HATVANY JÓZSEF INFORMATIKAI TUDOMÁNYOK DOKTORI ISKOLA ÖSSZEVONT TUDOMÁNYOS SZEMINÁRIUMA 2013 Diszkrét termelési folyamatok ütemezési feladatainak modellezése és számítógépi megoldása Dr. Kulcsárné Forrai Mónika 1. évfolyam, levelező tagozat
Miskolci Egyetem Alkalmazott Informatikai Tanszék
Témavezető: Dr. Erdélyi Ferenc, CSc ny. egyetemi docens
Miskolci Egyetem Alkalmazott Informatikai Tanszék
A kutatási téma helye a HJITDI képzési hierarchiájaban Tématerület: Termelésinformatikai Témacsoport: Számítógéppel integrált gyártás informatikája Témakör: Diszkrét termelési folyamatok informatikája Kutatási téma címe:
Új módszerek és megoldások a flexibilis és adaptív gyártásirányításban
A gyártásirányítás alapvető feladatai
Középtávú termelési tervek rövidtávú feladatokra bontása, a feladatok ütemezése, finomprogramozása; A feladatok végrehajtásához szükséges anyagi, technológiai, személyi, információs és egyéb feltételek biztosítása; A feladatok kiosztása és elindítása; A folyamatok valós idejű felügyelete és irányítása; A végrehajtás minőségének biztosítása; Teljesítménymutatók számítása és az eredmények értékelése; A bizonytalanságok és a váratlan események kezelése.
Gyártásirányítási modellek
Hierarchikus gyártásirányítás
Szintekre bontás:
Műhelyszintű irányítás Cella/gyártórendszer szintű irányítás Berendezések/munkahelyek irányítása Gyártási folyamatok közvetlen irányítása
Elosztott gyártásirányítás
Holonikus/Ágens-alapú megközelítés
Gyártásirányítási funkciók támogatása
MES (Manufacturing Execution System)
APS (Advanced Planning and Scheduling)
Hardver/szoftver komponensek együttese. Lokális lehetőségek és a globális üzleti célok összehangolása. Bonyolult szabályozási/irányítási rendszer, melynek alapjelét az ütemező/finomprogramozó rendszer állítja elő. Termelési tervek és részletes ütemtervek készítését támogató szoftverek. Határidők, véges kapacitások, speciális jellemzők kezelése adott gyártási folyamat esetén.
Szabványok és ajánlások
ISA, NIST, stb.
Termelésprogramozás Vállalatirányítás (ERP)
Műszaki tervezés (CAPE) Gyártásirányítás (MES) Termelésprogramozás
Folyamatirányítás (PAC, MA, MSC)
Bemenő adatok: Belső rendelések (termék, határidő, …) Termék (anyagjegyzék, …) Technológia (folyamatterv, műveletterv, …) Erőforrás (gép, dolgozó, szerszám …) Anyag és komponens (készlet) Ütemezési célok és prioritások
Eredmény: Részletes termelési finomprogram Munkák és erőforrások összerendelése Tevékenységek végrehajtási sorrendje Tervezett időtartamok és időpontok Számított/becsült teljesítménymutatók
Ütemezési feladatok változatossága Erőforrások, operációk szempontjából: Egygépes modell Párhuzamos gépek modelljei
Műhelymodellek
F, J, O, X, G
Rugalmas műhelymodellek
P, Q, R
FFS, FJS, …
További modellek
PS, RCPS, MPM, MPT, …
Ütemezési feladatok változatossága Munkák szempontjából: Műveletek megszakítása/felfüggesztése/újraindítása Munkák összevonása/szétbontása Intenzitások szerepe és jellege (állandók/változók) Rendelkezésre állások (korlátfeltételek/döntési változók) Indítási/befejezési korlátozások Gépátállítások Munkák közötti sorrendi korlátozások Logisztikai jellemzők, korlátozások Műveletek ismételt végrehajtása …
Ütemezési feladatok változatossága Ütemezési célok szempontjából Minimalizálás
Költségek Késések, csúszások Befejezési időpontok Átfutási idők, várakozási idők Gépátállítások Készletszintek, befejezetlen munkák …
Maximalizálás
Gépi és emberi erőforrások kihasználása Áteresztőképesség, gyártási hatékonyság …
A célfüggvények egymástól nem függetlenek kapcsolatrendszerük bonyolult, nehezen modellezhető komplex feladatok esetében.
Kompromisszumos kvázi-optimális végrehajtható megoldások gyors generálása.
Gyártásütemezési feladatok megoldása 1.
A gyártási folyamatok vizsgálata, analízise
2.
Az ütemezési feladatok modellezése
3.
Erőforrás-környezet, operációk és kapcsolataik Munkák végrehajtási jellemzői és korlátozásai Ütemezési célok és prioritások (célfüggvények)
Hatékony megoldási módszerek kidolgozása
4.
Műveletek, technológiai lépések, végrehajtási jellemzők, erőforrások, képességek, alternatívák, korlátozások
Algoritmusok, implementálás, értékelés
Alkalmazás
Szoftverfejlesztés, integráció, tesztelés Telepítés, konfigurálás, betanítás
Bevethető megoldási módszerek
Matematikai programozás
Egzakt módszerek (leszámlálás)
SA, TS, GA, EA, AS, …
Heurisztikus módszerek
BF, BB, DP, …
Keresési algoritmusok
LP, NLP, IP, MIP, …
Szabályok, felépítő algoritmusok, …
Kombinált módszerek.
Többcélú keresési módszer és szimuláció kombinált alkalmazása
Ismert modell továbbfejlesztése || formalizmus: erőforráskörnyezet korlátozások, végrehajtási jellemzők célfüggvények Kiindulási modell: Kiterjesztett Rugalmas Flow Shop (EFFS) ütemezési feladatosztály
FF , M g ,Qi ,m , Seti , j ,m ,Calm | Ri , Di , Exei , Ai ,g | f1 , f 2 ,..., f K Új modell: Kiterjesztett Rugalmas Job Shop (EFJS) ütemezési feladatosztály
FJ , M g ,Qi ,m , Seti , j ,m ,Calm | Ri , Di , Exei , Ai ,g | f1 , f 2 ,..., f K
Az alkalmazott megoldási koncepció Adatbáziskezelő rendszer Grafikus felhasználói felület
Modellépítés
Ütemezés
Szimuláció
Értékelés
Új megoldás: Végrehajtás-vezérelt szimuláció Speciális kombinációja a munka-vezérelt és az erőforrásvezérelt szimulációnak. A munkák (job) és a kapcsolódó objektumok passzív modell-komponensek. Az erőforrások (gépek, anyagmozgató eszközök stb.) aktív modell-komponensek. A szimuláció vezérlő logikája írja le, hogy a munkák és a munkadarabok végrehajtási lépései hogyan valósulnak meg az erőforrás-környezetben. Cél: a munkák időadatainak gyors kiszámítása.
További kutatási irányok
Megoldási módszerek fejlesztése
Az EFJS modell bővítése
szimulációs technikák, keresési algoritmusok. korlátozott méretű műveletközi tárolók, gépekhez visszatérő munkák, párhuzamos végrehajtású munkák műszakbeosztások, projekt-szemléletű gyártás támogatása.
Termelés-menedzsment funkciók támogatása
további teljesítménymutatók (KPI-k), menedzsment stratégiák, döntéstámogató (pl. költségalapú) műhelymodellek.
Összefoglalás
A gyártásirányításhoz kapcsolódó ütemezési feladatok nagyon sokfélék lehetnek, melyek összetett, nehezen megoldható többcélú optimalizálási problémákhoz vezetnek. Új modell: kiterjesztett rugalmas job shop. A korszerű tudás-intenzív keresési módszerek, a gyors végrehajtás-vezérelt szimuláció és a többcélú eredményértékelő módszerek hatékony támogatást nyújtanak.
Köszönöm a figyelmet!
[email protected]
„A tanulmány/kutató munka a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0008 jelű projekt részeként – az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében – az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.”
