Организация процесса эффективного распределения производственных заказов на обслуживание и ремонт технологического оборудования машиностроительных производств

1.1. Анализ современного состояния отрасли знаний и имеющиеся проблемы
В современном понимании организация производства является как системой научных знаний, так и практической деятельности, где успешно разработаны методы, позволяющие эффективно объединять трудовые ресурсы и средства производства, выстраивать организационные и технологические процессы основного и вспомогательного производства, обеспечивая нужную функциональность, производственную эргономику, качество и конкурентоспособность выпускаемой продукции.
Таким образом такая отрасль знания, как организация производства изучает производственные системы, закономерности их формирования и развития на основе методов, обеспечивающих эффективность работы всех частей этих систем в быстро изменяющихся условиях их функционирования.
Исследование закономерностей в организации производства предполагает применение системного подхода, позволяющего выстроить в логическую цепь технические, технологические, социологические и экономические аспекты в их взаимозависимости.
Системный подход предполагает наличие определенных целей, которым должно соответствовать производство, созданное для достижения этих целей, а все функционирование всех элементов производственной системы должно быть подчинено выполнению отдельных частей общих целей. В таком понимании производственная система будет иметь возможность адаптации при изменении внешних и внутренних условий. Производственная система обладает структурой с организационно- техническим уровнем, определяющим вид предприятия – полного цикла, сборочные, специализированные по выпуску отдельных изделий, заготовительные.
Из вышесказанного следует, что организация производства – это многовекторное научное направление, изучающее и оптимизирующее производственную систему во всех ее проявлениях.
Научные основы, категории и принципы, позволяющие эффективно организовывать различные виды производственных систем, рассматривать предприятие, как целостную систему, развивающуюся по определенным законам, изучались и формировались такими учеными, как Акбердин Р.З., Власов Б. В., Первозванский А.А., Туровец О.Г., Ушаков И.А., Ямпольский Е.С., Якобсон М.О., Ящура А.И. [86, 85, 113, 90, 126,122, 131, 132].
Эти ученые внесли огромный научно-практический вклад в развитие основ организации управления производством. Было определено понятие процесса производства, как комплекс технологических операций и переходов по выпуску продукции, а также вспомогательных процессов, призванных обеспечить качественную работу основного производства.
Научная организация производства определялась, как эффективное сочетание трудовых, материальных и иных ресурсов для выпуска определенного количества качественной продукции в заданные сроки при минимальных затратах на ее изготовление.
Также уделялось серьезное внимание вопросам анализа и оценки уровня организации производства, структурам производственных систем и процессов, проектирования технических и технологических производств, а также проектированию вспомогательных производств, поэтому во многом определили значимость и пути организации и развития служб ТОРО, как важного производственного подразделения, реализующего планово- предупредительный ремонт оборудования основного производства.
Значительная часть исследований была посвящена проблемам повышения эффективности, и в частности, средствам планирования и управления производственными процессами при современном уровне организации производства. Разрабатывались научные, организационные и практические методы, позволяющие оптимизировать планирование, нормирование и ход выполнения основных производственных процессов. Показано место и значение технического обслуживания и ремонта оборудования основного производства, разработаны подходы к сокращению времени простоев оборудования при выполнении планово- предупредительных ремонтов, внеплановых ремонтов – при отказе оборудования, текущему ремонту по фактическому состоянию, определяемому по целому ряду методик, включающих: выбор ремонтного цикла на основе диагностики, управление оборудованием и надежностью, учет влияния режимов работы и т.п.
1.2. Развитие научного подхода к организации производства
Современные подходы к организации работ в службе ТОРО средних и крупных машиностроительных предприятий разрабатывались такими авторами, как: Аносов, Ю. М., Кабаков, B. C., Сачко Н.С., Егорова Т.А., Кушнарев Л. И., Омельченко И.Н., Орлов А. И., Ставровский М. Е., Семенов В.В., Фатхутдинов Р.А., Новицкий Н. И., Дубровин, И. А., Насыров Ш. Г. и др. [3, 28, 110, 23, 46, 47, 31,34,64,81,82,83, 27, 51, 116,117, 105,111,117, 127, 66, 21, 58].
В этих работах предложены интегрированные производственно- корпоративные структуры, типовые организационные структуры, показано место ремонтных служб в зависимости от масштабов и типа производства, а также от вида и расположения оборудования, обеспечивающего выпуск продукции предприятия.
Разработаны методики, применимые при реализации задач служб ТОРО, такие как: структурная аналитика оборудования основного производства предприятия для оптимизации выполнения работ по обслуживанию и ремонту; выбор основных критериев для осуществления ремонта; проведение планово-профилактических мероприятий в соответствии с рабочей документацией на оборудование; изменение плановых работ по состоянию оборудования; оптимизация структуры ремонтных циклов; диагностирование и прогнозирование технического состояния оборудования по результатам мониторинга; методики расчета эффективных режимов работы, сроков эксплуатации и замены оборудования; выполнения анализа стоимости владения; определения видов, существующего уровня и прогнозирования надежности, а также критичности отказов; методики оптимизации номенклатуры, управления местами хранения и уровнем запасов.
«Ремонтное хозяйство предприятия представляет собой совокупность отделов и производственных подразделений, занятых анализом технического состояния технологического оборудования, надзором за его состоянием, техническим обслуживанием, ремонтом и разработкой мероприятий по замене изношенного оборудования на более прогрессивное и улучшению его использования.» [127, стр.34]
В трудах современных отечественных и зарубежных ученых можно найти теоретические исследования и практические рекомендации в данной области, направленные на разработку принципиальных схем и методик организации работ по техническому обслуживанию и ремонту оборудования (ТОРО), определение производственных и финансовых показателей, механизмов учета отказов и контроля качества ремонтов и правил эксплуатации оборудования, а также систем планирования ТОРО. В части планирования работ по ТОРО предусматриваются 3 основных вида ремонтов, которые выполняются в соответствии с утвержденным годовым графиком ППР по категориям для всего оборудования предприятия с учетом ремонтных циклов (РЦ) между капитальными ремонтами. Структура РЦ определяет очередность выполнения видов ремонтов и технического обслуживания во время РЦ, которые могут выполняться, например, по следующей схеме [132]:
К-ТО-ТО-М1-ТО-М2-ТО-С-ТО-ТО-М3-ТО-К, где К – капитальный ремонт,
ТО – еженедельное техническое обслуживание, М – малый ремонт,
С – средний ремонт).
Разработан целый ряд видов работ в системе планово- предупредительных ремонтов, учитывающих уровень их сложности.
Приведем эти работы по увеличивающейся сложности:
 посменные профилактические работы и наладка оборудования;
 еженедельное и/или ежедневное техническое обслуживание;
 текущий (мелкий) ремонт;
 средний ремонт;
 капитальный ремонт;
 полная модернизация.
Плановое обслуживание и ремонт. Вышеперечисленные мероприятия
могут быть регламентированы по кварталам, месяцам, неделям с возможностью корректирования объемов работы. Также регламентом может определяться наработка в часах, контроль, режим работы оборудования. Кроме регламентированных работ фактическое состояние оборудования может служить основанием для внепланового обслуживания оборудования, когда определяются допустимые
выполняется контроль и/или прогноз уровня надежности. Все эти работы в комплексе с учетом нормативов на межремонтное обслуживание и составляют систему ППР.
При планировании регламентных работ в системе ППР кроме их вида рассчитываются: сроки, сложность и время выполнения (длительность) ремонта с учетом категорий ремонтной сложности оборудования; необходимое материально-техническое обеспечение, соответствующее план- графику; суммарный объем (трудоемкость) и календарная разбивка ремонтов по предприятию в планируемом периоде; требуемая численность и квалификация ремонтного персонала и соответствующий фонд заработной платы; время простоя основного оборудования, выводимого для ремонта.
Подготовительные работы в значительной степени определяют качество ремонта оборудования — это своевременная разработка как дефектных ведомостей, так и на их основании спецификаций на ремонтные работы, что позволяет своевременно уточнить выделенные средства на план-график выполнения ППР.
Внеплановый ремонт и обслуживание. Кроме регламентных (плановых) ремонтов и обслуживания существует и внеплановое, реагирующее или аварийно-восстановительное обслуживание и ремонты, которые выполняются по потребности.
Обычно это срочные ремонты, нарушающие план-график ППР, требующие значительного увеличения нагрузки на ремонтные службы вплоть до выхода рабочих в третью смену. Понятно, что о равномерности загрузки персонала здесь не может быть и речи.
Следует заметить, что при применении обычной системы ППР без оптимизирующих методик около 50% работ выполняется по формальным признакам – по времени эксплуатации, по календарному плану, а не по
уровни критических параметров, необходимости, что приводит к зависимости затрат от объемов выполняемых напрасно работ и, следовательно, к рискам внеплановых остановов.
Разумеется, есть и положительные аспекты, такие как: проработанность процесса ППР на базе методического, материально-технологического обеспечения и регламентов ремонтов, разработанных производителем оборудования, что довольно удобно для ремонтного персонала.
Обслуживание по фактическому состоянию (ОФС) – это диагностика и прогноз технического состояния оборудования, выполняемая аппаратными средствами при мониторинге, что позволяет определить почасовую наработку на отказ, комплекс основных параметров эксплуатационного ресурса, определяющих момент вывода оборудования в ремонт до его отказа или аварии. [142].
ОФС позволяет существенно повысить эффективность контроля технического состояния узлов и деталей оборудования, определять причины критического изменения их состояния, прогнозировать наступление критичного уровня дефектов, увеличить время межремонтного периода, но не допускать поломок и аварийных состояний. Однако применение технологии ОФС, основанной на техническом диагностировании (ТД) и неразрушающем контроле (НК), требует наличия довольно дорогого диагностического оборудования, программного обеспечения и высококвалифицированного обслуживающего персонала. Возможность прогнозирования внезапных и постепенных отказов оборудования основывается на экстраполяции имеющихся на определенном периоде времени данных в будущий период, при этом диагностика производится на реально работающем оборудовании без его остановов с применением следующих математических методов: экспертных оценок, аналитических исследованиях поступающих данных, методов теории вероятностей и математической статистики, а также распознавания образов и виртуальной реальности. Заслуживают внимания разработанные механизмы:
1. для обнаружения причин отказов выполняется фиксирование и анализ отказов с последующей разработкой организационно- технических мероприятий и документации по устранению их причин, назначение ответственных;
2. для контроля правильности эксплуатации оборудования – работа на допустимых режимах, отслеживание сроков и качества ТОРО с отметками в журналах по эксплуатации;
3. дляконтролякачестваТОРО–пооперационноготехнологического,с соблюдением нормативной ТД, и инструментального контроля с оформлением соответствующей документации
В результате исключается ремонт работоспособного оборудования и выполнение работ по ТОРО в процессе функционирования основного производства, уменьшение стоимости ремонтов и повышение эффективности планирования, учета запасных частей и инструментов (ЗИП) на складах и обслуживания оборудования до 15%. Дополнительно повышается качество работы на основном бездефектном оборудовании, обеспеченное своевременным ТОРО.
1.3. Анализ программной реализации автоматизированных систем управлением работ в службах ТОРО
В настоящее время существует целый ряд отечественных и зарубежных программных продуктов для управления процессами технического обслуживания и ремонта оборудования машиностроительных предприятий.
Для их создания отечественными и зарубежными исследователями, такими как Horst Keller, Sascha Krüger, Tanmaya Gupta, James Wood, Joseph Rupert, Kiran Bandari, Стивенс Род, Левитин А.В., Красиков И.В., Луридас Панос, Скиена С., Клеппман Мартин, разработаны оригинальные алгоритмы и программное обеспечение (ПО), послужившие основой для решения задач

межцехового и внутрицехового планирования MES-систем (систем управления производственными процессами на цеховом уровне), а также для управления процессами ТОРО: «1С: Предприятие 8. ТОиР Управление ремонтами и обслуживанием оборудования», «Турбо ТОРО», «Диспетчер», «Галактика ЕАМ», «Process Mining для ТОиР», Oracle Primavera, ERP SAP PM.
За рубежом наиболее проработанным ПО в части автоматизации процессов ТОРО является модуль SAP PM (Plant Maintenance) , функционал которого описан следующими авторами: Karl Liebstückel, Khaled Saeed Dahrog, и др.
В отечественных разработках вышеперечисленных систем реализованы следующие основные функции, касающиеся непосредственно обеспечения работ по ТОРО, это функции: хранения технической документации и истории выполненных работ, актуализации данных по оборудованию предприятия и возможность создания его 3D-моделей, планирование и отслеживание графика ППР, администрирования, управления местами хранения и запасами материально-технического обеспечения ремонтных работ, управления нарядами на ремонтные работы, включая отслеживание освидетельствований состояния оборудования после ремонтов (управление актами выполненных работ), составления отчетов. В некоторых системах реализованы функции аналитики отчетной информации и предикативного обслуживания по данным контролирования и диагностирования оборудования (Система ТУРБО ТОРО, Галактика ЕАМ, Process Mining для ТОиР). Кроме вышеперечисленного в системе Галактика ЕАМ существует возможность мониторинга ключевых показателей, позволяющих организовать временную замену оборудования, внезапно вышедшего из строя, а система Process Mining для ТОиР позволяет выполнять бюджетирование и контроль финансов, а также планировать дополнительно к ППР закупки МТО и ЗИП, отслеживая договора с контракторами. Модуль SAP PM (Plant Maintenance) является реализацией типовой модели ТОРО, определенной методологией EAM. По определению Британского института стандартов, «EAM (Enterprise Asset Management) — систематическая и скоординированная деятельность организации, нацеленная на оптимальное управление физическими активами и режимами их работы, рисками и расходами на протяжении всего жизненного цикла для достижения и выполнения стратегических планов организации» [143, 144].
EAM позволяет учитывать данные об оборудовании и его нормативном обслуживании с ведением соответствующей актуальной и «исторической» документации, данные о наработке и простоях, перемещении. Имеется возможность: разработки графика ППР и планирования сопутствующих ресурсов, включая ремонтный персонал; контроля заказов затрат и остатков; формирование нарядов и учет выполнения работ; план-фактного анализа расходов на ТОРО и т.д.
Практически все вышеперечисленные системы автоматизации процессов ТОРО в той или иной степени реализовали методологию EAM, которая позволяет сокращать затраты на ТОРО приблизительно на 25-30% за счет уменьшения количества аварий и затрат на сверхурочные работы. По данным международного агентства A.T.Kearney, [145].
Однако в этих системах план-график ППР составляется по вводу необходимых данных вручную (даты, периоды, ремонтные подразделения и оборудование, виды работ), а затраты на ППР рассчитываются автоматизировано только в части обеспечения/списания годового и месячного плана работ по ППР, т.е. все эти системы не обладают гибкостью планирования, необходимой для еженедельной и ежедневной корректировки графика ППР.
1.4. Обоснование выбранного предмета исследований.
Предметом исследования в данной диссертационной работе являются методы и средства информатизации планирования и управления 14
производственными процессами в службах технического обслуживания и ремонта оборудования и их результатами.
По результатам выполненного анализа методов управления службой ТОРО при проведении планово-предупредительных ремонтов (ППР) выявлено, что основное внимание авторы уделяли повышению эффективности основного производства, в то время как для служб ТОРО планирование работ предлагается выполнять только с учетом состояния оборудования, нормативных сроков и видов выполнения ППР. Причем предприятия обязаны составлять только годовые и месячные графики ППР. Кроме того, анализируется структура и регламент работы служб ТОРО в зависимости от размеров и специфики предприятий.
Разработана общая концепция системы ТОРО, основанная на определении состояния оборудования современными методами и средствами диагностики, показаны возможности применения процессного подхода в структуре службы ТОРО.
Однако, по результатам выполненного обзора можно сказать, что до настоящего времени недостаточно разработаны теоретические подходы к созданию методик планирования работ в службах ТОРО, позволяющих группировать заказы на ППР по станциям с учетом текущей загрузки мощностей и возможностью оптимального регулирования загрузки с применением методов многокритериальной оптимизации.
При выполнении обзора и анализа существующих систем автоматизации оперативного планирования и управления цехового уровня – MES-систем (Manufacturing Execution System) показано, что системы такого уровня предназначены для планирования, синхронизации, координации и оптимизации выполнения производственного задания цеха на основе объемно-календарного планирования, расчета необходимых для этого ресурсов и управления заказами на выпуск основной продукции предприятия. Есть возможность формирования соответствующих документов для закупок необходимых материалов и комплектующих изделий. Автоматизируется процесс создания цеховых подетальных планов производства и их контроля.
Системы управления ТОРО направлены на автоматизацию таких процессов, как учёт оборудования и выполнение регламентных работ по ТОРО, материально-техническое снабжение процессов ТОРО, учёт аварий и простоев оборудования, составление отчетов по ТОРО. [146, 147, 148, 149].
По результатам проведенного анализа сделан вывод об отсутствии в этих системах такого функционала, как выравнивание загрузки мощностей и перемещение для этого дат заказов в рамках определенного горизонта смещения. Нет такого функционала и в PM модуле ERP системы SAP, который автоматизирует процессы ТОРО на базе методологии EAM. Поэтому для еженедельной и ежедневной корректировки план-графика ППР, приходилось вручную вводить даты выполнения заказов без возможности оптимизации и выравнивания загрузки мощностей службы ТОРО, что приводило либо к авральным работам, либо к простоям.
Известно, что процессы ТОРО включают в себя разнородные технологические операции, описаны методы распределения материально- технических ресурсов для выполнения планово-предупредительных ремонтов.
Однако в нашем случае стояла задача выравнивания загрузки производственных мощностей при обслуживании дорогостоящего автоматизированного оборудования, а именно, производственной линии. Для этого необходимо принимать серию решений, зависящих от реальной производственной ситуации, рассматривать распределение заказов, сгруппированных по станциям в зависимости от периодичности технического обслуживания, длительности операций, т.е. занятости единицы оборудования (мощности единицы оборудования) и понедельной загруженности мощностей. Для программной реализации поставленной задачи, необходимо создание модели многокритериальной оптимизации процессов службы ТОРО, которая позволит выполнить необходимые расчеты и представить возможность выбора вариантов для принятия обоснованных решений по оптимальной загрузке оборудования.
Разработка модели и метода решения таких задач является основой для последующей автоматизации этих процессов и интеграции разработанного программного комплекса в PM модуль ERP системы SAP.
В вышеперечисленных работах исследованы некоторые возможности прогнозирования и анализа поломок, в модуле SAP PM реализованы функции составления графика ремонтных работ, но проблема автоматизированного изменения дат заказов на планово-предупредительный ремонт с целью равномерного распределения загрузки оборудования с учетом горизонта смещения в службах ТОРО ни в MES-системах, ни в идеологии ERP-систем, ни в EAM методологии, не рассматривалась [144].
В теоретических исследованиях такие возможности представлены без учета выравнивания загрузки мощностей и ограничения возможного изменения дат заказов (сдвигов) в рамках горизонта смещения.
1.5. Обоснование необходимости исследований в области оптимизации процессов в службах ТОРО
Недостаточное изучение методов и средств информатизации планирования и управления производственными процессами и их результатами, в частности, процессов управления распределением заказов на планово-предупредительный ремонт (ППР) с целью равномерной загрузки мощностей в службах технического обслуживания и ремонта оборудования (ТОРО) предприятий, – один из важнейших факторов недостаточной эффективности работы этих служб. Хотя процессы работы в службах ТОРО являются вспомогательными для выпуска основной продукции предприятий, тем не менее их низкая эффективность существенно влияет на сроки выпуска и качество основной продукции, а следовательно, и на ее конкурентоспособность.
Причем следует заметить, что затраты на обслуживание и ремонт в настоящее время значительно увеличиваются. Это обстоятельство можно объяснить тем, что традиционно ремонтной службе предприятий, как вспомогательному производству, выделялось финансирование по остаточному принципу, обеспечивая главным образом основное производство.
Такой же подход осуществлялся и в области информатизации, и в исследовании проблем оптимизации в практике управления процессами ремонтной службы, хотя в современной научной литературе появляется все больше публикаций, в которых находят отражение результаты теоретических и прикладных исследований в этой области [3, 8, 19, 22, 23, 24, 27, 31, 34, 35, 46, 49, 50, 55, 78, 79, 81, 82, 100, 118, 120, 126].
Применение процессного подхода. Новые международные и отечественные стандарты в областях управления качеством, управления активами и рисками имеют в своей основе процессный подход к управлению [106, 107, 108, 130, 136, 137].
Очевидно, что и в области ТОиР также можно повысить эффективность, если применять процессный подход к управлению. Многие проблемы, связанные с отсутствием формализованных процессов управления, проявляются при проектах внедрения информационных систем, а также реорганизации функционально организованных производственных процессов. Эти проблемы можно устранить, рассматривая процессы в их совокупности, когда каждый из них направлен на достижение общей конечной цели, имеет владельца процесса, управляющего необходимыми для его выполнения ресурсами, имеет одну модель с определенными целевыми показателями эффективности.
Сложность применения процессно-ориентированного подхода в ТОРО заключается в том, что сама предметная область очень сложная. На сегодняшний день нет единственно правильной модели организации этой функции, которая позволяет гарантированно получить желаемый результат. Большинство систем управления ТОРО на наших предприятиях построено и функционирует на экспертном опыте конкретных людей, которые реально знают свое оборудование и в режиме реального времени управляют работами по поддержанию его работоспособности. Очевидно, что такой подход нельзя назвать эффективным. Люди и их опыт может быть разным, уход этих людей не должен никак прерывать целостность всей системы управления, а зачастую целостность всего бизнеса.
Поэтому необходимо описать наиболее важные процессы в виде модели «как должно быть», которой должна соответствовать современная организация ТОРО. Основной проблемой при проектировании новых процессов является то, что люди, которые их проектируют, никогда в них не работали, и понять, на базе чего делать передовую систему, зачастую не могут