Автоматизация управления производством раскроя

Аннотация

В настоящей статье рассматриваются вопросы комплексной автоматизации управления производством раскроя листового материала. Освещаются следующие основные вопросы:

специфика управления производством раскроя с организационно-экономической точки зрения. Рассматривается ценность системы управления этим процессом для достижения наилучших экономических результатов и повышения уровня организации производства;
специфика управления производством раскроя с точки зрения модели бизнеса. Сравниваются модели бизнеса при раскрое <для собственных нужд> и <на сторону>, показывается, как применение автоматизированной системы управления может повлиять на эффективность бизнеса при той или иной модели;
специфика управления производством раскроя с точки зрения применяемых алгоритмов управления. Рассматриваются методы и алгоритмы управления, которые могут быть применены в системе - методы планирования и учета производства, методы технологической подготовки производства, методы складской логистики и т.п.;
модель системы автоматизированного управления производством раскроя. Рассматривается, в обобщенном виде, модель полного цикла автоматизированного управления производством раскроя и ее связи с другими подсистемами системы управления предприятием;
пример реализации описанной модели с применением программных продуктов <1С:Предприятие 8> и системы управления технологической подготовкой производства <Техтран>.

Специфика управления производством раскроя с организационно-экономической точки зрения

Раскрой листового проката - одна из ключевых заготовительных операций во многих отраслях машиностроения и металлообработки. С экономической точки зрения качество управления раскроем оказывает наибольшее влияние на коэффициент использования материала. Если этот коэффициент при последующей поштучной обработке заготовок достаточно точно может быть выведен из параметров технологического процесса при заданном виде оборудования, то при раскрое ситуация совершенно иная. Здесь значение приобретают следующие факторы:

Качество размещения контуров заготовок на листе (карта раскроя). Особенно в случае фигурного раскроя, оптимизация такого размещения представляет собой весьма сложную математическую задачу. Причем даже производительность современных компьютеров не позволяет при разумном времени расчета получить полностью оптимальный вариант; отсюда и различное качество раскройных карт, получаемых с помощью алгоритмов, заложенных в разные программные продукты. В ряде случаев раскройная карта, полученная с компьютера как оптимальная, допускает дальнейшее улучшение с помощью достаточно очевидной для опытного технолога ручной доработки; такие факты показывают, сколь важен вопрос выбора хорошего программного продукта для этой цели.
Грамотно составленный план выпуска участку раскроя. Любая программа оптимизации раскройных карт получает этот план (в номенклатуре заготовок) как данное. Соответственно, изменение количества заготовок в плане, расширение номенклатуры и т.п. оказывают существенное влияние на результирующий коэффициент использования материала. С другой же стороны, на качество составления плана влияют и другие экономические показатели, связанные, например, с оптимизацией размеров запасов заготовок, что особенно важно в серийном производстве. А это влечет за собой много проблем, связанных, в частности, с грамотным определением дискрета планирования для заготовительного производства с учетом календарно-плановых нормативов для последующей обработки заготовок и т.д.
Использование делового отхода. Сейчас на многих предприятиях деловой отход не используется. И это связано не только с какой-то элементарной бесхозяйственностью, - управление использованием делового отхода создает, при низком уровне автоматизации этого процесса, достаточно дорогостоящие организационные проблемы. Во-первых, каждый экземпляр делового отхода, в отличие от стандартного листа, уникален и это означает, что для него должен быть непосредственно при образовании отхода назначен уникальный адрес хранения, а затем должен быть обеспечен быстрый и простой его поиск по этому адресу. Во-вторых, база данных исходного материала должна хранить контур каждого доступного для использования делового отхода и уметь включать этот отход в процесс формирования оптимальных карт раскроя при получении каждого очередного плана. Если это всё на должном уровне не обеспечить, то может оказаться, что отправить отход в металлолом дешевле, чем пытаться его использовать в качестве делового.
Хранение заготовок. Далеко не во всех случаях для заготовительных участков организуются склады заготовок - результаты раскроя сразу передаются на места дальнейшей обработки. Соответственно, при этом, как правило, теряется учет запаса заготовок, что, при определенной серийности производства, приводит: а) к снижению качества планирования, когда не учитывается задел; б) просто к отсутствию информации об этом заделе из-за отсутствия качественной организации хранения на местах обработки. Явление достаточно распространенное, особенно учитывая, что участок раскроя имеет тенденцию стремиться оптимизировать свою работу за счет создания больших заделов (меньше отходов, меньше затрат на переналадку оборудования), а на местах обработки эти заделы просто негде хранить, из-за чего они размещаются невесть где, так что потом о них просто забывают до очередной инвентаризации. А если в этом промежутке времени соответствующая деталь, к примеру, вообще снимается с производства, то весь запас успешно отправляется в лом.

При отсутствии учета перечисленных факторов, полностью или частично, потери металла, да и иные потери, связанные с низким качеством планирования и учета заготовительного производства, могут оказаться весьма значительными. Соответственно, во избежание этого, необходима грамотная постановка современной автоматизированной системы управления производством раскроя. Добавим, что помимо своей основной задачи - повышения коэффициента использования материала, такая система важна и с других точек зрения. Она нужна для поддержания элементарного порядка в учете и хранении дорогостоящих материальных ценностей, для сокращения длительности производственного цикла за счет качественного планирования деятельности участка раскроя, для качественного учета себестоимости продукции, особенно в случаях, когда для этого нужна высокая точность оперативного учета. Нам приходилось сталкиваться, например, с ситуациями, когда (в частности, при госзаказе) требовалось поддерживать в учете информацию о том, из какого именно экземпляра листа был сделан именно данный экземпляр той или иной детали. Ясно, что без высокого уровня автоматизации учета подобные вещи невозможны абсолютно.

Специфика управления производством раскроя с точки зрения модели бизнеса

С точки зрения модели бизнеса производство раскроя может быть рассмотрено в двух вариантах: раскрой для собственных нужд предприятия и раскрой <на сторону>. В принципе, второй вариант можно разделить еще на два: раскрой <на сторону> как дополнительная загрузка мощностей, работающих на собственные нужды и раскрой как вид основной деятельности. Опять же, последний вариант можно разделить еще на два: раскрой как основная деятельность и раскрой как дополнительная услуга при оптовой торговле металлопрокатом. Итого, получаем следующую классификацию:

Раскрой для собственных нужд.
Раскрой <на сторону>
2.1 Для дополнительной загрузки мощностей
2.2 Как вид основной деятельности
2.2.1 Как основная деятельность
2.2.2 Как дополнительная услуга при оптовой торговле

При рассмотрении всех этих вариантов с организационно-экономической точки зрения несложно понять, что специфика их зависит от того, кто является собственником проката, подлежащего раскрою. Если это предприятие, осуществляющее раскрой, оно заинтересовано в повышении коэффициента использования материала, поэтому все сказанное в предыдущем параграфе имеет к нему отношение. Модель раскроя для собственных нужд подпадает под это условие автоматически. При раскрое же <на сторону> более традиционной является работа по модели <из материала заказчика>, при которой все отходы возвращаются к заказчику вместе с годной заготовкой, следовательно, производитель раскроя не имеет экономического стимула к экономии металла. Несомненно, при такой модели сохраняются требования к качественной и эффективной внутрипроизводственной логистике (хранение и движение материала и заготовок), но не более того. Однако, в последнее время, особенно у крупных оптовиков, заметен интерес к модели раскроя из собственного материала как к средству дополнительного повышения эффективности бизнеса. Оборудование для современного фигурного раскроя, особенно для лазерной резки, стоит дорого. Отсюда наличие рынка заказов для раскроя <на сторону> в случае, когда для потребителя раскроя приобретение и эксплуатация собственного оборудования такого рода экономически неэффективно. Но когда специализированное предприятие приобретает столь дорогое оборудование, оно должно стремиться к наилучшей окупаемости соответствующих затрат. Дополнительная эффективность при использовании собственного материала, получаемая за счет объединения изготовления заготовок для различных заказчиков по общим раскройным картам, - хороший способ достижения желаемого экономического результата в этом случае.

Соответственно, модель автоматизированного управления производством раскроя, рассматриваемая нами здесь, разумеется, прежде всего для случая раскроя из собственного материала, становится ценной для обеих основных моделей бизнеса - и для раскроя для собственных нужд и для раскроя <на сторону>.

Специфика управления производством раскроя с точки зрения применяемых алгоритмов управления

Для управления производством раскроя характерно применение следующих алгоритмов управления:

Формирование подетального плана производства (в данном случае, в номенклатуре заготовок). Здесь применяются стандартные для машиностроения и приборостроения методы формирования плана, зависящие от выбранной для данного производства модели планирования: <на склад>, <на заказ>, канбан и разные смешанные варианты. Поскольку они для производства раскроя неспецифичны, отдельно рассматривать их здесь мы не будем.
Оптимизация размещения контуров заготовок на листе (формирование раскройных карт). Об этом уже было сказано выше.
Формирование управляющей программы для станка с ЧПУ. Практически всё применяемое сейчас для фигурного раскроя оборудование (устройства термической резки - лазер или плазма, устройства гидроабразивной резки и т.д.) относится к станкам с ЧПУ. Соответственно, автоматизированное преобразование раскройной карты в управляющую программу - необходимая для системы комплексной автоматизации процесса процедура.
Планирование запуска раскроя. Здесь имеется определенная специфика, связанная с тем, что все базовые алгоритмы планирования запуска в дискретном производстве отталкиваются, в конечном счете, от конструкторского дерева состава изделия (дерева сборки), формируя потребность в компонентах через разузлование этого дерева (или, если быть совсем точным, через разузлование формируемого из конструкторского дерева технологического состава изделия, учитывающего, помимо вхождения в сборку, также и точки подачи материалов и ДСЕ на обработку и сборку и некоторые другие особенности технологического процесса). Все эти алгоритмы исходят из того, что в ходе производства компоненты изделия последовательно укрупняются. Специфика же раскроя состоит в том, что это обратный процесс - поданная на запуск единица материала подвергается <разборке>, разукрупнению, формируя при этом множество компонент другого вида, заготовок. Это требует несколько иного алгоритма.

Наиболее удобной моделью планирования запуска здесь выступает т.н. модель совместной обработки партий. В этом случае запускаемой компонентой считается заготовка (как бы условно содержащаяся <внутри> подлежащего раскрою листа). Для всех заготовок, попавших в одну раскройную карту, планируется единая операция раскроя. Эта модель, в общем случае, аналогична моделям также и других видов совместной обработки (типичные случаи - термическая обработка и совместная покраска партии ДСЕ). Специфика раскроя по отношению к ним проявляется в способе объединения компонент в партию: в данном случае это происходит через формирование раскройной карты.

Модель совместной обработки присутствует в части интегрированных программных приложений для управления производством или может быть представлена самостоятельными программными продуктами. Но в любом случае, для построения хорошей системы требуется программная интеграция средств формирования раскройных карт с приложением, реализующим планирование и учет при совместной обработке.
Управление складской логистикой. В нашем процессе участвуют два вида складов - склад листа (в общем случае, с функцией хранения делового отхода) и склад заготовок. Соответственно, здесь могут существовать и различные специфические для каждого предприятия требования к идентификации единиц хранения (в том числе и методами автоматической идентификации - через штрих-кодовые или иные метки), организации зон и ячеек хранения, взвешиванию единиц хранения и т.п. В общем случае, должна, так или иначе, применяться современная система управления складской логистикой на принципах WMS (Warehouse Management System).

Модель системы автоматизированного управления производством раскроя

Рассмотрим теперь общую схему организации автоматизированного управления производством раскроя. В графическом виде она представлена на рис.1.

Схема организации автоматизированного управления производством раскроя

Рис.1

Рассмотрим предложенную модель поблочно.

Блок нормативно-справочной информации об изделии. Эти данные ведутся либо в основной базе данных ERP-системы, либо в отдельном PDM/PLM приложении, т.е. для системы управления раскроем это внешний модуль. Для наших целей требуются два вида данных - материал, из которого надо сделать заготовку, и геометрическая информация о заготовке. Данные о материале могут содержать разрешенные технологом варианты замены материала при нехватке основного (в частности, допустимость использования листа большей толщины). В том случае, если дальнейшие экономические расчеты выполняются автономно от основной ERP-системы, из блока НСИ может поступит также информация о нормах расхода материала и трудоемкости/станкоемкости операций участка раскроя.
Планирование основного производства. Также внешний модуль. Отсюда поступает потребность в заготовках на выбранный период планирования (смена, сутки, неделя, декада), определенная из плана запуска партий деталей в дальнейшую обработку. В нашей схеме все функции производственной логистики, связанные с раскроем, управляются автономно, поэтому нас интересует именно потребность основного производства. Вся остальная информация, необходимая для планирования запуска раскроя, ведется во внутренних модулях рассматриваемой системы.
Управление складом заготовок. Как уже отмечалось, в нашей модели склад заготовок существует и функционирует при участке раскроя, поэтому данный модуль в системе внутренний. В качестве исходных данных для расчета плана запуска из этого блока используются данные об остатках на складе на начало планируемого периода, которые, очевидно, влияют на план запуска. После выполнения раскроя выпущенные заготовки приходуются на этот склад. При этом, в зависимости от схемы организации производства, они либо фактически размещаются на складе (как правило), либо немедленно списываются в дальнейшее производства по специальной процедуре (весьма рекомендуется раздельное поступление информации об отпуске со склада и о приемке следующим по цепочке маршрута производственным подразделением). На складе рекомендуется применение средств автоматической идентификации заготовок.
Планирование выпуска заготовок. Также внутренний модуль. Очевидно, что план выпуска заготовок может (и, как правило, должен) не совпадать с планом запуска в производство (исключение - при системе планирования строго <на заказ>). Учитываются также текущий запас на складе, нормативы запаса, если таковые приняты, нормативы, связанные с оптимизацией размера партий запуска, наконец, наличие материала. В принципе, возможна схема, при которой планирование производится в несколько итераций; по данным первоначального плана формируются раскройные карты, по данным которых план затем оптимизируется по критерию, скажем, минимизации отходов (в том числе и делового отхода, поскольку его дальнейшее использование приводит к дополнительным затратам, не всегда, в принципе, экономически целесообразным).
Управление складом листа. Позиции на склад листа поступают из двух источников - стандартный лист из системы закупок и деловой отход - из производства раскроя. Как уже отмечалось, каждый экземпляр делового отхода должен получать свой идентификационный код и маркироваться этим кодом (как правило, штрих-кодовым методом), а также получать адрес ячейки хранения. Способ хранения и отпуска стандартного листа зависит от наличия или отсутствия необходимости в поэкземплярном учете листа. Если такое требование предъявляется (причины могут быть разные: высокая стоимость металла, значимый разброс в весовых характеристиках отдельных экземпляров, что наиболее характерно для толстого листа, и т.п.), то необходимо при оприходовании на склад идентифицировать и маркировать каждый лист, также присваивая каждому адрес ячейки. Если этого нет, можно применять и зонированное хранение, идентифицируя разве что пачку листов. Также, при предъявлении соответствующих требований к учету может быть применено и оборудования для взвешивания (желательно, связанное с компьютером).
Планирование запуска заготовок. Поскольку, как уже отмечалось, партией запуска является раскройная карта (точней, один лист или кусок делового расхода, раскраиваемый по этой карте), то основным элементом этого блока является оптимизация размещения заготовок на листе путем автоматизированной процедуры, иногда с ручной доработкой результата. Данные готовой раскройной карты автоматически преобразуются в программу для станка с ЧПУ. Также, с учетом нормативной станкоемкости операции и нормативов подготовительно-заключительного времени должно быть составлено календарное расписание запусков (функция сменно-суточного планирования).
Исполнение операции в производстве. В комментариях не нуждается.
Производственный (оперативный) учет. Здесь значение имеют следующие факторы. Учет собственно исполнения операции здесь, в случае ее успешного завершения, крайне прост - требуется ровно один бит информации о том, что раскрой по данной карте выполнен Но возможен брак в производстве, что требует наличия соответствующей процедуры учета. Также большое значение приобретает идентификация заготовок для дальнейшей организации хранения и учета на складе. Здесь также настоятельно рекомендуется автоматическая идентификация - либо каждого экземпляра заготовки, если это требование целесообразно (для необходимой точности учета, в случае больших габаритов заготовки т.п.), либо тары, в которую складываются заготовки каждого вида. Соответственно, к оператору учета (как правило, он же и оператор станка) здесь предъявляются серьезные требования: он должен качественно рассортировать полученные заготовки в соответствии с картой раскроя, маркировать их или подобрать для них заранее маркированную тару, маркировать деловой отход. Это требует как квалификации, так и аккуратности, делает операцию учета довольно трудоемкой.
Бухгалтерская и экономическая отчетность. Отклонения от нормативов расхода материала на заготовку могут по факту возникать по следующим причинам. Основная - различные коэффициенты использования материала по каждой раскройной карте. Соответственно, при формировании карты рассчитывается величина отхода, и по фиксации исполнения операции эта величина поступает в учет. Далее - причины, связанные с браком в производстве. В целом, поскольку оперативный учет при раскрое хорошо индивидуализирован, в принципе, достаточно просто может быть рассчитана производственная себестоимость вплоть до каждого экземпляра заготовки, если это представляет интерес. При поэкземплярном учете листа можно учесть, например, стоимость материала из каждой партии поставки отдельно; при поэкземплярном учете заготовок, можно сохранить в учете данные о том, из какого экземпляра листа она сделана, и с каким фактическим расходом материала. Другой вопрос - нужна ли такая точность, но, во всяком случае, она вполне достижима.
Оперативная отчетность. Имеется в виду отчетность по количеству и срокам изготовления заготовок, по весу отхода и т.п. в необходимом для целей управления конкретным производством объеме.

В целом описанная система автоматизированного управления рассматривалась в этом разделе обобщенно, без деталей реализации ее средствами конкретных программных продуктов и других информационных технологий. Кроме того, мы постарались, чтобы наша модель в общем виде содержала максимум возможных функций. В конкретных реализациях для того или иного предприятия, соответственно, эта модель может быть в каких-то частях упрощена. В следующем разделе мы рассмотрим один из вариантов реализации данной модели средствами платформы <1С:Предприятие 8> и системы технологической подготовки производства <Техтран>.

Реализация модели автоматизированного управления производством раскроя

Мы рассмотрим здесь вариант системы автоматизированного управления производством раскроя с помощью следующих программных продуктов:

<1C:Управление производственным предприятием> (УПП), разработанная фирмой <1С>. УПП является полноценной ERP-системой, и выступает здесь в качестве интегрирующей информационной среды для всей системы управления предприятием. Средствами этого продукта реализуются функции, отмеченные в нашем описании модели как <внешние> по отношению к системе <внутреннего> управления производством раскроя. УПП в настоящее время используется более чем на 5000 предприятий России и сопредельных стран; в машиностроительной отрасли на УПП приходится порядка 50% внедрений ERP-систем в России.
<1С-ЕСКВ:Управление заготовительным производством> (УЗП), разработанная фирмой <1С-ЕСКВ> (Петербург). УЗП является специализированным средством планирования и учета производства раскроя. По принятой классификации это система цехового уровня, взаимодействующая с ERP- системой через информационный интерфейс обмена данными.
Система технологической подготовки производства <Техтран> (Техтран), разработанная фирмой <НИП-Информатика> (Петербург). Техтран - общий брэнд для группы программных продуктов технологического назначения. Роль Техтрана в системе двоякая. С одной стороны - это средство оптимизации раскройных карт (с помощью продуктов <Техтран - фигурный раскрой> или <Техтран - прямоугольный раскрой>), с другой - средство автоматизации подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ. Техтран - одна из наиболее популярных в России и на постсоветском пространстве систем технологической подготовки производства; ее использует порядка 400 ведущих предприятий машиностроения, ею комплектуются многие модели отечественных станков с ЧПУ.

Схема взаимодействия продуктов в системе графически изображена на рис. 2.

Рис. 2

Если соотнести функции, выполняемые продуктами, участвующими в данной реализации, с общими функциями модели управления, описанной в предыдущем разделе, то можно видеть следующее:

Функция планирования выпуска заготовок относится к УПП. В рамках УПП (или в составе совместимого с УПП PLM-продукта, например, <1С:Аппиус>) ведется также нормативно-справочная информация об изделии (характеристики материала, нормы расхода материала, нормативы трудоемкости, геометрические контуры заготовок).
Функция складского учета в различных аспектах поддерживается во всех трех продуктах, но первичная база данных складского учета для складов листа и заготовок ведется в УЗП (т.е. средствами УЗП ведется оперативный учет движения ТМЦ на этих складах). Базы остальных продуктов автоматически синхронизируются с базой УЗП при обновлении последней; при этом информация в базе УЗП является наиболее детальной вплоть до поддержания поэкземплярного учета, при необходимости. База УПП используется как один из источников данных для планирования выпуска заготовок, а также для различных экономических расчетов (оценка запасов и т.п.). В базе Техтрана средствами синхронизации с УЗП (через выгрузку из УЗП) ведется база состояния склада листа и делового отхода, необходимая Техтрану для подбора материала под план выпуска (наличие нужного сортамента в нужном количестве, наличие делового отхода определенной геометрической формы).
Техтран на основе предложенного ему плана выпуска и состояния склада материала, а также используя данные о характеристиках заготовки, формирует оптимальные карты раскроя и программы для станков с ЧПУ. Следует отметить, что данные, первично ведущиеся в УПП передаются в Техтран через УЗП; прямого интерфейса между УПП и Техтраном нет.
УЗП получает из Техтрана раскройные карты, и получает из производства информацию об исполнении операций раскроя. На основании этих данных, а также собираемых средствами УЗП оперативных данных движения на складах листа и заготовок формируется база текущего состояния складов и оперативные отчеты производства за смену в электронной форме, содержащие также рассчитываемые в УЗП данные о фактических прямых (переменных) производственных затратах на заготовку.
Данные об измененном состоянии складов загружаются в базы УПП и Техтрана. В УПП передается отчет производства за смену с данными о производственных затратах.
В УПП данные о производственных затратах поступают на вход модулей расчета себестоимости изделий, и производятся соответствующие расчеты по методикам, принятым на данном предприятии.

Для реализации описанной схемы УЗП комплектуется специальными модулями связи с УПП и Техтраном. Можно добавить также, что УЗП может работать и автономно от УПП и Техтрана; в этом случае соответствующие исходные данные могут формироваться для УЗП вручную или вводиться из других источников (другой ERP-системы, другой системы технологической подготовки производства). Правда, средства информационного обмена УЗП с другими системами подобного назначения в настоящее время не разработаны, но могут быть разработаны на заказ.

УЗП, как и УПП, является конфигурацией, разработанной на платформе <1С:Предприятие 8>. Соответственно, как любая такая конфигурация, УЗП является продуктом с по большей части открытым исходным кодом, что, в принципе, позволяет заказчикам независимо от разработчика продукта адаптировать его для своих нужд.

Заключение

Описанная нами автоматизированная система управления производством раскроя и вариант ее реализации средствами перечисленных программных продуктов является во многом уникальным способом предоставить комплексное информационное пространство для управления производства раскроя и, посредством этого, обеспечить высокое качество планирования и учета, добиться порядка на производстве и складах, обеспечить максимально возможное снижение себестоимости этого передела, сильно влияющего на экономический результат производства. Наиболее весомых показателей экономии листового материала в машиностроении и металлообработке можно добиться именно с ее помощью.

Авторы:
Стольберг Е.С.,
Генеральный директор ООО "1С-ЕСКВ"
Васильев К.А.,
Технический директор ООО "1С-ЕСКВ"

Декабрь 2008

Техтран - задать вопрос

Появились вопросы?