Главная    Конференция     Потоковый анализ технологических операций

Размещено на сайте 13.08.2008.

Потоковый анализ технологических операций

А. Ефимов

Санкт-Петербург 2008




Введение

В статье приводятся результаты первых попыток применения традиционного потокового анализа для новой области. Работа еще не закончена, в ней есть незаполненные пробелы, возможно, другие огрехи.

Поэтому предлагается рассматривать ее как базу, отправную точку для дальнейшего обсуждения и развития инструмента.

Суть предложения

Для расширения возможностей потокового анализа предлагается использовать его для постановки и решения задач по совершенствованию  как технологических процессов, так и технических систем по параметру производительность, путем сокращения времени выполнения цикла технологических операций.

Исходная ситуация

В настоящее время целью потокового анализа является в основном обеспечение более рационального расходования энергии, вещества и информации, повышение соотношения полезного результата к затратам. Поэтому традиционный потоковый анализ выполняется по отдельности для каждого из трех видов потоков [1]:

·         Вещества;

·         Энергии;

·         Информации.

Для каждого вида потока его оптимизация проводится по параметру, характеризующему количество рассматриваемого движущегося объекта (вещества, энергии или информации). В отдельных случаях может проводится анализ только одного или двух указанных видов потоков.

Подразумевается также, что для каждого из трех указанных объектов рассматривается в основном его поток в пространстве.

Краткое обоснование

Термин "проводимость", достаточно широко употребляемый в потоковом анализе, по своей сути подразумевает некие временные характеристики потоков, что делает возможным использование этого вида анализа и для рассмотрения и оптимизации потоков во времени.

В этом случае, независимо от движущегося объекта, составляющего рассматриваемый поток, оптимизация может проводится по единому для всех потоков параметру - "время". Это делает возможным рассматривать все виды потоков как единое целое, которое далее в данной статье будет условно называться "поток технологических операций".

С одной стороны такое объединение представляется достаточно обоснованным так как любая технологическая операция представляет собой объединение потоков вещества, энергии и информации. 

С другой стороны это объединение разных видов потоков в один позволит наиболее полно учесть и использовать преобразования и взаимодействие не только однородных по движущемуся объекту, но и разнородных потоков, что усилит эффективность этого инструмента.

Особенности предлагаемого метода

Термины и определения

Формулировка самого закона для его использования для потоков операций не требует каких-то изменений: " Закономерность развития технических систем, содержащих потоки вещества, энергии и информации, заключающаяся в том, что в процессе развития происходит повышение эффективности использования этих потоков". Предлагается лишь несколько расширить трактовку повышения эффективности, понимая под этим в частности и сокращение длительности этих потоков во времени.

В анализе потоков операций используются практически все основные термины традиционного потокового анализа [1] с небольшими изменениями формулировок определений некоторых из них (Таблица 1)

Таблица 1 Термины и определения

Термин

Определение

Поток технологических операций

Совокупность технологических операций, составляющих технологический процесс, или процесс функционирования технической системы, характеризуемая длительностью и взаимным расположением операции во времени (последовательное/поочередное или параллельное/одновременное)

Вредный поток

Скорее всего понятия "вредный поток технологических операций" быть не должно (по аналогии с понятием "вредная технологическая операция" в функциональном анализе процессов)

Бутылочное горлышко

Технологическая операция, имеющая производительность, меньшую чем у остальных операций, выполняемых с ней последовательно, или имеющая продолжительность, большую чем у остальных операций, выполняемых с ней параллельно

Застойная зона

Потери времени, связанные с паузами в выполнении одной или нескольких технологических операций и вызванные наличием Бутылочных горлышек в параллельно выполняемых операциях

Паразитный поток

Потери времени, связанные с простоем сразу во всех операциях, вызванные внешними / надсистемными факторами (такими, например, как недостаточная  производительность надсистемной операции поставки сырья)

Серая зона

Операция, в которой влияние технологических параметров на её производительность не поддается расчету и в которой эти параметры обычно подбирают эмпирически

Механизмы закона применительно к потокам технологических операций

При анализе исходного технологического процесса или исходной ТС, а также при решении задач по совершенствованию объекта анализа применимы почти все основные механизмы традиционного потокового анализа [1] с некоторыми уточнениями в отдельных случаях (Таблица 2) 

Таблица 2 Механизмы закона применительно к потокам операций

Механизм закона

Комментарий

Повышение проводимости полезных потоков

Снижение количества преобразований потока

Так как любые преобразования потоков опасны потерями не только вещества и энергии, но и времени, механизм в полной мере применим и для потоков операций

Преобразование потока

Переход от операций с низкой производительностью к более производительным

Сокращение длины потока

Переход от последовательного к параллельному выполнению операций

Устранение "серых зон"

Классический пример с ловлей рыбы [1] характеризует и сокращение времени процесса

Устранение "бутылочных горлышек"

Увеличение производительности операций, которые "тормозят" весь процесс

Повышение проводимости отдельных звеньев потока

Сокращение продолжительности/повышение производительности  выполнения отдельных операций

Повышение удельных характеристик потока

Классический пример с перекачкой газа [1] под давлением иллюстрирует повышение производительности

Придание потоку функций другого потока

Если операция дополнительно берет на себя функции другой операции без увеличения длительности выполнения, вторая становится ненужной и суммарная производительность увеличивается

Полезное действие потоков друг на друга

Классический пример с термоэкструзией [1]   иллюстрирует повышение производительности экструзии

Полезное действие потока на проводящий тракт другого потока

Одновременное (параллельное) выполнение нескольких операций при котором поля или вещества, образующиеся в результате одной операции позволяют сократить время выполнения другой / остальных

Использование одного потока в качестве переносчика второго

Для потоков операций, возможно, этот механизм аналогичен механизму "Придание потоку функций другого потока"

Передача нескольких однородных потоков по одному каналу

Похоже, для потоков операций не применим

Модификация потока для повышения проводимости

Для потоков операций, возможно, этот механизм аналогичен механизму "Преобразование потока"

Полное или частичное выведение потока за пределы системы

Например, повышение производительности за счет использования готовых комплектующих, поставляемых извне

Повышение эффективности использования полезных потоков

Устранение "застойных зон"

Устранение простоев в технологическом процессе за счет устранения бутылочных горлышек или изменения последовательности выполнения операций

Переход к импульсным воздействиям

Классические примеры [] показывают различные способы повышения производительности процесса

Использование резонанс1а

Модулирование потока

Использование градиентов

Сложение нескольких однородных потоков

Запараллеливание операций - вместо одной операции с высокой производительностью - несколько однотипных, менее производительных, но выполняемых одновременно

Многократное использование потока (сложение потока с самим собой)

Похоже, для потоков операций этот механизм не применим

Использование двух разнородных потоков для достижения синергетического эффекта

Возможно, классический пример с уничтожением спор сибирской язвы [1] иллюстрирует возможность сокращения длительности процесса за счет одновременного выполнения двух разнородных операций (нагрева и химической обработки)

Предварительное насыщение оперативной зоны веществом, энергией и информацией

Например, предварительная изоляция основной части каждой трубы, с тем, чтобы при сборке трубопровода изолировать только стыки после их сварки

Снижение интенсивности потоков информации за счет перехода к саморегулирующимся процессам

Похоже, для потоков операций этот механизм не применим

Практический Пример выполения анализа потоков операций

Описание исходного технологического процесса

Требуется повысить производительность конвейерного технологического процесса, в ходе которого очень длинное непрерывное изделие проходит последовательную обработку на нескольких рабочих станциях, работающих одновременно.

Каждая станция выполняет одну или несколько операций на неподвижном изделии, после чего изделие перемещается на расстояние равное расстоянию между станциями (Figure 1).

Figure 1 Схема технологического процесса. 

Анализ потоков операций

При потоковом анализе исходного процесса были построены две различные модели, характеризующие рассмотрение процесса с двух разных точек зрения:

· Одна линейная цепочка операций, выполняемых последовательно, одна после другой над одним элементом изделия в процессе перемещения его с одной станции на другую (Figure 2);

· Несколько параллельных цепочек операций, выполняемых одновременно в каждый момент времени на всех рабочих станциях (Figure 3).

Figure 2.  Модель в виде цепочки последовательно выполняемых операций

В результате анализа были выявлены следующие недостатки исходного процесса:

  • Процесс содержит большое количество преобразований потока:

    ·  операции перемещения изделия многократно чередуется с операциями изготовления (Figure 2);

    ·  большое количество фаз разгона и торможения изделия, из которых состоят операции перемещения, существенно снижают среднюю за полный технологический цикл скорость перемещения и увеличивают его время;

    ·  при выполнении однотипных операций "Шов 1", "Шов 2", "Шов 3" производится установка оборудования (операции "У" Figure 2) перед каждой из них и снятие оборудования ("С") после окончания каждой до начала операции очередного перемещения;

  • В процессе имеется "Серая Зона" - операция обмазки, для которой не выявлена количественная зависимость длительности протекающих в ней процессов от основных рабочих параметров и для которой эти параметры были подобраны эмпирически;

  • Процесс, объединяя в себе как последовательную, так и параллельную организацию потоков операций, вобрал в себя все недостатки, присущие каждой из этих схем:

    ·  Наличие потоков большой длинны как при последовательной схеме (Figure 2);

    ·  Наличие "Бутылочных горлышек" в виде операции "Шов №3", имеющей наибольшую продолжительность, как при параллельной схеме (Figure 3);

    ·  Как для параллельной схемы в процессе выявлены застойные зоны, выделенных пунктирными овалами (Figure 2 и Figure 3), в которых на всех рабочих станциях, кроме третьей, происходит простой в ожидании завершения работы на станции № 3 и очередного перемещения изделия

Figure 3.  Модель в виде нескольких параллельных цепочек

Решение выявленных проблем с помощью механизмов потокового анализа

Использование некоторых механизмов потокового анализа позволило найти решения проблем, выявленных в ходе анализа.

Ниже (Таблица 3, Figure 4 - Figure 6) приводится краткий обзор основных использованных механизмов и некоторых, полученных с их помощью решений

Таблица 3 Основные решения, полученные с помощью механизмов закона

Использованные механизмы закона

Полученные решения

Рис.

Устранение "Застойных зон"

Для устранения или существенного сокращения длинны "застойных зон" предлагается устранить выявленное "бутылочное горлышко" в виде операции "Шов 3", имеющей наибольшую продолжительность. Для этого в с вою очередь предложено преобразовать поток этой операции так чтобы повысить её проводимость. Указанные механизмы реализованы путем замены используемой технологии выполнения операции на найденную новую, более производительную

Figure 4 Устранение "Бутылочных горлышек"

Преобразование потока (модификация потока для повышения проводимости)

Повышение проводимости отдельных звеньев

Устранение  "Застойных зон"

На рабочей станции выполнять все операции последовательно и перемещение изделия производить один раз после окончания всего полного технологического цикла

Figure 5 Снижение количества преобразований потока

Сложение нескольких однородных потоков

Оставить исходное количество рабочих станций, каждая из которых выполняет все операции технологического цикла, а перемещение изделия производится один раз  за цикл, но сразу на величину, равную расстоянию от первой станции до последней

Сокращение длины потока

Перейти от последовательного выполнения операций изготовления и перемещения изделия к параллельному

Figure 6

Figure 4.  Сокращение длинны "Застойных зон" путем модификации потока для повышения его проводимости

Figure 5.  Полное устранение всех "Застойных зон", снижение преобразований и сложение однородных потоков

Figure 6.  Одновременное изготовление и перемещение изделия

Использованная литература

1. А. Любомирский, С. Литвин ЗАКОНЫ РАЗВИТИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ - 2003

В тексте сохранены авторская орфография и пунктуация.


Главная    Конференция     Потоковый анализ технологических операций