Автоматизация управления предприятиями на основе экономико-математических методов средств

Автоматизация управления предприятиями на основе экономико-математических методов, средств вычислительной техники и информационных технологий является неотъемлемой частью процесса совершенствования деятельности практически всех предприятий. В последнее время наметился качественно новый этап, который характеризуется стремлением к созданию интегрированных автоматизированных систем, объединяющих все задачи управления. Этому способствуют: Ø распределенные вычислительные системы и сети, Ø средства ведения баз данных, Ø средства проектирования и внедрения 1 функциональных подсистем.

У видов АСУ, таких как АСУП и АСУТП имеется единая основа, которая заключается в процессе обработки информации с использованием современных средств вычислительной техники. Это делает возможным построение интегрированных систем АСУ, где обрабатываются как данные о технологических процессах, так и данные о производственнохозяйственной деятельности 2

Уровень 4 Планирование ресурсов (ERP/MRP) Уровень 3 Управление производством (MES) Уровень 2 Диспетчерское управление процессом (SCADA-системы) Средства: ПЭВМ, Пакеты ПП Уровень 1 Непосредственное управление Средства: УСО и промышленные контроллеры Уровень 0 Уровень ввода-вывода Средства: датчики, исполнительные механизмы 3 Уровни управления интегрированных и распределенных АСУП

Целью сегодняшней лекции является: Ø изучение современных подходов к построению интегрированных систем управления предприятием, получивших в последнее время широкое распространение, а именно – концепции MRP, MRPII, ERP, ERP II; Ø основные экономико-математические методы, которые применяются в этих системах; Ø перспективы развития и совершенствования ИАСУП, а именно – особенности концепций APS, CSRP и др. 4

Классические примеры систем данного класса • MES - Manufacturing Execution Systems (системы управления производством); • MRP - Material Requirements Planning (системы планирования потребностей в материалах); • MRP II - Manufacturing Resource Planning (системы планирования ресурсов производства); • CRP - Capacity Resources Planning (система планирования производственных мощностей); • CAD - Computing Aided Design (автоматизированные системы проектирования САПР); • CAM - Computing Aided Manufacturing (автоматизированные системы поддержки производства); • CAE - Computing Aided Engineering (автоматизированные системы инженерного проектирования - САПР); • PDM - Product Data Management (автоматизированные системы управления данными); • CRM - Customer Relationship Management (системы управления взаимоотношениями с клиентами). 5 • и всевозможные учетные системы и т. п.

Дисциплина Автоматизированные системы управления (АСУ) Раздел 1. МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ. Тема 1. 3. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ АСУП. Вопросы лекции: 1. Современные подходы к построению интегрированных систем управления предприятием. 2. Структура ИАСУП класса ERP. 3. Перспективы развития и совершенствования ИАСУП. 6

Алгоритмизация процессов управления предприятием наталкивается на следующие проблемы: • какие параметры, характеризующие состояние предприятия, надо измерять (учитывать); • какой набор иерархических моделей наилучшим образом подходит для решения задач планирования и управления; • для каких целей и каким образом наиболее эффективно можно применить экономико-математические методы; • как использовать методы управления проектами. 7

Под экономико-математическими методами принято понимать комплекс формализованных математических методов, позволяющих находить оптимальные или близкие к ним решения экономических задач. Критерий оптимизации формализуется в виде целевой функции. Это выражение, которое, исходя из поставленной задачи, требуется максимизировать или минимизировать. В роли критериев оптимизации на различных уровнях системы управления предприятием могут выступать, например, объемы продаж, прибыль, суммарное отклонение времени выпуска от требуемых, уровень загрузки оборудования, период планирования работ (месяц, год), суммарные затраты на производство и на незавершенное производство и т. п. 8

Переменными в экономико-математических моделях являются управляемые параметры. При решении задач оптимизации переменными могут быть: количество выпускаемых изделий, время запуска/выпуска, размеры партий, уровень запасов, время начала и окончания операций и т. п. Еще одной важной особенностью экономикоматематических методов является то, что они могут быть мощным инструментом анализа экономической ситуации. С их помощью, например, можно быстро определить, что при заданных ограничениях допустимого решения не существует. При сформированном плане они позволяют оценивать чувствительность оптимального плана к изменению внешних условий или внутренних характеристик деятельности предприятия. 9

Многообразие экономико-математических методов достаточно велико. В основу данного краткого анализа положен характер математического аппарата. üЛинейное программирование; üтранспортная модель; üметоды дискретного программирования; üМодели стохастического программирования; üСетевые модели и методы; üДинамическое программирование; üМногокритериальные модели; üМатематическая статистика; üТеория управления запасами; üТеория расписаний; üЭвристические методы и экспертные системы 10

В середине 60 -х годов Американское общество управления производством и запасами (APICS – American Production and Inventory Control Society) сформулировало ряд принципов, по которым предлагалось строить как модели предприятия, так и основные производственные процессы на них. Они получили название концепции MRP (Material Requirements Planning — планирование материальных ресурсов) и были применены для автоматизации решения задач управления материальными 11 запасами предприятия

Основные положения концепции MRP (Material Requirements Planning — планирование материальных ресурсов) • Модель производственного процесса описывается как поток взаимосвязанных заказов. • При выполнении заказов учитываются ограничения ресурсов. • Обеспечивается минимизация производственных циклов и запасов. • Заказы снабжения и производства формируются на основе заказов реализации и производственных графиков. • Движение заказов увязывается с экономическими показателями. • Выполнение заказа завершается к тому моменту, когда он необходим. 12

ОПП - Основной производственный план-график - Master Production Schedule (MPS) ВМ, СИ - Ведомость материалов и состав изделия Элементы MRP (Информационная структура) 13

На основании входных данных MRP система выполняет следующие основные операции: Ø на основании ОПП определяется количественный состав конечных изделий для каждого периода времени планирования; Ø к составу конечных изделий добавляются запасные части, не включенные в ОПП; Ø для ОПП и запасных частей определяется общая потребность в материальных ресурсах в соответствии с ВМ и составом изделия с распределением по периодам времени планирования; Ø общая потребность материалов корректируется с учетом состояния запасов для каждого периода времени планирования; Ø осуществляется формирование заказов на пополнение запасов с учетом необходимых времен опережения. 14

Результатами работы MRP системы являются: Ø план-график снабжения материальными ресурсами производства - количество каждой учетной единицы материалов и комплектующих для каждого периода времени для обеспечения ОПП. Ø для реализации плана-графика снабжения система порождает график заказов в привязке к периодам времени, который используется для размещения заказов поставщикам материалов и комплектующих или для планирования самостоятельного изготовления Ø изменения плана графика снабжения – внесение корректировок в ранее сформированный план-график снабжения производства Ø ряд отчетов, необходимых для управления процессом снабжения производства. 15

16

Основной задачей системы CRP является проверка выполнимости MPS с точки зрения загрузки оборудования по производственным технологическим маршрутам с учетом времени переналадки, вынужденных простоев, субподрядных работ и т. д. Входной информацией для CRP является планграфик производственных заказов и заказов на поставку материалов и комплектующих, который преобразуется в соответствии с технологическими маршрутами в загрузку оборудования и рабочего персонала. 17

Master Production Schedule (MPS) Основной производственный планграфик (ОПП) Material Requirements Planning (MRP) Планирование материальных ресурсов Capacity Resources Planning (CRP) Планирование производственных мощностей Функциональная структура системы MRP 18

Типовая функциональность MRP систем: MPS: ü описание плановых единиц и уровней планирования ü описание спецификаций планирования ü формирование основного производственного плана графика MRP : ü управление изделиями (описание материалов, комплектующих и единиц готовой продукции) ü управление запасами ü управление конфигурацией изделия (состав изделия) ü ведение ведомости материалов ü расчет потребности в материалах ü формирование MRP заказов на закупку ü формирование MRP заказов на перемещение персонала. 19

Типовая функциональность MRP систем (продолжение): CRP : ü рабочие центры (описание структуры производственных рабочих центров с определением мощности) ü машины и механизмы (описание производственного оборудования с определением нормативной мощности) ü производственные операции, выполняемых в привязке к рабочим центрам и оборудованию ü технологические маршруты, представляющих последовательность операций, выполняемых в течение некоторого времени на конкретном оборудовании в определенном рабочем центре ü расчет потребностей по мощностям для определения критической загрузки и принятия решения 20

В каких случаях использование MRP систем является целесообразным? Если предприятие имеет дискретный тип производства (Сборка на заказ, Изготовление на склад, Серийное производство, . . . ), т. е. когда для выпускаемых изделий имеется ведомость материалов и состав изделия, то использование MRP системы является логичным и целесообразным. Если предприятие имеет процессное производство (Process Industry, Continuous-Batch Processing), то применение MRP функциональности оправдано в случае длительного производственного цикла. MRP системы редко используются для планирования материальных потребностей в сервисных, транспортных, торговых и других организациях непроизводственного профиля, хотя потенциально могут быть с допущениями применены и для непроизводственных предприятий при планировании в относительно длительном интервале времени. 21

Объединение указанных выше методологий привело к появлению задачи MRP «второго уровня» — MRP II (Manufacturing Resource Planning) — интегрированной методологии планирования, включающей MRP/CRP и использующей MPS и FRP (Finance Resource/requirements Planning) — планирование финансовых ресурсов. 22

Система MRPII (Manufacturing Resource Planning — «Планирование производственных ресурсов» ) 23

Системам класса MRP II присущи ряд недостатков: Ø ориентация системы управления предприятием исключительно на имеющиеся заказы, что затрудняло принятие решений на перспективу; Ø слабая интеграция с системами проектирования и конструирования продукции, что особенно важно для предприятий, производящих сложную продукцию; Ø слабая интеграция с системами проектирования технологических процессов и автоматизации производства; Ø недостаточное насыщение системы управления функциями управления затратами; Ø отсутствие интеграции с процессами управления 24 финансами и кадрами.

Далее была предложена концепция ERP (Enterprise Requirements Planning) — интегрированное планирование всех «бизнесресурсов» предприятия. 25

Дисциплина Автоматизированные системы управления (АСУ) Раздел 1. МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ. Тема 1. 3. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ АСУП. Вопросы лекции: 1. Современные подходы к построению интегрированных систем управления предприятием. 2. Структура ИАСУП класса ERP. 3. Перспективы развития и совершенствования ИАСУП. 26

ERP-система (Enterprise Resource Planning System) — система планирования ресурсов предприятия - это интегрированная система на базе ИТ для управления внутренними и внешними ресурсами предприятия (значимые физические активы, финансовые, материально-технические и человеческие ресурсы). Цель системы — содействие потокам информации между всеми хозяйственными подразделениями (бизнесфункциями) внутри предприятия и информационная поддержка связей с другими предприятиями. Построенная, как правило, на централизованной базе данных, ERP-система формирует стандартизованное единое информационное пространство предприятия. 27

ERP-система состоит из следующих элементов: ü модель управления информационными потоками (ИП) на предприятии; ü аппаратно-техническая база и средства коммуникаций; ü СУБД, системное и обеспечивающее ПО; ü набор программных продуктов, автоматизирующих управление ИП; ü регламент использования и развития программных продуктов; ü IT-департамент и обеспечивающие службы; ü собственно пользователи программных 28 продуктов.

29

Дисциплина Автоматизированные системы управления (АСУ) Раздел 1. МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ. Тема 1. 3. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ АСУП. Вопросы лекции: 1. Современные подходы к построению интегрированных систем управления предприятием. 2. Структура ИАСУП класса ERP. 3. Перспективы развития и совершенствования ИАСУП. 30

Очередным шагом было создание концепции управления производственными ресурсами — CSRP (Customer Synchronized Resource Planning) — планирование ресурсов, синхронизированное с потреблением. Отличием данной концепции является учет вспомогательных ресурсов, связанных с маркетингом, продажей и послепродажным обслуживанием. 31

Соотношение между понятиями ИТ организационного управление

Системы класса APS (Advanced Planning and Scheduling System) 33

Развитие идей, методов и средств управления производственными системами привело к появлению систем нового поколения, получивших название «продвинутых систем управления» (Advanced Planning and Scheduling System — APS). Их нельзя рассматривать исключительно как новые информационные технологии. Напротив, новые технологии в них используются для реализации новых методов организации и управления производством. 34

Можно выделить следующие направления, в которых совершается переход от ERP к APS: Øповышение степени детализации при планировании мощностей, что позволяет принимать более обоснованные плановые решения; Øпоявление новых информационных технологий, позволяющих одновременно повысить степень детализации и решать в реальном времени задачи анализа и моделирования; Øвключение в системы специальных средств, которые приспособлены к работе высшего звена; Øрассмотрение задач с одновременными ограничениями на доступные материальные ресурсы и мощности; Øформирование плановых решений одновременно для многих заводов; Øулучшение обратной связи в виде задач учета фактического состояния процессов за счет повышения точности и оперативности; Øширокое применение методов оптимизации плановых решений; 35 Øдинамический подход к ведению информации о

Дальнейшим развитием концепции CSRP и логистических цепочек, поддерживаемых системами класса APS, является идея виртуального бизнеса , представляющего распределенную систему нескольких компаний и охватывающего полный жизненный цикл товара, или разделение одной компании на несколько «виртуальных бизнесов» . 36