Научный руководитель д.т.н., профессов КОПТЕВ А.Н. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Шитарев И.Л. кандидат технических наук, доцент Климов В.М.

Ведущая организация: ОАО Национальный институт

авиационных технологий (г. Москва)

Защита состоится " 20 " июня 2000 г. на заседании диссертационно совета Д 063.87.05 в Самарском государственном аэрокосмическом университете по адресу: 4430В6, Самара, Московское шоссе, 34

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного аэрокосмического университета

Автореферат разослан "19 " мая 2000 г.

Ученый секретарь д.т.н., профессор

Попов И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Переход России на позиции рыночной экономики требует адекватных решений в области организационной перестройки структуры экономических объектов и условий их функционирования, отвечающих требованиям гибкости при смене социальных и личностных приоритетов. При этом возникает необходимость учета всех сторон процесса преобразований (реструктуризация и оптимизация структур предприятий, выбор и реализация новой системы управления, т.е. механизмов функционирования по существу новой организации) в производственных системах (ПС) , к которым спросятся машиностроительные предприятия и, в частности, самолетостроительные фирмы.

Крупные авиационные комплексы (КАСК) нацелены на изготовление необходимых для народного хозяйства сложных, наукоемких и ресурсоемких современных изделий. Рынок авиаперевозок диктует необходимость диверсификации продукции авиационной промышленности, быстрого реагирования на его запросы. В этих условиях производство сложной авиационной техники связано с рядом проблем, одной из которых является организационно-техническая проблема, которая, в свою очередь, решает проблемы синтеза системы управления всех уровней.

Значительный вклад в развитие теории управления организационными системами внесли многие отечественные и зарубежные ученые, в том числе К.А. Багриновский, В.Н. Бурков, В.Л. Волкович, Ю.Б. Гермейер, В.Г. За-сканов, В.А.. Ириков, А.К. Еналеев , В.В. Кондратьев, А.Ф. Кононенко, H.H. Моисеев, Д.А. Новиков, В.В. Федоров, K.Arrow, Т. Groves, А. Gibbard, S. Grossman, О. Hart, Е. Maskin, R. Myerson,R. Radner и другие.

Несмотря на большое число публикаций, посвященных организационным системам, исследованию и разработке механизмов их функционирования и взаимодействия, на сегодняшний день практически отсутствует си-

стемный подход к задачам структурного анализа и синтеза производственной системы (ПС) с учетом их гибкости в новых условиях , теоретически не обоснована при заданных ограничениях декомпозиция структур КАСК на уровне конкретного производства.

Актуальность решения вышеперечисленных задач обусловлена и тем, что в изменяющихся рыночных условиях необходим не только качественно новый уровень технологии и материалов, но и качественно новый уровень организации, который невозможен без глубоких теоретических исследований структур организационных систем и механизмов взаимодействия их с технологией производства. Гибкое, ориентированное на потребителя производство требует внедрения не менее гибкого управления им.

С ростом сложности задач управления КАСК в рыночных условиях возникает необходимость использования научных методов при подготовке и принятии решений.

Все это, несомненно, определяет актуальность выполненных в диссертации исследований.

Целью работы является разработка организационных основ построения гибких автоматизированных сборочно-монтажных производственных систем самолетостроительного комплекса на базе их математического, технологического и технического обеспечения для оптимизации их параметров.

Задачи исследований:

1. Анализ состояния и пути развития теории и практики агрегатно-сборочного производства летательных аппаратов.

2. Моделирование операционной последовательности преобразования объектов сборки и монтажа. Формализация планируемых действий исполнителей.

3.. Функционально-структурное представление производственных систем, их элементов и структур организационных систем этого произвол-

ства. Функционально-структурное моделирование. Минимизация обработки информации в организационной структуре.

4. Задачи оптимизации изготовления изделий самолетостроительных предприятий.

5. Разработка подсистем производственной системы изготовления электротехнического оборудования летательных аппаратов. Синтез гибкой автоматизированной системы.

Методы исследования. Основным методом исследования является математическое моделирование, базирующееся на использовании аппарата теории графов и аппарата математической логики-исчисления предикатов аксиоматического подхода, информационной теории иерархических систем, системного анализа и исследования операций.

Научная новизна. В результате проведенных исследований и обобщения опыта решения практических задач предложен методологический подход к анализу всего многообразия проблем теории и практики организации гибких оптимальных структур, обеспечивающих эффективность функционирования производственно-технологических комплексов в рыночных условиях.

Предложенные модели, методики и алгоритмы нашли применение при реструктуризации и проектировании гибких структур производственно-технологических комплексов ОАО "АВИАСТАР", ЗАО "АВИАСТАР-СП", " Ульяновского авиационного промышленного комплекса".

Диссертация обобщает результаты исследований, проводящихся под руководством и при непосредственном участии автора по Постановлению Правительства РФ N720 от 30.06.99 " Об открытом акционерном обществе "Туполев".

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции " Самолетостроение России: проблемы и перспективы", Самара, 1998 г.

В первой главе исследовано состояние и пути развития теории и пра тики агрегатно-сборочного производства летательных аппаратов. Отмен на специфика агрегатно-сборочного производства авиационных предпри. тий, а также то, что развитие науки и техники привело к значительному pi сту сложности как летательных аппаратов, так и их систем. Непосредстве! ное взаимодействие человека в сфере производства часто заменяется ош средованным взаимодействием путем создания человеко-машинных кол плексов , в связи с чем все большую роль играет информационный факто - получение и обработка информации о производственной среде, об уст ройствах и приспособлениях, воздействующих на нее, о деятельности тс дей, участвующих в этом общем целенаправленом взаимодействии. Интеь сивная автоматизация обработки информации приводит к тому, что в ком муникационные связи, в потоки информации, которыми обменивается чс ловек, участвующий в технологическом процессе, во все большей степей вовлекаются ЭВМ различных уровней, формирующие для него и воспри нимающие от него информацию, которая одновременно или в нехоторо] последовательности формирует его действия.' Таким образом, человек i его производственная среда, все взаимодействия между ними формирую' сложную человеко-машинную систему , в которой большое значение при обретают информационные процессы, на базе которых осуществляются процессы принятия решений, управление технологическими устройствами i их системами. Одновременно усиливается роль коллективного взаимодействия, целенаправленной совместной деятельности людей по решению общих и частных задач по достижению этих целей. Исходя из такого подхода, в главе проанализированы пути развития автоматизации в технологических системах сборочно-монтажных производств как человеконаполненных систем.

В рамках решения главной задачи повышения эффективности агрегатно-сборочного производства рассмотрены комплексные проблемы автома-

тизации производства авиационных предприятий на базе методологии системного анализа. Для реализации управления технологическими процессами в условиях частичной автоматизации рассматривается возможность целенаправленного движения. При этом информационные потоки должны быть таковы, чтобы обеспечить реализацию этого движения, т.е. необходимо конструирование целенаправленных потоков информации для создания изделий в организационной технической системе.

В заключение отмечено, что прежде чем решать организационно-техническую проблему, необходимо решить задачу проектирования операционной последовательности преобразования объектов сборки и монтажа, т.е. разработки технологического процесса и на его базе создать производственную систему, включающую и организацию взаимодействия всех элементов этого процесса.

Вторая глава посвящена моделированию операционной последовательности преобразований объектов сборки и монтажа как основы организационно-технологической структуры реАизации этой последовательности.

Решение проблемы совершенствования функционирования организационных систем связано с рядом трудностей. Одной из них является отсутствие достаточно развитой теории проектирования "человеконаполненных" систем, которая объединила бы результаты, полученные в теории активных систем , теории оптимального планирования , информационной теории иерархических систем, развитой академиком РАН H.H. Моисеевым , теории итеративного планирования и управления, теории представлений профессора А.Н.Коптева, а также в ряде других направлений.

В целом основной задачей, решаемой в этой главе, является разработка методов преобразования объектов сборки и монтажа узлов и агрегатов ле-

тательных аппаратов путем построения операционной последовательности действий исполнителя.

Условием формирования эффективного способа действия является отражение существенных свойств и отношений элементов объекта преобразования. Рассматривается проблемная ситуация, где неизвестным является способ действия, т.е. решение оперативных задач, результатом которого является способ преобразования объекта сборки и монтажа как совокупность технологических операций. При этом известны начальная и конечная ситуации, но не известны способы преобразования начальной ситуации в конечную.

Процесс создания узла, агрегата, системы связан с понятием траектории развития, в которой связывается воедино непрерывная последовательность всех ступеней, всех моментов, всех фаз развития, всех этапов сборки и монтажа узла, агрегата, системы от момента появления основания до времени, когда узел или агрегат, или система становится практически завершенным.

Сложная задача сборки монтажа узлов, агрегатов, систем оборудования летательных аппаратов подразумевает использование достаточно большого количества операций с ограниченным набором инструмента, которые должны бьггь не независимыми , а объединенными иерархически: некоторый оператор отражает факт принадлежности компонентов, рассматриваемых в задаче, к одному множеству, например, множеству реальных элементов узла сборки, монтажа; другие операторы свидетельствуют о разбиении этого множества компонентов на подмножества, например, под-сборки, функциональные модули, каждые из которых могут в свою очередь распадаться на подмножества, о чем должны свидетельствовать операторы следующего более глубокого уровня: третьи описывают переход технологической системы из одного состояния в другое и т.д. Однако, сколько бы уровней рассмотрения ситуации ни понадобилось при решении поставлен-

ной задачи, отражения ее компонентов в виде высказываний, моделей и т.д., в конечном счете сводят семантику этих высказываний (содержательную интерпретацию) и моделей к констатации наличия определенных физических свойств у узла, агрегата, системы, а также процесса.

Метод , с помощью которого в исчислении последовательности операторов преобразования удается решать эти задачи высших порядков в рамках логики первого порядка, состоит во введении функциональных аргументов в предикаты, которое заключается в повышении числа аргументов на единицу, добавляя третье место, например, в двухместном предикате Р, для нового аргумента, называемого переменной состояния:

Р(х,у) -> Р(х,у,з) (1)

В общем случае п -местный предикат Р мы заменяем на п+1 - местный, всегда оставляя последнее место для переменной состояния Б, ассоциированной с этим предикатом Р. Технологический процесс характеризуется определенными состояниями, которые связываются посредством различных операторов. Тогда этот процесс может быть формализован в виде графа, в котором состояния Б], Б2, Эз, Бю, Б|5 (вершины) связаны операторами Иь Нг, Из и т.д. (дуги) .

Оператор Рг означает переход из состояния в Бг в результате действия оператора Рь

Эти действия лепсо представить в исчислении последовательности операторов преобразования, так как эти операторы отображают состояния на состояние. Результаты применения таких операторов можно подставлять на место переменной состояния, аналогично подстановке простой переменной. Например, Р(х|, Р,©) вместо Р(х,ш).

Из сказанного выше исчисление последовательности операторов преобразования определено как пятерка Я:

К= (Р, а. А) (2)

Она состоит из множества предикатов, которое обозначено Р, множества операторов, обозначенного F, далее, безусловно множества состояний S, затем системы аксиом, обозначенной через а, и, наконец, множества объектов, обозначенного через А, в которое входят не только объекты монтажа, но и исполнители , и инструменты.

Аксиомы имеют следующий смысл: для того, чтобы применить оператор F в ситуации Si прежде всего, необходимо , чтобы выполнялось условие Р, т.е. это начальное требование для применимости оператора F. Теперь, после применения F, полученное состояние характеризуется предикатом Q. Под буквами Р и Q в приведенных записях мы будем иметь в виду, что эти символы обозначают подмножество множества предикатов Р. Так, например, начальное условие Р может быть длинной конъюнкцией предикатов P=Pi, Рг.—Рп , которая полностью характеризует все условия применения оператора F в ситуации Si. Таким образом, Р - это своего рода начальные условия, a Q -конечные условия по отношению к оператору F. В общем виде , т.е. не зависящими от конкретного состояния Si, аксиомы могут быть записаны следующим образом:

vS{P(x,s) = Q(x,F(x,S))} (3)

где мы воспользовались подстановкой F(x,S) вместо Si, тем самым исключив обозначения двух конкретных состояний. В этом выражении S соответствует начальному состоянию Si, a F(x,S) - конечному состоянию S2.

Для определенности процесса преобразований необходимо точно описать начальную ситуацию для того, чтобы можно было применять те или иные аксиомы. Для описания начальной ситуации используются схемы аксиом вида

N(x, S„) (4)

В этом случае SK - конкретное начальное состояние, х - элемент множества узлов, А - константа, имеющая существенное отношение к начальной ситуации. Для начальной ситуации предикат Р не обязательно будет

двухместным предикатом. В общем случае он может быть произвольным п-местным предикатом с любым числом аргументов.

Третья глава посвящена разработке основ теории представлений структурных аспектов производственных систем (ПС). Обоснована множественность представлений организационных систем в производственных отношениях, с учетом кардинальных изменений, происшедших в последние годы.

Анализ математических постановок задач теории активного управления, сформулированных и решенных в работах профессора В.Н. Буркова и его учеников, в информационной теории иерархических систем, теории игр показал отсутствие в них точных представлений о структуре, ее возможной трансформации в различных окружающих условиях.

Представление в работе определено как множество структурно-функциональных срезов и соглашений об описании как элементов, так и активных организационных систем в целом.

Образующие представляют собой структурные элементы КАСК - носители информации, и поскольку они имеют значение некоторых первичных высказываний, то в рамках формального описания они будут иногда называться знаками.

Множество всех структурных элементов КАСК , т.е. элементов образующих структуры производственных систем А, состоит из непересекающихся классов образующих Ап,АпсА , где п - общий индекс, индекс класса образующих.

А = Аа , Ап - непересекающиеся классы. (5)

□

Интерпретация этого разбиения состоит в том, что образующие, сходные качественно, будут относиться к одному классу.

Как указывалось выше, образующие - это некоторые стандартные структурные элементы КАСК, которые , естественно, обладают определен-

ными свойствами. Определим эти свойства, выделив из них два типа, играющих существенную роль при решении задач синтеза организационной структуры производственной системы.

Рассмотрим первый тип свойств - признаки образующей, т.е. каждой образующей ставится в соответствие признак ш=ш(а), причем в качестве знаний признака ш могут быть целые числа, действительные числа, векторы и т.д.).

Второй тип свойств - связи образующей. Этот термин вводит в рассмотрение входные и выходные узлы для возможных соединений между образующими КАСК или производственной системы. Каждой образующей а соответствует определенная величина к(я), равная максимальному числу соединений, связывающих эту образующую с остальными образующими системы, т.е. к(а) представляет собой сумму входов и выходов

к(а) = км (а) + {а). (6)

Для различения образующих вводится идентификатор, т.е. имя образующей.

Наравне с аналитическим представлением образующей для интуитивного представления вводится графический формализм и операции действий с образующими и различные способы их конкретного определения.

Для решения ряда задач оптимизации взаимодействия всех образующих некоторой производственной структуры^ как правило, используется представление А - совокупностью аналитических дуг в X=R2. Каждая дуга описывается уравнением р = р(-£), где р -кривизна, а i - длина дуги в общем виде , хотя р и I - в работе имею г и другую интерпретацию.

Так для дуги (рис.2 ) t,j - продолжительность движения по дуге i-j, Су -стоимость перемещения, djj - пропускная способность дуги и т.п.

Для этого выделения класса регулярных или допустимых структур организационных ПС определен набор заданных ограничений или правил.

Рис.1. Графический формализм образующей а с признаком га

(Т) Ь), Сц, йц ,0

Рис.2. Образующая дуга

Тогда, если ? система правил и ограничений, которая определяет регулярные системы, то множество регулярных систем будет е /О0/ или е я(?) , где п - число образующих. Множество 8 (9) характеризует регулярность образов, систем.

При заданном множестве образующих и двух системах правил и структурная сложность систем, регулярных в смысле , больше структурной сложности систем, регулярных в смысле Тг, если в э / (Тг). Количественная сложность определяется составом ПС

состав (с) = {а\, аг,... ап } , ( 7 )

Plie, а Схем» оргюппацнонной структуры СЛУЖБЫ ДИРЕКТОРА ПО СТРАТЕГИЧЕСКОМУ ПЛАНИРОВАНИЮ

где правая часть представляет некоторое множество образующих, на которое не наложена структура связей.

В главе для разработки общей методики исследования производственных структур различного уровня машиностроительных предприятий решим ряда конкретных задач оптимизации.

На рис.3 представлена схема организационной структуры " Службы директора по стратегическому планированию", формализация которой представлена на рис. 4 в виде графовой модели этой структуры

Рис.4. Графовая модель организационной структуры Службы директора по стратегическому планировалию"

Для решения задачи разработана математическую модель.

п п

¡=1 п

а

¡=1 п

£Ру=1; 1 = и1 Рч =[0.1];

оц -с^ + пРд -сп-1;

(8)

ПДУ

Цех 294

Отд 204

. Цех 106

Цел 413

jtu. генерального директор* -ДИРЕКТОР ПО ПРОИЗВОДСТВУ

Отдел 209

Т

ЛИС

Нзчглтт

ПТО

. Цех 143 I

Цех иг

Цех ISO

пенив 152

141

Иачяльннк ШчДЛкНИХ Начальник

ЗКП МСП пик

Ц««314 ^--Цех 222

Це* 264

Це* 265 -

Цех 223

Це» ZZ«

I Цех Ш J--[ Цех 242 {

Цех 245

Цех 227

Цех 228

Цех ¿43 I

] И»

244

Цех 217

Цех 219

Цех 296

j Цех 263 I

-( Цех246 I I Цех291 -j— Це*2»3 |

Цех 256 I I Цех 292

АСП

Цех 271

Цех 272

Цех 275

Цех 278

Цех 217

Прои1аадет*о реверсивных устромст»

Це» 250

Лкинмое

ПрОИОДДСТЯО

Цех 211

-I I

и СП

1

i

Рис.5. Схема организационной структуры ПРОИЗВОДСТВА ЗАО "АВИАСТАР - СП"

На базе сформулированных понятий, определений и решения задачи минимизаций обработки информации в организационной структуре "Службы директора по стратегическому планированию" были поставлены и решены задачи оптимизации процессов в других организационных структурах ЗАО "АВИСТАР-СП".

Четвертая глава посвящена решению задач оптимизации изготовления изделий самолетостроительных предприятий, постановка которых осуществлена в рамках единого подхода, базирующегося на достижениях прикладной теории графов и введенного в работе графического формализма.

Главной проблемой современной теории производства в условиях реструктуризации является оптимизация функционирования ПС. Решение этой проблемы требует разработки и практического применения методов оптимизации организационно-технических структур производственных систем. Особенно остро эта проблема встала в связи с глобальной перестройкой авиационных комплексов, с одной стороны, и широким внедрением в это производство автоматизированных систем , основанных на использовании ЭВМ.

Задача оптимизации информационно-технологических маршрутов поставлена и решена для организационной структуры производства ЗАО "АВИАСТАР-СП" (рис.5) , которая представлена ориентированной сетью (рис.6)

Рис. 6. Графовая модель организационной структуры ЗАО " АВИСТАР-СП"

Разработана общая математическая модель, в которой учтены условия непрерывности маршрута, позволяющие найти маршрут кратчайшей длины.

Объединяя ограничения и целевую функцию, запишем систему: г

1 - для начальной ПС;

к=1 ]=1 Ру20

Одля промежуточных ПС; (9)

I - для конечной ПС.

где ¿д - длина пути, а суммирование производится по всем дугам; Ри - переменные.

Для нашего примера, приведенного на рис. 6, составим систему . Для краткости запись такой системы удобно представить в виде табл. I.

<

Таблица I

Пункт Рв Р<4 Р2Э Р* Р32 Р34 Р35 043 $45 Знак Правая часть

Ь 2 6 8 3 7 5 1 5 4 2 ПИП

1 -1 -I -1 — -1

2 1 -1 -1 1 — 0

3 .1 1 -1 -1 -1 1 = 0

4 1 1 -1 ' -1 = 0

5 1 I 1 = 1

Кратчайший маршрут включает дуги , для которых Ру =1. Такой маршрут показан на рис.7.

О

©

Рис.7. Кратчайший маршрут в организационной структуре ПС Математическая модель распределения потоков в организационно -технической системе производства разработана в рамках сети (рис.6.).

В этой модели составлено уравнение баланса для начальных, транзитных и конечных ПС. для начальной ПС

( Ю,а)

для транзитных ПС р

е

( Ю,б)

для конечной ПС

р

( Ю,в)

Для решения задачи оптимизации потока в сети сформулированы целевые функции и граничные условия. Рассмотрены две постановки задач: 1. Минимизация стоимости

0 = ->тт;

А| — А-,ад,

(И)

где сц - стоимость транспортировки единицы продукции по дуге; суммирование проводится по всем дугам; 0$ - пропускная способность дуги. Такая постановка обеспечивает получение потоков в сети, которые не пое^-ппают по каждой дуге ее пропускной способности, а также минимальную стоимость транспортировки.

2. Максимизация потока

I j

А) =Азад;

1 j 0<Х„ <0,

• шш;

(12)

'9 ""Ч

Такая постановка обеспечивает получение максимального потока, стоимость транспортировки которого по всем дугам не превышает заданной стоимости Сэад.

Система без ограничения пропускной способности для первой из задач рассматриваемой организационно-технической структуры (рис.5) представлена табл.2.

Таблица 2

Пункт XII XI! Х|Э Х|4 хи Хи Хзг Х}4 ХЭ5 Х43 Х45 Х55 Знак Правая часть

И 2 6 8 3 7 5 1 5 4 2 тт -

А, 1 - 100

1 1 -1 -I -1 — 0

2 1 -1 -1 1 - 0

3 1 1 -I -1 -1 I - 0

4 1 1 -1 -! = 0

5 1 1 1 -1 = 0

В, 1 = 100

В работе решены задачи для ограниченной пропускной способностью для различных дуг организационной системы производства.

В заключение главы решена задача нахождения критических параметров технологического процесса, т.е. последовательность работ, имеющая наибольшее время завершения процесса. При этом решалась конкретная задача , связанная с ПС контроля и испытаний, которая включала .построение сетевого графика для этой системы на базе исходных данных для системы "ПОИСК" (табл. 3, табл.4)

Таблица 3

Работа Содержание Следует после работ Продолжительность Обозначения

ai Получение и комплектация "ПОИСК" - 1 1-2

аг Подбор контролируемых изделий - 2 1-3

аз Монтаж и наладка ''ПОИСК". Э| 4 2-3

ад Подготовка испытателей 3 2-4

as Контроль готовых изделий после сборки и монтажа аг, а4 6 3-4

Таблица 4

Событие Время наступления

Начало работ Т,

ПОИСК получена Ъ

Перечень готовых изделий выбран, ПОИСК отлажена Ъ

Программы контроля подготовлены, испытания готовы X,

Результаты анализа представлены в таблице 5.

Таблица 5

Путь Какие работы входят Продолжительность

1 (1-2); (2-4) 1+3=4

2 (1-2); (2-3); (3-4) 1+4+6= 11

3 (1-3); (3-4) 2+6 = 8

В работе на основе решения конкретных примеров даны общие постановки задач:

для задания сетевого графика

№ - Т,) - Д:] = 1ч ; (13)

для задач оптимизации ?! =ТП —>шш;1

, (14)

1*1 -1*1 зада

Р> =Т, -> шах;1

> (15)

Т <Т • I

1 п - 1 п з ада J

Первая постановка (14) обеспечивает решение задачи оптимизации,т.е. нахождение всех времен наступления событий и значений резервов при условии скорейшего завершения всех работ, когда начало работ начинается раньше заданного момента времени.

Вторая постановка (15) находит самое позднее начало работ и значения всех искомых величин, обеспечивающих завершение всех работ не позже заданного срока. На практике встречаются обе постановки.

В пятой главе рассмотрены вопросы организации гибких производственных: систем сборки, монтажа и контроля систем самолета. Рассмотрены общие вопросы построения производственной системы, а также на базе комплекса задач гибкого автоматизированного производства ЭТО ЛА разработана; функциональная схема гибкой автоматизированной технологической системы производства ЭТО ЛА, включающая подсистемы системы информации (информационную среду ГПС ЭТО ЛА, подсистему моделирования ЭТО ЛА, подсистему моделирования технологических процессов монтажа, подсистему проектирования программ контроля и испытаний ЭТО ЛА, программное обеспечение интегрированных систем автоматизированного контроля), комплекс технических средств (автоматизированные рабочие места электромонтажников и участки изготовления ЭТО ЛА, гибкую производственную систему контроля и испытаний ЭТО ЛА. Отмечены

основные составляющие экономической эффективности систем сборки и монтажа.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В соответствии с Концепцией реструктуризации российского авиапромышленного комплекса ( Постановление Правительства РФ от 6 марта 1998 г. N294), главной организационно-экономической целью которой является переход от организационного разделения авиационного комплекса на научно- исследовательский, проектно-конструкторский, производственный и другие сектора , к его объединению в рамках структур, связанных с решением общих нелевых задач и экономическими интересами.

В результате выполнения комплекса исследований в работе решена задача создания гибких производственных систем сборки и монтажа, имеющая важное значение для интегрированного комплекса ОАО "Туполев" (Интеграция ОАО " АВИАСТАР" и ОАО "АНТК им. Туполева", проводимая в соответствии с постановлением Правительства РФ от 30 июня 1999 г.N720) и направленная на повышение эффективности производства, в том числе за счет его автоматизации.

Основные результаты и выводы , полученные при решении данной проблемы, заключаются в следующем:

1. В результате проведенного анализа определены и обоснованы комплексные проблемы автоматизации сборочно-монтажных систем при производстве летательных аппаратов и на их основе сформулированы цели и задачи исследования.

2. Сформулирована и решена задача построения последовательности операций преобразования объектов сборки и монтажа и проектирование на ее базе действий монтажника в рамках детальных технологических операций.

3. Получено формализованное представление организационно-технической структуры сборочно-монтажного производства, позволяющее решать задачи оптимизации информационно-технологических и производственных потоков изготовления изделий.

4. Предложен системный подход к применению теории графов для решения задач, оптимизации производственных процессов в общей и частной постановках.

5. На базе полученных теоретических результатов разработано и внедрено в ЗАО "АВИАСТАР-СП" гибкое автоматизированное производство электротехнического оборудования летательных аппаратов.

Основные положения диссертационной работы отражены в следующи; статьях:

1. Коптев В.А., Савотченко В.В. Моделирование операционной последовательности преобразования объектов сборки и монтажа// Актуальные проблемы производства: технология, организация, управление. Сб. научн. тр. - Самара: СГАУ, 1996. - С. 67-82.

2. Коптев А.Н., Тлустенко С.Ф., Савотченко В.В. Задача представления объектов оборудования самолетов// Актуальные проблемы производства: технология, организация, управление. Сб. научн. тр. - Самара: СГАЗ 1996.-С.83-92.

3. Коптев А.Н., Савотченко В.В. Интеллектные системы управления самолетостроительных предприятий И Актуальные проблемы производства: технология, организация, управление. Сб. научн. тр. - Самара: СГА" 1996.-С.93-103.

4. Коптев А.Н., Савотченко В.В. Интегрированное автоматизированно производство электротехнического оборудования самолетов И Актуальны проблемы производства: технология, организация, управление . Сб. науч1 тр. - Самара: СГАУ, 1997. - С. 53-67.

5. Коптев А.Н., Савотченко В.В. Интеллектные системы управления авиационных предприятий // Актуальные проблемы производства: технология, организация, управление . Сб. научн. тр. - Самара: СГАУ, 1998. - С. 50-51.

6. Прилепский В.А., Савотченко В.В., Прилепский И.В., Сурков К.А. Проблемно-ориентированная интегрированная система контроля// Управление организационно-экономическими системами: моделирование взаимодействий , принятие решений: Сб. научн. тр. ИПУ РАН : СГАУ, 1999. -С.159-162.

7. Савотченко В.В. Производство пассажирских самолетов нового поколения// Самолетостроение России: проблемы и перспективы. Материалы Всероссийск. конф. - Самара, 1998.

8. Савотченко В.В. Состояние теории и практики автоматизации сбо-рочно-монтажного производства II Актуальные проблемы производства: технология, организация, управление . Сб. научн. тр. - Самара: СГАУ, 1997.-С. 104-120.

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата технических наук, Савотченко, Валерий Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТЯНИЕ И ПУТИ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ АГРЕГАТНО-СБОРОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ.

1.1. Специфика агрегатно-сборочного производства авиационных предприятий и пути его развития.

1.2. Комплексные проблемы автоматизации производства предприятий и методология системного анализа.

1.3. Системный подход к проблеме автоматизации в человеконаполненных системах.

1.4. Основные этапы и пути развития автоматизации.

1.5. Развитие информационных- технологий.

1.6. Проблемы роботизации и интеграции производственных систем.

1.7. Состояние проблемы целенаправленного движения.

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ СБОРКИ и МОНТАЖА.

2.1. Основные понятия и определения.

2.2. Основные задачи моделирования.

2.3. Синтез последовательности операторов преобразования.

2.4. Выводы.

ГЛАВА 3. ОСНОВЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ СТРУКТУРНЫХ АСПЕКТОВ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ

КРУПНЫХ АВИАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ.

3.1. Множественность представлений организационно-технических систем в производственных отношениях.

3.2. Представление структурных элементов крупных авиационных комплексов.

3.3. Представление и оптимизация производственных структур крупных авиационных комплексов.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ИЗГОТОВЛЕЙИЯ ИЗДЕЛИЙ САМОЛЕТОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ.

4.1. Математическая модель и задача оптимизации информационно-технологических маршрутов в организационной структуре производственной системы.

4.2. Математическая модель распределения потоков в организационно-технической структуре производственной системы.

4.3. Математическое моделирование последовательности сборочно-монтажных работ.

4.4. Выводы.

ГЛАВА 5. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ.

5.1. Общие вопросы построения системы.

5.2. Система информации гибкой технологической системы производства ЭТО ЛА.

5.3. Комплекс технических средств гибкой технологической системы ЭТО ЛА.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Организационно-технические основы создания гибких автоматизированных сборочно-монтажных систем самолетостроительных предприятий"

Переход России на позиции рыночной экономики требует адекватных решений в области организационной перестройки структуры экономических объектов и условий их функционирования, отвечающих требованиям гибкости при смене социальных и личностных приоритетов. При этом возникает необходимость учета всех сторон процесса преобразований (реструктуризация и оптимизация структур предприятий, выбор и реализация новой системы управления, т.е. механизмов функционирования по существу новой организации) в производственных системах (ПС) , к которым относятся машиностроительные предприятия, и в частности, самолетостроительные фирмы.

Крупные авиационные комплексы (КАСК) нацелены на изготовление необходимых для народного хозяйства сложных, наукоемких и ресурсоемких, современных изделий. Рынок авиаперевозок диктует необходимость диверсификации продукции авиационной промышленности, быстрого реагирования на его запросы. В этих условиях производство сложной авиационной техники связано с рядом проблем, одной из которых является организационно-техническая проблема, которая, в свою очередь, решает проблемы синтеза системы управления всех уровней.

Значительный вклад в развитие теории управления организационными системами внесли многие отечественные и зарубежные ученые, в том числе К.А. Багриновский, В.Н. Бурков, B.JI. Волкович, Ю.Б. Гермей-ер, В.Г. Засканов, В.А. Ириков, А.К. Еналеев , В.В. Кондратьев, А.Ф. Кононенко, H.H. Моисеев, Д.А. Новиков, В В. Федоров, К.Arrow, Т. Groves, A. Gibbard, S. Grossman, О. Hart, Е. Maskin, R. Myerson,R. Radner и другие. 3

Несмотря на большое число публикаций, посвященных организационным системам, исследованию и разработке механизмов их функционирования и взаимодействия, на сегодняшний день практически отсутствует системный подход к задачам структурного анализа и синтеза производственной системы (ПС) с учетом их гибкости в новых условиях , теоретически не обоснована при заданных ограничениях декомпозиция структур КАК на уровне конкретного производства.

Актуальность решения вышеперечисленных задач обусловлена и тем, что в изменяющихся рыночных условиях необходим не только качественно новый уровень технологии и материалов, но и качественно новый уровень организации, который невозможен без глубоких теоретических исследований структур организационных систем и механизмов взаимодействия их с технологией производства. Гибкое ориентированное на потребителя производство требует внедрения не менее гибкого управления им.

С ростом сложности задач управления КАСК в рыночных условиях возникает необходимость использования научных методов при подготовке и принятии решений.

Все это, несомненно, определяет актуальность выполненных в диссертации исследований.

Целью работы является повышение эффективности функционирования ПС на базе разработки методов системного представления , анализа и синтеза, как теоретической, так и практической основы реструктуризации, моделирования согласованного взаимодействия и внедрение предложенных методов, моделей и алгоритмов в системе активного управления производственными процессами.

Задачи исследований:

- разработка формализованной теории представлений КАК для анализа и синтеза оптимальных структур ПС; 6

- функционально-структурное моделирование элементов ПС;

- моделирование операционной последовательности объектов сборки и монтажа;

- функционально-структурное моделирование функционирования

ПС;

- создание ПС на базе предложенных теоретических положений.

Методы исследования. Основным методом исследования является математическое моделирование, базирующееся на использовании аппарата теории графов и аппарата современной теории управления, в частности, теории активных систем, теории игр, информационной теории иерархических систем, системного анализа и исследования операций.

Научная новизна. В результате проведенных исследований и обобщения опыта решения практических задач предложен методологический подход к анализу всего многообразия проблем теории и практики организации гибких структур и механизмов взаимодействия в системе " поставщик - потребитель", обеспечивающих эффективность функционирования производственно-технологических комплексов в рыночных условиях.

Предложенные модели, методики и алгоритмы нашли применение при реструктуризации и проектировании гибких структур производственно-технологических комплексов ОАО "АВИАСТАР", ЗАО "АВИАСТАР-СП", " Ульяновского авиационного промышленного комплекса" .

Диссертация обобщает результаты исследований, проводящихся под руководством и при непосредственном участии автора по Постановлению Правительства РФ N720 от 30.06.99 " Об открытом акционерном обществе " Туполев". 7

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции " Самолетостроение России: проблемы и перспективы", Самара, 1998 г.

В первой главе исследовано состояние и пути развития теории и практики агрегатно-сборочного производства летательных аппаратов. Отмечена специфика агрегатно-сборочного производства авиационных предприятий, а также, что развитие науки и техники привело к значительному росту как летательных аппаратов, так и их систем. Непосредственное взаимодействие человека в сфере производства часто заменяется опосредованным взаимодействием путем создания человеко-машинных комплексов , в связи с чем все большую роль играет информационный фактор - получение и обработка информации о производственной среде, об устройствах и приспособлениях, воздействующих на нее, о деятельности людей, участвующих в этом общем целенаправленом взаимодействии. Интенсивная автоматизация обработки информации приводит к тому, что в коммуникационные связи, в потоки информации, которыми обменивается человек, участвующий в технологическом процессе, во все большей степени вовлекаются ЭВМ различных уровней, формирующие для него и воспринимающего от него информацию, которая одновременно или в некоторой последовательности формирует его действия. Таким образом, человек и его производственная среда, все взаимодействия между ними формируют сложную человеко-машинную систему , в которой большое значение приобретают информационные процессы, на базе которых осуществляются процессы принятия решений, управление технологическими устройствами и их системами. Одновременно усиливается роль коллективного взаимодействия, целенаправленной совместной деятельности людей по решению общих и частных задач по достижению этих целей. Исходя из такого подхода , в главе проанали8 зированы пути развития автоматизации в технологических системах сбо-рочно-монтажных производств как человеконаполненных систем.

В рамках решения главной задачи повышения эффективности агре-гатно-сборочного производства рассмотрены комплексные проблемы автоматизации производства авиационных предприятий на базе методологии системного анализа. Для реализации управления технологическими процессами в условиях частичной автоматизации рассматривается возможность целенаправленного движения. При этом информационные потоки должны быть таковы, чтобы обеспечить реализацию этого движения, т.е. необходимо конструирование целенаправленных потоков информации.

В заключение отмечено, что прежде чем решать организационно-техническую задачу проектирования операционной последовательности преобразования объектов сборки и монтажа, т.е. технологического процесса

Вторая глава посвящена моделированию операционной последовательности преобразований объектов сборки и монтажа. Введены основные понятия и определения, в которых определен технологический процесс как "часть производственного процесса, содержащего действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства". Совокупность действий, называемых технологическими действиями, определена через подмножество некоторого множества всех действий. Определена цель технологических действи.На базе этих определений предложена модель технологического процесса, который , в свою очередь, формально определен как группа преобразований с инвариантом информации. Отмечено, что по мере развития технологических систем в них усиливаются информационные связи и воздействия, причем и сама информация изменяет свои состояния, способы действия и их организующее значение. 9

В работе определены задачи моделирования, введено понятие " исчисление последовательностей операторов преобразования", которое является методикой решения в рамках предикатов первого порядка таких логических задач, которые обычно требуют применения исчисления высших порядков.

Третья глава посвящена разработке основ теории представлений структурных аспектов производственных систем (ПС). Обоснована множественность представлений организационных систем в производственных отношениях, с учетом кардинальных изменений, происшедших в последние годы. В рамках решения задачи исследования структур организационных систем введены типы системных представлений: микроскопическое, функциональное, макроскопическое, иерархическое и процессуальное и предложен способ синтеза элементарных системных представлений в обобщенном системном эталоне, где каждое состояние системы представлено как совокупность системы и системного окружения. При этом обобщенный системный эталон выполняет важные эвристические функции , прежде всего, в результате задания модели системы и определения условий системного исследования.

Анализ математических постановок задач теории активного управления, сформулированные и решенные в работах профессора В.Н. Буркова и его учеников, в информационной теории иерархических систем, теории игр показал отсутствие в них точных представлений о структуре, ее возможной трансформации в различных окружающих условиях.

В целях устранения этих недостатков в работе осуществлена идея представления организационных систем в рамках точного формализма. Разработка точного представления явилась ключом к превращению неопределенных задач в определенные. Формальное описание организационной системы строится из знаков и образующих.

10

Разработан аппарат представления структур ПС, который базируется на системно-структурной методологии.

Для описания полной структуры вводится полное описание для образующих, так как сами образующие представляют собой ПС, т.е. каждая образующая может быть развернута в систему. Такие описания в работе будут строиться на базе матриц достижимостей и контрдостижимостей.

В заключение разработана методика исследования структуры ПС.

Четвертая глава посвящена задачам синтеза алгоритмов функционирования образующих в ПС, т.е. построению функциональной структуры из функциональных компонент путем операций соединения, на базе структурного анализа, цель которого определена как иерархическое структурирование организации и получение множества алгоритмов ее функционирования путем соединения простых алгоритмов.

Для классификации соединений в качестве оснований введен ряд условий, от которых зависят конкретные способы - виды соединений. По этим основаниям соединения классифицированы на достоверные и случайные.

Решена общая задача соединения. Рассмотрен пример структурного синтеза функционирования ПС контроля и испытаний электротехнического оборудования самолета Ту-204. Для выбора реализаций предложены критерии оценки, которые включают методики расчета прироста организационного эффекта и прироста эффекта автоматизации и эффективности автоматизации.

В заключение осуществлен синтез алгоритмов действий инженера-испытателя для реорганизованной ПС контроля и испытаний электротехнического оборудования самолета Ту-204.

В пятой главе рассмотрены вопросы организации гибких производственных систем сборки, монтажа и контроля систем самолета. Рассмотрены общие вопросы построения производственной системы, а также на

11 базе комплекса задач гибкого автоматизированного производства ЭТО ЛА разработана функциональная схема гибкой автоматизированной технологической системы производства ЭТО Л А, включающая подсистемы системы информации (информационную среду ГПС ЭТО ЛА, подсистему моделирования ЭТО ЛА, подсистему моделирования технологических процессов монтажа, подсистему проектирования программ контроля и испытаний ЭТО ЛА, программное обеспечение интегрированных систем автоматизированного контроля), комплекс технических средств ( автоматизированные рабочие места электромонтажников и участки изготовления ЭТО ЛА, гибкую производственную систему контроля и испытаний ЭТО ЛА. Отмечены основные составляющие экономической эффективности систем сборки и монтажа.

12

Диссертация: заключение по теме "Организация производства", Савотченко, Валерий Васильевич

Основные результаты и выводы , полученные при решении данной проблемы, заключаются в следующем:

1. В результате анализа мировых тенденций развития и повышения эффективности человеконаполненного производства, к которому относится сборочно-монтажный комплекс, определены и обоснованы пути его развития, комплексные проблемы автоматизации, а на их основе сформулированы цели и задачи реализации намеченных путей развития.

2. Технология сборочно-монтажного производства относится к категории наиболее сложных и ответственных процессов. Сложность технологических процессов сборки и монтажа заключается в многообразии методов и многовариантности выбора и построении последовательности

175 сборочно-монтажных операций. В работе решена задача последовательности выполнения отдельных технологических переходов и операций.

3. Из числа основных факторов, оказывающих влияние на реализацию технологического процесса, является организационное обеспечение сборочно-монтажного производства, которое должно быть учтено при разработке технологических процессов сборки и монтажа и средств оснащения сборочно-монтажного производства. В рамках такого подхода в диссертации решена задача представления организационно-технической структуры сборочно-монтажного производства с учетом функционального назначения образующих этой структуры в рамках разработанного технологического процесса.

4. Технологический процесс , установливающий определенные связи между переходами и операциями сборки и монтажа, принимается в качестве исходного документа для организации выполнения работ. В работе разработан метод структурного моделирования функционирования производственной системы.

5. Внедрение автоматизированных систем во многом зависит от уровня специализации участков и производств, объема используемых типовых процессов, именно, исходя из этих положений, а также с учетом теоретических результатов предложено гибкое автоматизированное производство электротехнического оборудования летательных аппаратов как комплекс универсальных технических средств, использующих числовое программное управление.

176