Diszkrét termelési folyamatok ütemezési feladatainak modellezése és számítógépi megoldása

Átírás

1 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

2 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

3 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.

4 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

5 Gyártásirányítási funkciók támogatása MES (Manufacturing Execution System) Hardver/szoftver komponensek együttese. Lokális lehetőségek és a globális üzleti célok összehangolása. Bonyolult szabályozási/irányítási rendszer, melynek alapjelét az ütemező/finomprogramozó rendszer állítja elő. APS (Advanced Planning and Scheduling) Termelési tervek és részletes ütemtervek készítését támogató szoftverek. Határidők, véges kapacitások, speciális jellemzők kezelése adott gyártási folyamat esetén. Szabványok és ajánlások ISA, NIST, stb.

6 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

7 Ütemezési feladatok változatossága Erőforrások, operációk szempontjából: Egygépes modell Párhuzamos gépek modelljei P, Q, R Műhelymodellek F, J, O, X, G Rugalmas műhelymodellek FFS, FJS, További modellek PS, RCPS, MPM, MPT,

8 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

9 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.

10 Gyártásütemezési feladatok megoldása 1. A gyártási folyamatok vizsgálata, analízise Műveletek, technológiai lépések, végrehajtási jellemzők, erőforrások, képességek, alternatívák, korlátozások 2. Az ütemezési feladatok modellezése Erőforrás-környezet, operációk és kapcsolataik Munkák végrehajtási jellemzői és korlátozásai Ütemezési célok és prioritások (célfüggvények) 3. Hatékony megoldási módszerek kidolgozása Algoritmusok, implementálás, értékelés 4. Alkalmazás Szoftverfejlesztés, integráció, tesztelés Telepítés, konfigurálás, betanítás

11 Bevethető megoldási módszerek Matematikai programozás LP, NLP, IP, MIP, Egzakt módszerek (leszámlálás) BF, BB, DP, Keresési algoritmusok SA, TS, GA, EA, AS, Heurisztikus módszerek Szabályok, felépítő algoritmusok, Kombinált módszerek. Többcélú keresési módszer és szimuláció kombinált alkalmazása

12 Ismert modell továbbfejlesztése formalizmus: erőforráskörnyezet korlátozások, végrehajtási jellemzők célfüggvények Kiindulási modell: Kiterjesztett Rugalmas Flow Shop (EFFS) ütemezési feladatosztály FF,M g,q i,m,set i,j,m,cal m R i,d i,exe i, A i,g f 1, f 2,..., f K Új modell: Kiterjesztett Rugalmas Job Shop (EFJS) ütemezési feladatosztály FJ,M g,q i,m,set i,j,m,cal m R i,d i,exe i, A i,g f 1, f 2,..., f K

13 Az alkalmazott megoldási koncepció Adatbáziskezelő rendszer Grafikus felhasználói felület Modellépítés Ütemezés Szimuláció Értékelés

14 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.

15 További kutatási irányok Megoldási módszerek fejlesztése szimulációs technikák, keresési algoritmusok. Az EFJS modell bővítése 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.

16 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.

17 Köszönöm a figyelmet! aitkfm@uni-miskolc.hu A tanulmány/kutató munka a TÁMOP-4.2.2/B-10/ jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.