Имитационное моделирование производственного участка

Введение

Компьютерное моделирование  представляет собой метод решения  задачи анализа или синтеза сложной  системы на основе использования  ее компьютерной модели. Суть компьютерного  моделирования заключена в получении  количественных и качественных результатов на основе имеющейся модели.

Компьютерное моделирование имеет  ряд преимуществ по сравнению  с другими подходами. В частности, оно дает возможность учитывать  большое количество переменных, предсказывать  развитие нелинейных процессов, возникновение  синергетических эффектов. Компьютерное моделирование позволяет не только получить прогноз, но и определить, какие управляющие воздействия приведут к наиболее благоприятному развитию событий.

Имитационное моделирование является одним из видов компьютерного моделирования, использующий методологию системного анализа, центральной процедурой которого является построение обобщенной модели, отражающей все факторы реальной системы, в качестве же методологии исследования выступает вычислительный эксперимент.

Под процессом имитации на ЭВМ понимают конструирование модели, ее испытание и применение модели для изучения некоторого явления или проблемы. С помощью имитационного моделирования можно исследовать динамику взаимодействия и поведения компонент имитируемого объекта во времени и пространстве, а также получить сведения о том, в какой момент времени необходимо вмешиваться в производственный процесс для повышения его эффективности и устранения недостатков. Имитационное моделирование позволяет оценить степень влияния изменения параметров системы и начальных условий имитации на показатель эффективности.

Имитируя различные реальные ситуации на Им, исследователь получает возможность  решения таких задач, как оценка эффективности различных принципов  управления системой, сравнение вариантов структуры системы, определение степени влияния изменения параметров системы и начальных условий имитации ее поведения на показатель эффективности системы.

Целью данной курсовой работы является построение экономико-математической модели, позволяющей получить оптимальный вариант организации функционирования производственного участка по изготовлению вала ГУД 2333, отыскать оптимальные значения факторов, которые позволили бы сократить простои оборудования и увеличить объем производства готовой продукции.

1 Содержательное описание имитируемой системы

Республиканское унитарное  предприятие «Светлогорское производственное объединение «Химволокно» является по цели деятельности:  коммерческой организацией; по форме собственности: со 100-процентным государственным капиталом.

Данное предприятие  является:

- По форме собственности  –государственное;

- По организационно-экономической форме – открытое акционерное общество;

- По масштабу –  крупное;

- По цели деятельности  – коммерческое;

- Основной вид деятельности – выпуск нитей;

- По характеру воздействия  на предмет труда –обрабатывающее;

- По степени специализации  – специализированные;

- По степени механизации  и автоматизации - комплексно-механизированное.

По состоянию на 01.12.2011 года размер уставного фонда предприятия составил 390 млрд. рублей.

РУП «СПО «Химволокно» является акционером ОАО «ЦК МПФГ «Формаш», ООО «МК «Формаш», ОАО  «Белвнешэкономбанк», ОАО «БПС-Банк», а также учредителем   Республиканского дочернего санаторно-курортного унитарного предприятия «Санаторий «Серебряные ключи».

РУП «СПО «Химволокно» включает в себя:

• завод полиэфирных текстильных нитей;
• завод искусственного волокна.
• производство товаров народного потребления.

РУП «СПО «Химволокно» специализируется на выпуске полиэфирных текстильных  нитей, вискозных технических нитей, вискозной кордной ткани, углеродных волокнистых материалов, арселоновых нитей и волокон, полипропиленовой продукции, нетканых материалов и товаров народного потребления.

Динамика производства выпускаемой продукции предприятия за 2009-2011 годы отражена в таблице 1.

Таблица 1 Динамика производства выпускаемой продукции.

Коэффициент использования  производственных мощностей предприятия  в 2007 г. ожидается на уровне 79,1%, в 2011 году планируется загрузить мощности на 83,6%. Остаточная стоимость основных производственных фондов промышленной группы на 1.12.2010 составила  407,7 млрд. рублей,  коэффициент износа активной части ОПФ – 82,08% .  Производственные мощности РУП «СПО «Химволокно» характеризуются данными, приведенными в таблице 2.

Таблица 2Производственные мощности РУП «Светлогорское ПО «Химволокно» в 2011 году.

Технологические процессы и оборудование в основном соответствуют  современному уровню и обеспечивают получение продукции высокого качества.

РУП «СПО «Химволокно» обладает всеми необходимыми транспортными  и инженерными коммуникациями, развитой внутризаводской инфраструктурой. По его территории проходит железная дорога. Сеть автомобильных дорог  имеет хорошую связь с автодорогами республиканского значения.

Общая площадь территории, которую занимает РУП «СПО «Химволокно» – 1 937,5 тыс. м², производственные площади составляют 490 тыс. м².

          Общая списочная численность  работающих на 1.12.2011 г.  насчитывает  6665 человек, в том числе рабочих – 5276 человек;  руководителей, специалистов и служащих – 1289 человек.

      Для  осуществления производственной  деятельности РУП «СПО «Химволокно»  располагает квалифицированным  составом руководителей, специалистов и рабочих.

Основными факторами, сдерживающими  дальнейшее развитие предприятия в  настоящий момент являются:

• высокая степень износа оборудования с низкими техническими характеристиками, уступающими зарубежным аналогам;
• высокая энергоемкость производства. Удельный вес топливно-энергетических ресурсов в себестоимости произведенной продукции за 11 месяцев 2007 года составил 11,6% с учетом снижения тарифов на 50% по электроэнергии и 40% по теплоэнергии; без предоставления льгот – удельный вес составил бы 23-24%;
• высокаясырьеемкость производства. Удельный вес сырья и материалов в себестоимости составляет 39% при льготной цене ПЭТФ 640 руб/кг. Учитывая, что импорт сырья составляет более 30% от всей потребности в сырье, велико влияние ценового фактора;
• высокая степень закредитованности предприятия. По состоянию на 01.12.2007 г. задолженность по долгосрочным и краткосрочным кредитам и займам составила 164,9 млрд.руб.;
• недостаток собственных оборотных средств для наращивания объемов производства и реализации инвестиционных проектов согласно Программы развития предприятия на 2006-2011 годы, утвержденной на заседании Президиума Совета Министров РБ от 02.10.07 г. протокол № 33.

Таким образом, высокий  моральный и физический износ  технологического оборудования, возросшие  требования потребителей к качеству продукции, высокая материало- и энергоемкость продукции, предопределяют необходимость модернизации всех производств предприятия,  и позволяют сделать вывод о том, что предприятие вынуждено просить о предоставлении льгот  на 2013 год для реализации инвестиционных проектов согласно Программы развития предприятия на 2010-2015 годы и обеспечения стабильной и прибыльной работы.

В качестве объекта исследования рассматривается процесс изготовления вала ГУД 2332 в производственном подразделении.

Рассмотрим технологический  процесс производства вала ГУД 2332A. Технологический процесс производства и сборки данного узла производится в ремонтно-механическом цеху. Ремонтно-механический предназначен для организации рациональной системы эксплуатации и ремонта оборудования, поддержания его в работоспособном состоянии, а также предупреждения преждевременного износа. РМЦ подчинен главному механику и проводит капитальный ремонт и модернизацию сложного оборудования, изготавливает запасные части и нестандартное оборудование, оказывает помощь цеховым ремонтным службам.

Режим работы данного  структурного подразделения: двухсменный, по восемь часов, с перерывом на обед – 60 мин и пятидневной рабочей  неделей.

В подразделении используются следующие транспортные средства:

1. тележки;
2. рольганги;

 Оборудование,используемое  в цехе, представлено в таблице  2.1.

Таблица 2.1 – Имеющиеся  оборудование в подразделении

В данном производственном подразделении производятся следующие виды работ: шлифование, точение, фрезерование, термообработка, сварка, заточка и слесарные работы.

Годовая программа выпуска  вала ГУД 2332A составляет 9600 шт.

Изделие состоит из следующих  деталей: вал, цапфа 1, цапфа 3.

Технология изготовления каждой детали и сборки узла приведено в таблице 2.2 – 2.5.

Таблица 2.2 – Технологический  процесс изготовления вала.

Таблица 2.3 - Технологический  процесс изготовления цапфы 1.

Таблица 2.4 -  Технологический  процесс изготовления цапфы 3.

Таблица 2.5. - Технологический  процесс изготовления сборочный вал.

Оплата труда производится на основе сдельно-премиальной системы.

Плановая калькуляция  вала ГУД 2332A указана в приложении Б. Чертежи деталей и сборки представлены в приложении В.

Передача предметов  труда по операциям, а также передача деталей на операцию сборки осуществляется вручную, т.е. после обработки на одной операции, детали перекладываются  в соответствующий задел.

В подразделении используются следующие транспортные средства:

1. внутри цеха: тележка;
2. между цехами: электрокары.

При создании имитационной модели функционирования производственного  участка по изготовлению вала ГУД 2332A  в объекте моделирования к внутренним параметрам можно отнести следующие:

1. норма времени изготовления детали на операции;
2. количество оборудования на операции;
3. величины сформированных перед операциями заделов;
4. величина входного потока;
5. величина транспортной партии;
6. количество смен;
7. длительность смены.

К выходным параметрами отнесем:

1. объем готовой продукции изготавливаемой за смену;
2. объем незавершенного производства;
3. коэффициент загрузки оборудования по каждой операции;
4. средний коэффициент загрузки оборудования по операциям;
5. коэффициенты загрузки комплексов (операций, которые выполняются одним работником).

К критериям оценки эффективности  функционирования имитационной модели данного объекта относятся:

1. объем готовой продукции;
2. величина незавершенного производства;
3. коэффициент загрузки оборудования по операциям.

Производственным процессом, обеспечивающим эффективное функционирование экономического объекта - участка по изготовлению вала ГУД 2332A, является такой производственны процесс, при котором обеспечивается максимально возможное изготовление готовой продукции, максимально возможная загрузка имеющегося оборудования по операциям, а также минимально возможная величина незавершенного производства.

Максимально возможный  коэффициент загрузки оборудования по операциям может быть обеспечен за счет оптимально необходимой величины межоперационных заделов, количества оборудования на каждой операции, величины транспортной партии и величины входного потока. В свою очередь максимально возможный коэффициент загрузки оборудования обеспечивает бесперебойную работу оборудования, т.е. без простоев.

Также величина заделов на каждой операции и количество единиц оборудования на операциях, величина транспортной партии влияют не объем незавершенного производства.

На величину объема готовой  продукции, изготавливаемой за смену оказывают влияние: длительность смены, количество оборудования по операциям, величина заделов и величина входного потока.

При моделировании необходимо принять некоторые допущения, которые позволят упростить имитационную модель, к таким допущениям относятся:

1. на моделируемом участке производится только рассматриваемый сборочный узел вал ГУД 2332A, тип производства – массовый;
2. передача предметов труда по операциям осуществляется поштучно вручную, т.е. после обработки на одной операции, детали перекладываются в соответствующий задел.
3. в случае, когда при выполнении основных технологических операций задействовано более одного станка, примем, что после операции и перед операцией формируется один межоперационный оборотный задел;
4. фонд рабочего времени равен длительности одной смены (480 мин) без регламентированных перерывов;
5. оборудование по операциям работает без поломок и остановок на ремонт и обслуживание;
6. количество оборудования используемого по операциям ограниченно станочным парком;
7. длительность выполнения операций не зависит от физического состояния работника.

Для решения задачи имитационного  моделирования в качестве инструмента  будем использовать программную  систему «Имитационная модель 7.3», а так же пакет Excel, позволяющий провести одновариантный анализ, наглядно отразить его результаты в виде диаграмм, графиков.

2 Описание качественных  и количественных характеристик  элементов системы

При моделировании функционирования производственного участка по изготовлению редуктора необходимо учесть, что анализируемый объект является вероятностной системой, поэтому длительности выполнения основных технологических операций будут рассматриваться как случайные величины.

При моделировании случайной величины необходимо знать ее вероятностные характеристики. При выполнении   технологической операции высококвалифицированным работником ее длительность может быть сокращена незначительно. Предположим, что длительность операций может быть сокращена максимум на 10%. Увеличение длительности технологической операции может быть безграничным, это связано с всевозможными поломками оборудования, неэффективными действиями работников, задержками при поставке деталей и т.д.

Исходя из вышесказанного можно утверждать, что наилучшем  образом для описания технологических операций подходит распределение Вейбулла. Левая граница данного распределения зафиксирована и в нашем случае она будет отражать минимально возможное время для выполнения технологической операции, пик распределения будет отражать норму времени необходимую для выполнения технологической операции, а правая граница будет отражать максимально возможное время  необходимое для выполнения технологической операции (в нашем случае данное время может быть сколь угодно большим). Пример распределения Вейбулла приведен на рисунке 2.1.

Основными параметрами  распределения Вейбулла являются: коэффициент формы α, коэффициент растяжения β, сдвиг и мода.

В нашем случае мода будет  равна норме времени на выполнение  основных технологических операций, коэффициент формы α примем равным 2. Для определения коэффициента растяжения b и сдвига используем программу «Подбор параметров распределения Вейбулла.

Рисунок 2.1 – Пример распределения Вейбулла

Для всех технологических  операций подберем параметры распределения Вейбулла. Норму времени на выполнение операций  при подборе параметров распределения будем задавать в часах. Результаты подбора параметров приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Параметры распределения Вейбулла для основных технологических операций Данные параметры были рассчитаны для осуществления имитации процесса изготовления вала ГУД 2332A.

3 Анализ функционирования имитационной модели

Имитация процесса производства редуктора в производственном подразделении, будем проводить  с использованием программы «Имитационная модель 7.3».

Для проведения анализа  модели необходимо построить модель и проверить правильность функционирования построенной модели. Исходные данные по построенной имитационной модели приведены в приложении В.

Описание модели состоит  из нескольких разделов: 1 – размерность  модели; 2 – описание операций; 3 –  описание взаимосвязи операций и  заделов; 4 – создание комплексных  операций; 5 – описание заделов; 6 –  описание взаимосвязи заделов с  входными и выходными потоками.

В разделе размерность  модели указываются количество заделов, количество операций, количество комплексов, количество входящих потоков и количество исходящих потоков.  В нашем  случае количество операций 39, количество заделов 52, количество комплексов 6(комплексом в нашем примере является перевозка электрокаром готовых деталей на сборку, а так же все многостаночники), количество входящих потоков 0, количество исходящих потоков 1 (под исходящим потоком понимается готовая продукция). Этот раздел служит для проверки правильности описания модели. Значения заданных в нем параметров должны соответствовать размерам областей, описывающих соответствующие разделы параметров.

В разделе описание операций указывается следующие параметры:

- тип события - определяет закон распределения плотности вероятностей, принятый для описания случайной величины длительности выполнения операции. В нашем случае для основных производственных операций мы приняли закон распределения Вейбулла, следовательно в поле тип события будем указывать V2(распределение Вейбулла), для транспортировки, погрузки и разгрузки готовых деталей на электрокар будем указывать N(нормальное распределение) так как длительность движения транспорта от пункта к пункту практически всегда остается равной;

- поле 1 – в данном  поле указывается мода соответствующая  распределению Вэйбулла. В нашем  случае значение моды равно  значению нормы времени на  операцию (в случае нормального  распределения также указывается  мода);

- поле 2 – в данном  поле указывается   коэффициент растяжения β соответствующий данной моде (в случае нормального распределения указывается дисперсия);

-вид операции –  в данном поле определяем объем  порции потока, в передаче которого  участвует данная операция. ZD (заданная детерминированная) означает, что данная операция вида «рабочая с заданной порцией», т.е. в процессе выполнения соответствующие заделы уменьшаются и увеличиваются в соответствии с заданной порцией и пропорциями, заданными Матрицей связей операций;

- количество оборудования  – в данном поле указывается количество оборудования задействованного соответствующей операции.

В разделе описание взаимосвязи  операций и заделов описывается  взаимосвязь операций и заделов.

В этой матрице в столбце  с номером соответствующего задела в строчке входящей операции необходимо ввести отрицательное значение, а в строке исходящей операции – положительное. В строке описания технологической операции, которая берет предмет труда с предшествующего задела, обрабатывает его и передает на следующий задел, в столбце предшествующего задела задается «-1», а в столбце последующего – «1».

В разделе создание комплексных операций отмечены операции, выполняющиеся одним и тем же работником (комплексом в нашем примере является перевозка электрокаром готовых деталей на сборку). Для определения комплексных операций служит область под названием «Матрица Комплексов», в которой количество столбцов соответствует их количеству, а количество строк общему количеству операций в модели. Такие операции не могут выполняться одновременно, а выполняются в определенной последовательности. Последовательность их выполнения задается в соответствующем столбце. Значение «1» задается операции, которая будет выполняться первой среди объединенных в данный комплекс.

Тип описываемого комплекса  зависит от того, как входящие в него операции распределены во времени. Так как в нашем случае операции выполняются строго по порядку и не одна из них не может быть пропущена, ее тип определяется значением «O» - с очередью.

В разделе 5 производится описание заделов. Каждый задел, кроме входных и выходных, увеличивается за счет входящих операций и уменьшается за счет выходящих. В один задел могут входить, а так же и выходить из него, любое количество операций.