N a tle dążeń współczesnego rynku (relacja klient-producent) sform ułowano cel i tezę pracy oraz nakreślono problem . Będzie to przedmiotem dalszych rozważań.
3.1. Cel pracy
K lasa rozpatryw anych problem ów planowania produkcji zaliczana je st do zadań o dużej złożoności kom binatorycznej. Złożoność problem ów kom binatorycznych rośnie na ogół ze w zrostem lic z b y ograniczeń. Powoduje to konieczność wstępnego ograniczania zbioru m ożliw ych rozw iązań (przeszukiwanego metodami algebraicznym i czy sym ulacyjn ym i) w celu w y e lim in o w a n ia z przeszukiwanego zbioru rozwiązania nie istniejącego lub niedopuszczalnego. Ze w zględu na w ielo ść występujących ograniczeń w pierwszej kolejności sprawdzane są w arunki, których spełnienie gwarantuje ja kościow o pożądane funkcjonowanie systemu. D opiero w drugiej kolejności badane są w arunki wyznaczające zbiór rozwiązań dopuszczalnych, gwarantujących pożądaną ocenę ilo ścio w ą (efektywność, terminowość). W arunki mają postać w arunków wystarczających. Oznacza to, że w wyznaczonym w ten sposób zbiorze rozw iązań po m in ięty jest w ariant rozw iązania optymalnego.
Poszukiwane warunki określają zw iązki zachodzące pomiędzy parametrami systemu produkcyjnego a ograniczeniam i realizowanych w nim zleceń, um ożliw iające planowanie przebiegu w ieloasortym entow ej pro du kcji rytm icznej. W szczególności zaś zw iązki posiadają postać w arunków wystarczających, których spełnienie zapewnia realizację zlecenia w systemie.
C elem p ro w a d z o n y c h badań jest opracowanie m etodyki szybkiej w e ry fik a c ji zleceń produkcyjnych. M etodyka ta winna um ożliw iać planowanie przepływ u w ieloasortym entow ej produkcji rytm icznej, zapewniającej spełnienie zadanych wymagań jakościo w ych i ilościow ych.
Istotą proponowanej m etodyki jest in te g ra c ja etapu planowania i etapu sterowania przepływem produkcji. R ów nolegle z decyzją typu planistycznego (przyjęcie zlecenia do realizacji) wyznaczana je s t procedura rozproszonego sterowania przepływem p ro du kcji, gwarantująca je j realizację z zadanym i wskaźnikam i.
Zaproponowana metodyka pozwala na rezygnację z czaso- i pracochłonnej analizy m o ż liw y c h w a ria n tó w obsługi pojawiającego się zlecenia na rzecz w yzn a cza n ia warunków,
których sprawdzenie um o żliw ia stwierdzenie, czy zlecenie może być realizowane w danym systemie.
W arunki, o których mowa, określają lokalizację magazynów i ich pojemności, dla których zapewniony je s t przebieg ustalony systemu oraz w p ły w przyjętych lokalnych reguł rozstrzygania k o n flik tó w zasobowych na w artości wskaźników ilościowej oceny systemu.
W p ły w na zapewnienie ciągłości przepływu produkcji mają zależności łączące w ielkość partii produkcyjnych z pojemnościami dostępnych magazynów, term inam i zakończenia partii produkcyjnych, czasami przestoju maszyn itp. Zależności te determ inują w arunki, których spełnienie gwarantuje określoną efektywność systemu. W szczególności oznacza to m ożliwość w ykorzystania wyznaczonych w arunków do budowy procedury wspomagającej użytko w nika w podejm ow aniu decyzji przy w yborze kolejnych zleceń.
3.2. Teza
W prezentowanym podejściu przyjm uje się, że struktura systemu, konfiguracja i sposób organizacji przepływ u produkcji determ inują efektywność obsługi przepływu produkcji. Znaczy to, że system, gwarantując pożądaną realizację danej klasy zleceń nie gwarantuje tego innej klasie zleceń. M ożna zatem powiedzieć, że system o danej strukturze i organizacji je s t de dyko w an y do obsługi określonej klasy zleceń.
W rozważanym kontekście przez pojęcie dedykowanego systemu produkcji rytm icznej rozum iany je st system, którego konfiguracja oraz sposób sterowania um o żliw ia ją planowanie produkcji i je j przepływ w warunkach istniejących ograniczeń zasobowych. Innym i słowy, systemem dedykowanym do obsługi danej klasy zleceń je st system, w którym w procesie planowania pro du kcji uw zględnia się:
• ograniczenia struktury systemu (maszyny, magazyny, transport),
• sposób sterowania (w g harmonogramu, w g pilności robót),
• ograniczenia realizowanych zleceń (terminowość, liczność partii),
• strukturę i sposób realizacji (wykonania) planowanych zadań (przebiegów produkcji).
Przykładow o, system nie jest dedykowany do obsługi danego zlecenia wówczas, gdy można wykazać albo ty lk o m ożliw ość jego terminowego wykonania (w ynikającą z bilansu zdolności produkcyjnych) bez m ożliw ości przedstawienia planu obsługi tego zlecenia, albo m ożliwość w ykonania zlecenia bez zapewnienia jego term inowej realizacji.
P rzyjęta koncepcja systemu dedykowanego zakłada prawdziwość poniższej tezy:
Istnieje obliczeniowo efektywna metoda planowania produkcji, umożliwiająca wariantowanie sposobów przepływu produkcji w warunkach istniejących ograniczeń zasobowych systemu, zorientowana na szybką weryfikację zleceń produkcyjnych zarówno pod kątem możliwości wytwórcy, jak i oczekiwań odbiorcy (zleceniodawcy), integrująca poziomy planowania zagregowanego oraz sterowania operacyjnego.
D o w ykazania te j tezy należy w yznaczyć zależności łączące ograniczenia systemu produkcyjnego oraz realizowanych w nim zleceń. Poszukiwane zw iązki mają postać warunków.
Procedura planowania oparta na tak wyznaczonych warunkach stanowić będzie dow ód na poparcie w ym ienion ej tezy.
3.3. Sformułowanie problemu
Rozważana klasa systemów obejmuje dyskretne systemy produkcyjne (w szczególności systemy ob ró b ko w e ) typo w e dla E S W produkcji średnio- i małoseryjnęj. P rzyjm uje się, że systemy te są rów nie ż systemami jednoczesnej produkcji w ieloasortym entow ej, gdzie niektóre z ich zasobów są zasobami w spólnym i, w ykorzystyw anym i w marszrutach produkcyjnych różnych w ytw o ró w .
Zasoby systemu są niewywłaszczalne, co oznacza, że procesowi nie można odebrać zasobu przed ukończeniem operacji. Zasoby są odnawialne, tzn. że po w ykonaniu procesu zasób jest go to w y do natychm iastowego w ykonania następnego procesu.
Danej operacji technologicznej i operacji ją poprzedzającej przypisuje się magazyny m iędzyoperacyjne o skończonej pojemności. M iejsce w magazynie m iędzyoperacyjnym traktowane je st ja k o dodatkow y zasób, na którym czas w ykonyw ania operacji je s t ró w n y zero.
M agazyn m iędzyoperacyjny może być zorganizowany na różne sposoby. Magazynem m iędzyoperacyjnym może być przenośnik m iędzy kolejn ym i zasobami, magazyn palet przy obrabiarce lub część miejsca przewidziana w magazynie centralnym.
Zlecenia produkcyjne, określane przez: w ielkość zlecenia, term in realizacji, marszrutę technologiczną z określonym i czasami wykonyw ania operacji na zasobach oraz liczność partii produkcyjnej, realizowane są w systemie przy założeniu, że:
• Rozważane problem y mają charakter deterministyczny. Charakteryzują się skończoną sekwencją operacji wykonyw anych w skończonym, ściśle określonym czasie, w zdłuż zadanej m arszruty technologicznej.
• Dostęp procesów do zasobów dzielonych realizowany jest w trybie wzajemnego wykluczania.
• Rozpoczęcie kolejnej operacji następuje po zakończeniu poprzedzającej, pod warunkiem dostępności zasobu; proces jest niewywłaszczalny.
• Czasy operacji są liczbam i naturalnymi. Czasy operacji transportu i przezbrojeń są w liczone w czas trw ania operacji technologicznej.
• Oczekując na zajęty zasób (lub miejsce w magazynie międzyoperacyjnym przydzielone temu procesowi) proces nie zwalnia zasobu, na którym w ykonał poprzednią operację.
P rzyjm uje się, że każda marszruta może przebiegać co najwyżej raz przez ten sam zasób (brak nawrotów). N a w ejściu każdej marszruty znajduje się magazyn o pojemności równej liczności partii produkcyjnej (określonej przez zlecenie produkcyjne), zaś na w yjściu znajduje się pusty magazyn o nieograniczonej pojemności.
W arunkiem realizacji zadanego celu, tzn. opracowania m etodyki szybkiej w e ry fik a c ji zleceń produkcyjnych, jest wyznaczenie, przy wyżej przyjętych założeniach, warunków, których spełnienie gw arantuje realizację zlecenia.
W yznaczanie takich w arunków i związana z tym analiza układu system produkcyjny - zlecenie znajduje swój wyraz w sform ułowaniu rozważanego dalej problemu wyznaczania warunków , determ inujących realizację zlecenia, a w szczególności zw iązków występujących pomiędzy:
• licznością partii produkcyjnej a dostępnymi pojemnościami magazynów,
• stanem początkow ym systemu a wyznaczonym i regułami w yboru priorytetu,
• licznością p artii produkcyjnej a term inowością realizacji zlecenia.
U m o ż liw ia to analiza komponentów należących do trzech zasadniczych obszarów, a m ianow icie: systemu produkcyjnego (dysponowany fundusz czasu pracy, zasoby, magazyny międzyoperacyjne), planowania procesu (marszruta, podział na partie, harmonogramowanie, m in im alizacja zapasów w toku), zleceń (różnorodność produktów, procesy współbieżne, czas realizacji, term in uruchom ienia). K ryteriam i oceny są: poziom w ykorzystania zasobów, długość cyklu w ytw órczego, efektywność realizacji zlecenia, term inowość realizacji zlecenia.
W analizie przydatności systemu do realizacji określonej klasy zleceń badany jest w p ływ innych aspektów determ inujących ich realizację, do których można zaliczyć m iędzy innym i:
• do bó r zleceń do jednoczesnej realizacji w systemie,
• określenie liczności p a rtii dla każdego ze zleceń,
• lo kalizację m agazynów m iędzyoperacyjnych i wyznaczenie ich pojemności, gwarantujące b e z k o liz y jn y p rz e p ły w planowanej produkcji,
• w p ły w zakłóceń na realizację zleceń.
3.4. Zakres pracy
O po ziom ie konkurencyjności producenta decyduje term inowość realizowanych przez niego zleceń oraz odpow iednio niska cena i akceptowalna przez klienta jakość produktu finalnego.
T erm inow ej rea liza cji zleceń musi zatem towarzyszyć w ysoki stopień w ykorzystania zasobów systemu oraz niski poziom zapasów produkcji w toku. Oznacza to potrzebę przeprowadzenia wstępnej selekcji zleceń. W ybrane w je j w y n ik u zlecenia optym alizują w skaźniki jakości fun kcjon ow a nia systemu przy gwarantowanej term inowości zakończenia zlecenia.
P rzyjęta metoda w yboru zleceń zakłada istnienie tak zwanych dedykowanych systemów w ytw ó rczych, zorientow anych na obsługę konkretnej klasy zleceń (dla której znany je s t przepływ pro du kcji gw arantującej term inow e zakończenie).
Znam ienną cechą takiej m etodyki je st in te g ra c ja etapów:
• planow ania pro d u kcji (przydział pojemności magazynów, w yb ó r w ielkości pa rtii),
• sterowania operacyjnego (reguły w yboru priorytetu, term in uruchom ienia zleceń).
Integracja wspom nianych etapów zakłada rytm iczny przepływ produkcji (pracę systemu w ytw órczego w c y kliczn ym przebiegu ustalonym ) oraz przyjęcie zasobowo zorientowanego sposobu sterowania je j przepływem. Oznacza to, że dla ustalonego zadania (m arszruty przyjętego zlecenia) przydzielone są do zasobów systemu odpowiednie reguły w yb oru priorytetu zabezpieczające ry tm ic z n y i term inow y (nie zakłócony) przepływ produkcji.
U m iejscow ienie podejmowanej problem atyki na tle prac prowadzonych w kraju i na świecie przedstawiono w tabeli 3 .1. Pole szare wskazuje obszar niniejszej pracy.
Przedstawiona w tabeli 3.1 klasyfikacja obszarów badań (zacytowane prace są reprezentantami prac z tego zakresu) znajduje swój wyraz w szeregu prac z zakresu mechaniki, zarządzania oraz in fo rm atyki. Spośród w ykorzystyw anych w nich technik na szczególne podkreślenie zasługują m etody badań operacyjnych, a w szczególności program owania
matematycznego, metody masowej obsługi, sym ulacji komputerowej oraz metod sztucznej inteligencji.
Tabela 3 .1 Um iejscowienie problem atyki badań
P R O D U K C JA
rytm iczna nierytm iczna
J2 o [Ramsay, Brow n, Tabibzadeh,1990], [Józefczyk, 1996], [Sawik, 1992],
§ ź
Skuteczność stosowanych metod ograniczana jest zw ykle zakresem przyjętych założeń (rodzajem p ro du kcji, typem sterowania). Przykładowo, metody sztucznej inteligencji oraz metody sym ulacji kom puterow ej w ykorzystyw ane są w badaniach systemów produkcji nierytmicznej [Souilah, B o u lif, Hamdache, 1998], [Skołud, 1996a], [Skołud, 1996b], [Gregor, 1998], a metody masowej obsługi oraz badań operacyjnych dom inują w zadaniach sterowania zorientowanego zadaniowo [B u b n icki, 1987], [Błażewicz, 1981], [Józefczyk, 1996], [Sawik, 1992], [W itko w ski,
1993], [W itk o w s k i, 1995] itd.
N o w e perspektywy, um ożliw iające zintegrowane ujęcie problem ów planowania i sterowania przepływem produkcji, wnoszą techniki programowania z ograniczeniami (ang.: Constraint Logic Program m ing - CLP ), polegające na technice deklaratywnego opisu. U m o ż liw ia ją one efektywne rozw iązyw anie złożonych, w szczególności kom binatorycznych problem ów z zakresu planowania i harm onogram ow ania [B artak, 1999], [Niederliński, 1999].
Isto tn ym i ograniczeniam i w ym ienionych problem ów są jednak bądź to niedokładności stosowanych m odeli (m etody masowej obsługi - nie uw zględniają przebiegów przejściowych), bądź d łu g i czas obliczeń, uniem ożliw iający ich zastosowanie w try b ie on line, bądź też
pracochłonny, w ym agający specjalistycznego przygotowania sposób specyfikacji problemu (specyfikacja ograniczeń w program owaniu CLP).
W proponow anym podejściu łączone są form alizm y lo g ik i matematycznej, algebry linio w e j oraz te o rii mnogości. Składają się one na metodę problem owo ukierunkowanego przeglądu ograniczeń o charakterze logiczno - algebraicznym , zorientowaną na w eryfikację zleceń.
3.5. Podsumowanie rozdziału
W rozdziale przedstawiono cel i tezę pracy. Sform ułowano problem podejm owany w pracy oraz je j zakres. Ponadto przedstawiono klasyfikację obszarów badań i um iejscowienie podejm owanej problem atyki na tle prac prowadzonych w k ra ju i na świecie.