Левенцова. Соловейчик, Левенцов, Сафронова. Модель планирования технического обслуживания оборудования
 Скачать 435.67 Kb.
|
|
УДК 658.58 МОДЕЛЬ ПЛАНИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ К. А. Соловейчик Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Россия, 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29 В. А. Левенцов Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Россия, 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29 Е. М. Сафронова ООО «Каскад технологии» 197376, Россия, г. Санкт-Петербург, наб. Реки Карповки, д. 5, лит. АГ, пом. 2Н, офис 2 Данная статья посвящена решению задачи планирования технического обслуживания производственного оборудования на базе данных машиностроительных предприятий Санкт-Петербурга. Решение задачи планирования технического обслуживания оборудования актуально, поскольку существующая ситуация «ручного» планирования обладает большим количеством недостатков и ограничивает прослеживаемость производственной логистики. Представленная в работе математическая модель имеет ряд допущений для уменьшения вычислительной сложности рассматриваемой задачи. В качестве целевой функции в модели выбрана максимизация времени работы группы заменяемости оборудования между техническими обслуживаниями. Для решения задачи предложен алгоритм, позволяющий вычислить необходимый ритм технического обслуживания в разрезе выбранного ограничения. Апробация предложенного алгоритма производилась на данных приближенных к реальным, в информационной системе 1С:ТОИР Управление ремонтами и обслуживанием оборудования (далее 1С:ТОИР). Разработанные модель и алгоритм планирования технического обслуживания оборудования для внедрения в 1С:ТОИР могут быть использованы на предприятии, позволят эффективнее организовать загруженность производственного оборудования с учетом интервалов на обслуживание и повысить качество выполняемых заказов. Ключевые слова: техническое обслуживание, выбор оборудования, математическая модель, метод перебора, критерии выбора оборудования. Для цитирования: Соловейчик К.А., Левенцов В.А., Сафронова Е.М. Модель планирования технического обслуживания оборудования // Организатор производства. Сведения об авторах: Соловейчик Кирилл Александрович (д.э.н., kirill@spbcioclub.ru) заведующий базовой кафедры «Процессы управления наукоемкими производствами», Института передовых производственных технологий, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого Левенцов Валерий Александрович (к.э.н., vleventsov@spbstu.ru) доцент Института передовых производственных технологий, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого Сафронова Елена Михайловна (solncuivetru@gmail.com) магистр базовой кафедры «Процессы управления наукоемкими производствами», Института передовых производственных технологий, Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого Введение В настоящее время на большинстве производственных предприятий России эксплуатируется оборудование, которое устарело морально и физически. Естественное устаревание основных фондов производственных предприятий приводит к постоянному росту количества не только поломок и неисправной работе парка оборудования, но и к росту количества брака. В среднем простой оборудования занимает от 30% до 50% полезного времени. Вследствие чего растет себестоимость продукции. Поэтому автоматизация управления процессами ремонта и обслуживания производственного оборудования является на данный момент очень острым вопросом. Современные информационные технологии позволяют добиться усовершенствования производственной логистики на предприятии [1]. Точная автоматизированная фиксация состояния станков, расчет показателей их плановой работы и отображение результатов в реальном времени обеспечивают оперативность контроля и способствуют своевременному реагированию на ситуации, требующие вмешательства. Накапливаемая история работы оборудования служит основным источником для всестороннего анализа производственной деятельности и формирования верных управленческих решений. Обладая информацией о состоянии оборудования, руководство предприятия имеет возможность целенаправленно работать по увеличению производительности, уменьшению производственных потерь и строго контролировать эффективность использования вложенных в повышение эффективности производства финансовых средств [2,3,4]. Планирование технического обслуживание является одним из начальных этапов оптимизации производственной логистики и ремонта оборудования [5]. При своевременном выполнении планово-предупредительных мероприятий по оборудованию можно существенно снизить ситуации возникновения аварийно-восстановительного ремонта, предупреждать возникновение аварийных поломок и потребности в таком ремонте [6]. Таким образом, целью работы является разработка модели и алгоритма, которые позволят эффективно организовать техническое обслуживание оборудования на предприятии и сделают процесс ремонта и обслуживания более гибким и управляемым. Для достижения поставленной цели в работе предполагается разработать алгоритм технического обслуживания оборудования, провести их апробацию в информационной системе, удостовериться в выполнении ограничений при построении планово-предупредительного графика ремонта. Математическая модель планирования технического обслуживания Математических моделей позволяющих рассчитать и спланировать планово-предупредительное обслуживание производственного оборудования на сегодняшний момент достаточно много. Выбор математической модели зависит от постановки задачи предприятия [7]. Задача может быть сформулирована следующим образом: в информационную систему поступают данные о состоянии оборудования; необходимо построить график технического обслуживания оборудования, учитывая наработку и ограничение, что оборудование входящее в одну группу заменяемости не может обслуживаться в один день с остальным оборудованием данной группы [8]. В информационной системе 1С:ТОИР отслеживается наработка оборудования за день. Так же в ней распределено оборудование по группам заменяемости, проставлены коэффициенты приоритета оборудования, занесены данные по критической наработке, обозначена константа, регулирующая шаг уменьшения максимального количества дней работы до технического обслуживания оборудования с целью составления графика. Индексы:  – индекс для оборудования ( ); – индекс приоритета -го оборудования в рамках группы заменяемости ( ); – индекс для группы заменяемости -го оборудования c индексом приоритета (g ).Переменные:  – количество дней до критической наработки c индексом приоритета -го оборудования в -ой группе заменяемости, день; – наработанное время c индексом приоритета -го оборудования в -ой группе заменяемости за день, час; – установленное критическое наработанное время c индексом приоритета -го оборудования в -ой группе заменяемости, после которой необходимо техническое обслуживание, час; – оставшееся время наработки c индексом приоритета -го оборудования в -ой группе заменяемости до критической наработки c индексом приоритета -го оборудования в -ой группе заменяемости, после которого необходимо техническое обслуживание, час; – оптимальное количество дней работы c индексом приоритета -го оборудования в -ой группе заменяемости до необходимости технического обслуживания, день; – шаг уменьшения максимального количества дней работы c индексом приоритета -го оборудования в -ой группы заменяемости до необходимости технического обслуживания ( , день. – максимальный шаг уменьшения максимального количества дней работы c индексом приоритета -го оборудования в -ой группе заменяемости до необходимости технического обслуживания, день.Математическая модель: Целевая функция (1) максимизирует время работы оборудования в -ой группе заменяемости, в зависимости от выставленных индексов приоритета. (1)Ограничение (2) определяет, что оптимальное количество дней работы c индексом приоритета -го оборудования в -ой группы заменяемости может быть меньше или равно количеству дней до превышения критической наработки. ,  (2)где (3) в рамках группы заменяемости оборудования должно быть уникально. , (3) Если ограничение (3) не может быть выполнено, тогда уменьшаем на .Количество дней до критической наработки (4) c индексом приоритета -го оборудования в -ой группе заменяемости. , (4) Оставшееся время наработки (5) c индексом приоритета -го оборудования в -ой группе заменяемости до критической наработки, после которого необходимо техническое обслуживание, вычисляется как разность известной по паспорту оборудования и известной из информационной системы 1С:ТОИР . , (5)В результате техническое обслуживание для каждого оборудования в группе заменяемости становится запланированным и не противоречит ограничению на одновременное техническое обслуживание двух и более единиц оборудования в одной группе. Расчет графика обслуживания зависит от расстановки коэффициентов приоритета оборудования, таким образом, оборудование с наименьшим коэффициентом планируется с минимальным расхождением от рассчитанной точки критической наработки, а оборудование с наивысшим коэффициентом планируется опережая момент критической наработки. Методы Для решения поставленной задачи был выбран метод перебора, основанный на предварительно заданном периоде планирования. Данный метод был реализован с помощью эвристических алгоритмов, так как решения реальных практических задач планирования планово-предупредительного ремонта в большинстве случаев являются NP-трудными и использование точных методов для решения не являются лучшим вариантом, ввиду вычислительной сложности и времени, необходимого для нахождения оптимального решения. [9,10] Так же в задаче присутствуют ограничения, связанные со спецификой производства. При составлении плана технического обслуживания необходимо учитывать приоритетность оборудования, так как оно может иметь разную ценность для производства и зависеть от выполняемого или планируемого заказа, точности выполнения работы и других преимуществ. На рисунке 1 представлена схема алгоритма.  Рис. 1 Схема алгоритма планирование технического обслуживания оборудования Предложенный алгоритм состоит из 6-ти шагов: Шаг 1: Выбор групп заменяемости, которые должны пройти техническое обслуживание в заданный период. Шаг 2: Составление списка оборудования, входящего в каждую группу заменяемости, которые должны пройти техническое обслуживание в заданный период. Шаг 3: Упорядочивание списка оборудования входящий в группу заменяемости по коэффициенту приоритета. Шаг 4: Выбирается оборудование с наименьшим приоритетом, высчитывается наработка оборудования на выбранную дату технического обслуживания. Шаг 5: Если количество дней до начала технического обслуживания равно количеству дней другому оборудованию находящемуся в той же группе заменяемости, то количество дней будущего технического обслуживания сокращается на заданную константу в системе. Шаг 6: Выбирается следующее оборудование и повторяется шаг 4 и шаг 5. Если оборудование не имеет возможности удовлетворить условия расчета количества дней до технического обслуживания оно записывается в список уведомлений и после окончания составления графика обслуживания сообщается пользователю. Благодаря возможности дополнить алгоритм ограничениями можно увеличить точность планирования графика и выполнение необходимых условий, что позволяет улучшить производственную логистику предприятия. Апробация результатов исследования Для апробации работы ранее представленных алгоритмов был реализован механизм, способный брать необходимые данные с оборудования и из информационной системы 1С:ТОИР, которая является системой учета оборудования, ремонта и обслуживания на предприятии. Данный механизм позволяет использовать реальные данные: перечень используемого оборудования на предприятии, о состоянии оборудования, техническую информацию об объектах ремонта, наработку оборудования и его простои, историю обслуживания оборудования. Запуск алгоритмов производился по данным производства, однако с целью сохранения информации, являющейся коммерческой тайной предприятия и информации об оборудовании для специальных условий эксплуатации в работе, в таблице 1 представлена переработанная информация об одной из групп заменяемости оборудования, в которой указаны показатели, которые будут влиять на составление планово-предупредительного графика ремонта оборудования и вычисление предположительной даты ремонтных мероприятий. Таблица 1 Способы учета параметров оборудования
В примере указано пять единиц оборудования. Для каждого из них составлены свои параметры, которые будут учитываться при планировании графика технического обслуживания. На основе исходных данных был запущенный алгоритм перебора с ограничением обслуживания периодом в месяц. Результаты запланированного технического обслуживания представлены на диаграмме Ганта на рисунке 2.  Рис. 2 Диаграмма Ганта выполнения технического обслуживания На основе полученной диаграммы Ганта можно сделать вывод, что разработанный алгоритм работает правильно и может запланировать техническое обслуживание оборудования, в случае правильно сформулированных ограничений и исходных данных. Для более сложного планирования данный метод может работать медленнее из-за нехватки вычислительной мощности. Заключение На сегодняшний день техническое обслуживание и ремонт производственного оборудования является важным и существенным механизмом эффективного управления производством. Следовательно, разработка и внедрение современных методов планирования поможет предприятиям повысить конкурентоспособность как за счет сокращения сроков технического обслуживания, ремонта и простоя оборудования, так и за счет контроля производства и качества продукции. [11] В данной работе рассмотрена математическая модель процесса технического обслуживания оборудования предприятия, выбран наилучший алгоритм, удовлетворяющий потребности по построению планово-предупредительного графика в умной системе мониторинга производственного оборудования и проведена его реализация. [12] В дальнейших исследованиях математическую модель планируется привести к динамическому типу, так как она предполагает возможность поступления новых данных о ремонте оборудования в систему без необходимости перепланирования всего графика планово-предупредительных мероприятий, а так же усложнить ее дополнительными параметрами, как например учет входящих в оборудование ремонтируемых частей, связь графика с запланированными заказами на производство, учет потребности оборудования в производстве. С точки зрения методов решения задачи – будут рассмотрены другие метаэвритические методы решения и правила расстановки приоритетов оборудования. Библиографический список Куприяновский В.П., Добрынин А.П., Синягов С.А., Намиот Д.Е., Уткин Н.А. Трансформация промышленности в цифровой экономике – экосистема и жизненный цикл // International Journal of Open Information Technologies. 2017. Т. 5, № 1. С. 34-49. Ингеманссон А.Р. Актуальность внедрения концепции «индустрия 4.0» в современное машиностроительное производство // Наукоёмкие технологии в машиностроении. 2016. Т. 1, №. 7. C. 45-48. Damilare T.O., Olasunkanmi O.A. Development of Equipment Maintenance Strategy for Critical Equipment // The Pacific Journal of Science and Technology. – 2010. – №1. – С. 328 – 342. Романов А.Ю. Совершенствование системы управления ремонтом и обслуживанием технологического оборудования предприятия: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Московский государственный технологический университет. Санкт-Петербург, 2011. Боровков А.И., Клявин О.И., Марусева В.М. и др. Цифровая фабрика (Digital Factory) Института передовых производственных технологий СПбПУ // Трамплин к успеху [корпоративный журнал дивизиона «Двигатели для гражданской авиации» АО «ОДК»]. 2016. № 7. С. 11—13. Кудряшов Р. Б. Планово-предупредительный ремонт и его роль на производстве. // Справочник экономиста. – 2014. – №4. – С. 55 – 60. Левенцов В.А. Модели и инструментальные средства составления календарных расписаний работы механообрабатывающих цехов: диссертация на соискание ученой степени кандидата экономических наук / Санкт-Петербургский политехнический университет. Санкт-Петербург, 2007. Шнитин Ю.В., Левенцов В.А. Имитационное моделирование календарных графиков производства // Экономика и промышленная политика России. Труды III международной научно-практической конференции. 2004. С. 261-267. Погодаев А.К., Корнеев А.Д., Маракушин М.В. Задача перспективного планирования ремонтно-восстановительных работ // Управление большими системами: сборник трудов. 2006. № 13. С. 134-141. Мышенков К.С., Романов А.Ю. Метод решения задачи календарного планирования ремонтов технологического оборудования предприятия с использованием генетического алгоритма // Машиностроение и компьютерные технологии. 2011. № 9. С. 1-9. Никитин А.В., Рачковская И.А., Савченко И.В. Управление предприятием (фирмой) с использованием информационных систем: учебное пособие. - М.: ИНФРА-М, 2007. - 188 с. Martin B. Putting Theory into Practice: A Guide to Effective Maintenance Strategy Implementation // Asset Management Services. ABB Eutech. – 2003. – С.1 – 27. |