Принципы организации однопредметных прерывных поточных линий (ОППЛ)

Тема 9. Организация производственных процессов поточными методами Модуль 3. Организация производственного процесса на предприятии Тема 9. Организация производственных процессов поточными методами Лекция 18. Принципы организации однопредметных прерывных поточных линий (ОППЛ) ВОПРОСЫ ЛЕКЦИИ 1. Характеристика однопредметной прерывной поточной линии 2. Модели и методы расчета величин оборотных заделов на прерывных поточных линиях 18.1. Характеристика однопредметной прерывной поточной линии Однопредметные прерывные поточные линии (ОППЛ) создаются для изготовления в течение длительного времени одних и тех же изделий с использованием параллельнопоследовательного вида их движения по операциям. Для них характерны те же общие признаки, что и для других структурных единиц поточного производства ОНПЛ и МНПЛ. Среди существенных отличий можно выделить невозможность синхронизации операций на линии. Поэтому модели и методы организации ОППЛ принципиально различаются от организации других поточных линий. Прерывной или прямоточной поточной линией называется линия, на которой по условиям конструкции изделий и технологии производства не удается осуществить непрерывность производственного процесса: имеются операции, по продолжительности не равные и не кратные ритму; линии характеризуются различной производительностью смежных операций. Такие линии обычно используются при обработке деталей с применением разнотипного оборудования, когда трудно обеспечить перераспределение работ между операциями в целях их синхронизации. Прерывные поточные линии могут работать только как линии со свободным ритмом. В качестве транспортных средств чаще всего используются рольганги, скаты, склизы и т. п. Отсутствие синхронизации приводит к возникновению перерывов на рабочих местах после окончания работ с каждым предметом производства. Длительность перерывов определяется по формуле: 𝑡 𝑡пер𝑗 = 𝑟л − 𝑞𝑗 > 0, 𝑗 (1) где rл  ритм линии, tj – штучное время выполнения j-й операции, qj – количество рабочих мест на операции j; j=1, 2,..., Коп. Для рационального использования рабочего времени перерывы, возникающие при изготовлении некоторого числа изделий, концентрируются. Рабочий и оборудование могут быть использованы в это время для других работ. Очевидно, что чем больше количество из- Тема 9. Организация производственных процессов поточными методами делий, на которых происходит такая концентрация, тем проще использовать освободившееся время. С другой стороны, тем больше приходится сдвигать время изготовления изделий для его концентрации, а значит – нарушать непрерывность движения каждого изделия по операциям и увеличивать его пролеживание. С разрешением этой противоречивой ситуации в первую очередь сталкивается производственный менеджер при организации работы ОППЛ. Обозначим количество изделий, на котором происходит концентрация перерывов и работы операций линии, – nоб. Умножим обе части приведенного выше равенства (1) на эту величину: 𝑡пер𝑗 ∙ 𝑛об = 𝑟л ∙ 𝑛об − 𝑡𝑗 ∙𝑛об 𝑞𝑗 . (2) Введём обозначения: Tпер j = tпер j nоб – общее время концентрированного перерыва, Tj = 𝑡𝑗 ∙𝑛об 𝑞𝑗 – общее время концентрированной работы, Rоб = rл nоб – ритм оборотной партии или период оборота линии Тоб. Тогда: Rоб = Tj + Tперj. (3) Период оборота линии – интервал времени, по истечении которого линия полностью повторяет свое состояние, а на каждой ее операции изготавливается одинаковое количество изделий, называемое оборотной партией – nоб. Пролеживающие между операциями изделия, заготовки, полуфабрикаты и сборочные единицы, поступающие с предыдущей операции на последующую, образуют межоперационный оборотный задел. Величина межоперационного оборотного задела изменяется во времени. График изменения, построенный на интервале, равном периоду оборота линии, называется эпюрой задела. Эпюры строятся для каждой пары смежных операций линии. Оборотный задел возникает из-за разницы производительностей и/или из-за сдвига начал работы смежных операций. Его величина пропорциональна значениям этих двух параметров, а также размеру оборотной партии. Особый интерес для менеджера представляет расчет максимального, среднего и переходящего заделов для каждой пары смежных операций и на линии в целом. Величина максимального задела определяет потребность в складских помещениях или в площадях непосредственно на рабочих местах, отводимых для хранения межоперационных заделов. Величина переходящего задела используется для оперативного контроля хода производства. Средний задел в стоимостном выражении является важнейшей составляющей объема незавершенного производства на линии. 18.2. Модели и методы расчета величин оборотных заделов на прерывных поточных линиях Рассмотрим правила построения эпюр оборотных заделов: 1) эпюра представляет собой кусочно-линейную непрерывную функцию; 2) величина оборотного задела изменяется от нуля до некоторого максимального значения; это максимальный задел – Нобmax; 3) оборотный задел в начале периода оборота равен заделу в конце периода; это переходящий задел – Нобпер. Тема 9. Организация производственных процессов поточными методами Построение эпюры и расчет параметров задела для произвольной пары смежных операций j и j +1 включает следующие шаги. 1. Период оборота линии разбивается на интервалы, в пределах которых состояния операций остаются неизменными. 2. Для каждого интервала решается вопрос о характере изменения задела: а) он увеличивается, если пополняющая задел операция более производительна, чем берущая из задела, с учетом числа работающих в этом интервале рабочих мест; б) он уменьшается, если пополняющая операция менее производительна; в) он неизменен, если обе операции в паре равнопроизводительны (в том числе  обе не работают). 3. Линейные функции на всех интервалах связываются в единую эпюру на основании приведенных ранее правил построения эпюр (рис. 18.1). Операция j Тсдв Tj = tj nоб Нобmax = Нобпер интервалы I II III время j+1 Tj+1 = t j +1 nоб Рис. 18.1. Графики работы двух смежных операций ОППЛ и эпюра оборотного задела между ними при Тсдв , обеспечивающем одновременное окончание работы операций; здесь tj < t j+1 4. формуле Для каждого интервала рассчитывается изменение величины задела на нем по  q jf q jf1  ,  Hj j+1  Т    t t j 1   j где T f – продолжительность f-го интервала; qj f , qj+1 f – количество рабочих мест на j-й и (j+1)-й операциях, работающих на f-м интервале; 5. Начиная с нулевой точки, цепным методом рассчитываются величины задела во всех переломных точках эпюры (на границах интервалов) с использованием полученных ранее значений  Hj j+1 f; при этом часть расчетов может оказаться избыточной, если искомые величины уже найдены. 6. Рассчитывается величина среднего задела Нобср как высота прямоугольника, равновеликого фигуре, образованной эпюрой задела. Примеры построения эпюр и расчета величин оборотных заделов на ОППЛ представлены в презентации. f f Тема 9. Организация производственных процессов поточными методами Возможны различные варианты сочетания во времени выполнения двух смежных операций на ОППЛ. Выполнив их анализ, можно прийти к следующим выводам. 1. Величина Hобmaxj j+1 принимает наименьшее значение в том случае, если время выполнения меньшей в паре операции полностью укладывается во время выполнения большей, независимо от сдвига их начал и порядка следования друг за другом. 2. При увеличении сдвига с нарушением указанного условия величина Hобmaxj j+1 возрастает и достигает наибольшего значения при максимальном сдвиге. 3. Если при некотором значении сдвига операции перестают перекрываться (не имеют общего времени работы), величина Hобmaxj j+1 достигает своего максимума, равного nоб, и при дальнейшем увеличении сдвига не возрастает. Эти особенности должен учитывать операционный менеджер, определяя регламент работы линии, т. е. задавая время начала работы всех операций. Критерием при этом является минимизация величин оборотных заделов на всех парах смежных операций. Однако это не единственный критерий. Другим противоречащим ему критерием является оптимизация использования рабочей силы на линии. Противоречащим потому, что на двух смежных (различных) операциях можно использовать одного рабочего, только если эти операции не перекрываются во времени и, следовательно, задел между ними максимален. Рациональное использование рабочей силы здесь может быть достигнуто за счет организации последовательного многостаночного обслуживания. Сложнее задача определения регламента работы линии решается для менеджера в том случае, когда для выполнения операции используется несколько рабочих мест. Для таких операций возможны два типовых варианта регламента работы: 1) с равномерной загрузкой всех рабочих мест; 2) с полной загрузкой всех рабочих мест, кроме последнего. Первый вариант целесообразен, если на операции может быть организовано параллельное многостаночное обслуживание. В противном случае лучшим является второй вариант, так как здесь все рабочие места, кроме последнего, загружены оптимально – полностью, а на последнем может появиться возможность использовать частично свободного рабочего на других операциях. В конкретных случаях могут возникать и другие организационные варианты работы ОППЛ. С помощью рассмотренных методов операционный менеджер моделирует различные варианты организации работ ОППЛ и выбирает из них лучший на его взгляд. Для этого варианта результаты аналитического моделирования и графические модели изменения заделов, т. е. эпюры заделов, а также графики работы операций и рабочих сводятся в единый документ, который передается в производство под названием «Стандарт-план работы ОППЛ». Он имеет форму, приведенную в табл. 18.1 (здесь отсутствует графа с эпюрами заделов). В стандарт-плане определяется наиболее целесообразный регламент работы прерывной поточной линии: период оборота Тоб (или соответственно nоб), время работы каждого рабочего места по всем операциям, размеры оборотных заделов, количество рабочих, занятых на линии с учетом многостаночного обслуживания, последовательность и периодичность перехода рабочих с операции на операцию, коэффициенты загрузки рабочих мест. Тема 9. Организация производственных процессов поточными методами Таблица 18.1 Пример заполнения стандарт-плана работы ОППЛ Пооперационный стандарт-план работы линии Номер Штучное КоличеНомер Время Коэффициент Номер опера- время, ство рабо- рабочего работы, загрузки рабо- рабоции мин чих мест места ч чего места чего 1 2,98 1 1 4,27 0,53 1 2 5,12 1 1 7,34 0,92 2 3 7,84 2 1 2 8,00 3,74 1,00 0,41 3 1 4 14,79 3 1 2 3 7,07 7,07 7,07 0,88 0,88 0,88 4 5 6 5 4,93 1 1 7,07 0,88 7 6 0,62 1 1 0,89 0,11 7 Размер задела, шт. max пер. сред. 36 31 29 20 20 9 18 8 9 86 43 18.3. Основы организации многостаночного обслуживания на прерывных поточных линиях В предыдущем разделе в связи с решением вопроса о регламенте работы ОППЛ была упомянута организация многостаночного обслуживания. Многостаночное обслуживание широко распространено в промышленности. Оно позволяет более рационально, “гибко” использовать рабочую силу, а значит, – повышает производительность труда рабочих и эффективность производства. Область применения многостаночного обслуживания никак не ограничивается поточными линиями, она существенно шире. Однако простейшие формы его организации удобно показать именно на примере создания ОППЛ. Вопросы организации многостаночного обслуживания прямо не относятся к сфере организации производства, являющейся предметом нашего рассмотрения. Однако они тесно связаны с ней, что дает основание рассматривать их совместно. Классификация способов организации многостаночного обслуживания показана на рис. 18.2. Пунктиром на рисунке очерчены границы той формы организации, которая используется на ОППЛ и поэтому будет рассмотрена подробнее. Фактически речь пойдет о рабочих местах-дублерах, которые уже упоминались ранее. Необходимым условием организации многостаночного обслуживания является наличие в составе штучного времени выполнения операции машинно-автоматической составляющей. В общем случае штучное время в интересующей нас плоскости можно структурировать следующим образом: tшт = tр + tм-р + tм-а , где tр – ручное время, когда работает человек, а оборудование не работает; tм-р – машинноручное время, когда работают и человек, и оборудование; tм-а – машинноавтоматическое время, когда работает только оборудование, а человек на данном рабочем месте может отсутствовать. Тема 9. Организация производственных процессов поточными методами В сумме ручное и машинно-ручное время определяют время занятости человека обслуживанием данного рабочего места tзан. Очевидно, что соотношение: tм-а /tшт = (tшт – tзан ) / tшт = 1 – tзан /tшт тесно связано с уровнем автоматизации выполнения операции на данном рабочем месте: чем выше степень автоматизации, тем меньше занятость здесь рабочего и больше возможностей для организации многостаночного обслуживания. Многостаночное обслуживание Параллельное, при котором рабочий по заранее составленному графику поочередно обслуживает несколько рабочих мест, обеспечивая их одновременную работу Одинаковые Последовательное, при котором рабочий, выполнив задание на одном рабочем месте, переходит на другое Рабочие места многостаночника Однотипные Разные Выполняемые операции Одинаковые Сходные Различные Рис. 18.2. Способы организации многостаночного обслуживания Ручное время затрачивается, например, на установку заготовок в зоне обработки, на смену изношенного инструмента, на подналадку оборудования и т. п. Предельный случай, когда tшт = tзан = tр , возможен, если на рабочем месте вообще не установлено технологическое оборудование или установлено, но при выполнении данной деталеоперации оно не используется. Такими могут быть рабочие места сборщиков, ремонтников, слесарей и др. Типичный пример машинно-ручного времени – время управления оборудованием в ручном режиме. Если выполнение каких-либо ручных приемов совмещено с работой оборудования в автоматическом режиме, то время такого совмещения тоже относится к машинно-ручному. Это, например, время контрольного замера уже обработанной детали, время активного наблюдения за работой оборудования, время переходов с одного рабочего места на другое. Машинно-автоматическое время появляется в составе штучного только при выполнении операции на оборудовании с программным управлением. Заметим, что его нельзя отождествлять со временем работы станка по программе tпу: они отличаются на величину времени совмещения, уже отнесенного к машинно-ручному. При организации многостаночного обслуживания необходимо решить два основных вопроса: 1) определить норму многостаночного обслуживания qмо , т. е. количество рабочих мест-дублеров, обслуживание которых целесообразно поручить одному рабочему; 2) построить график многостаночного обслуживания. На практике возникают еще два вопроса: Тема 9. Организация производственных процессов поточными методами 3) спроектировать удобное взаимное расположение рабочих мест, минимизирующее переходы между ними рабочего-многостаночника; 4) разработать систему материального стимулирования многостаночников. Обычно в качестве наиболее целесообразных рассматриваются два варианта многостаночного обслуживания, обеспечивающие максимальную загрузку: 1) оборудования и 2) рабочего (рис. 18.3). Величины нормы обслуживания различаются при этом на единицу: qмо = [tшт /tзан] и qмо = [tшт /tзан] + 1, соответственно. Первый вариант выбирают, если лимитирующим производственным ресурсом является оборудование. Тогда именно его возможности определяют производительность операции через величину цикла многостаночного обслуживания: τмо = tшт , а у рабочего в каждом цикле возникает перерыв (рис. 18.3, а): tпер = τмо – qмо tзан . Второй вариант позволяет более рационально использовать рабочую силу. При этом производительность операции лимитирует занятость рабочего: τмо = qмо tзан , которая оказывается ниже, чем в первом случае, ввиду появления простоев оборудования в каждом цикле (рис. 18.3, б): tпр = τмо – tшт . Однако рассмотренные варианты далеко не исчерпывают все возможные способы организации многостаночного обслуживания при заданной структуре штучного времени. Вполне реализуем, например, вариант, при котором qмо = 2. Он продолжает линию организации обслуживания, показанную на рис. 18.3,а, и отличается лишь худшим использованием рабочей силы. Аналогично реализуем и вариант qмо = 5, который ведет лишь к дальнейшему снижению производительности операции. а) tзан РМ 1 2 tм-а tзан tзан tм-а tм-а tзан 3 tм-а tпер τмо t б) РМ 1 2 tзан tм-а tзан tпр tм-а tзан 3 tм-а tзан tм-а 4 τмо t Рис.18.3. Графики многостаночного обслуживания оборудования: а – при условии полной загрузки оборудования; б – при условии полной занятости рабочего; стрелками показаны переходы рабочего между рабочими местами (РМ) Тема 9. Организация производственных процессов поточными методами Обратить внимание на эти варианты необходимо по следующей причине: количество рабочих мест-дублеров на операциях определяется при организации ОППЛ (или при расчете количества оборудования на ПЗУ и т. п.), а при разработке графиков многостаночного обслуживания этих операций приходится подстраиваться под уже имеющиеся цифры. Наблюдается и обратное влияние: если принят вариант полной загрузки рабочегомногостаночника, то время возникающего при этом простоя станков должно добавляться к штучному времени операции и участвовать, таким образом, в построении графика работы ОППЛ и в расчете величин оборотных заделов. Важно, чтобы имеющее при этом место снижение производительности операции не привело к увеличению потребного для ее выполнения количества станков, а следовательно, – к ухудшению режима многостаночного обслуживания и к дальнейшему снижению производительности. Такие “мелочи” менеджер также должен держать под контролем. Удобное расположение оборудования в зоне обслуживания рабочегомногостаночника является необходимым условием его высокопроизводительной работы. Простейший вариант планировки рабочей зоны – линейное расположение оборудования – отличается большими расстояниями переходов рабочего. Оптимален с этой точки зрения вариант кругового расположения, но при нем рабочий оказывается в замкнутом “машинном” пространстве, что психологически подавляет его и в результате снижает производительность труда. Кроме того, этот вариант не позволяет организовать рабочую зону более чем из 4-5 станков. Лучшим со всех позиций считается параллельное или U-образное расположение станков (рис. 18.4). Оно оптимально сочетает достаточное выполнение всех отмеченных выше требований, а также позволяет гибко менять схему многостаночного обслуживания группы оборудования бригадой рабочих при изменении ритма работы линии, что бывает необходимо на многопредметных потоках. а) б) Рис. 18.4. Схемы U-образной планировки многопредметной поточной линии и различных вариантов ее многостаночного обслуживания при смене предметов производства: а – бригадой из трех рабочих, б – бригадой из двух рабочих при увеличении ритма линии Список литературы 1. Казанцев А.К., Кобзев В.В., Макаров В.М. Управление операциями: Учебник / Под общ. ред. А.К. Казанцева. –– (Высшее образование: Бакалавриат). – М.: ИНФРА-М, 2013. – 478 с. 2. Пиликов Н. П. Календарное планирование работы персонала на поточной линии при многосменном режиме работы. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.mnogosmenka.ru/pilikov/potok.htm. Тема 9. Организация производственных процессов поточными методами 3. Организация производства и менеджмент на машиностроительных предприятиях. Сборник задач. Учеб. пособие / Под ред. Н.Ф. Ревенко. – М.: Высш. шк., 2007.