Библиотека управления

Управление производственными системами и процессами

Мизюн Владимир К.т.н., доцент кафедры менеджмента организации Издательство СНЦ РАН

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Предпосылки, системные основы и отличительные характеристики традиционной модели организации производства и управления

Глава 2. Современная концепция гибких потоков автомобильного концерна Тойота

Глава 3. Интегрированные производственные системы

Глава 4. Интеллектуальная оценка качества организации и эффективности производственных систем

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Сегодня в эпоху постиндустриального развития мировой экономики сфера материального производства претерпевает значительные по своей масштабности перемены связанные с полной заменой способов и технологий изготовления продукции; происходит смена фундаментальных понятий, обосновывающих методы организации производства и управления промышленными предприятиями. Громоздкое и расточительное индустриальное производство товаров массового потребления стремительно вытесняется новой концепцией поточного изготовления продукции под заказ, получившей название «бережливого производства» (lean production). Она позволяет сплотить усилия всех работников предприятия, от высших руководителей до операторов автоматических линий и поставщиков комплектующих, соединить их в единое интегрированное целое — гибкую производственную систему, способную своевременно и адекватно реагировать на рыночный спрос, а также многократно увеличить производительность труда и объемы выпуска товаров на имеющихся производственных площадях, повысить их качество, снизить энергоемкость и стоимость изготовления.

Основные идеи и принципы нового подхода к организации производства и управления настолько противоположны традиционным формам и моделям ведения хозяйственной деятельности, которые укоренились в сознании людей действующих во всех областях экономической жизни страны, что просто бессмысленно надеяться кардинально исправить ситуацию без активной согласованной позиции со стороны правительства, бизнеса и академической науки, которые призваны оказать влияние на изменение прежней идеологии управления промышленным производством. Примером такой кооперации служат крупномасштабные исследования, осуществленные в период 1985–1990 гг. в рамках Международного автомобильного проекта (МАП). Исследования выполнялись на базе Масачуссетского технологического института с участием ученых, специалистов-практиков и руководителей компаний всех уровней, а также представителей финансовых кругов при поддержке правительства США и др. индустриально развитых стран мира. Подобного рода отечественные проекты могут стать идеальной платформой для создания инновационных центров технологического развития в стратегически важных регионах России, а также предоставить возможность ученым и инженерам национальных исследовательских университетов и лабораторий взять на себя ведущую роль в реформировании крупных предприятий и комплексов промышленности. Обладая необходимыми знаниями, они способны экстрагировать универсальные принципы и опыт внедрения современного высокотехнологичного производства из существующей зарубежной практики их освоения и применения, оказать квалифицированную помощь руководству и специалистам отечественных предприятий при внедрении организационных новаций, посредством подробного и наглядного описания логики, технологий и инструментов новой системы производства.

Медлительность или отказ от использования модели адаптивного саморегулируемого производства будет постепенно снижать конкурентоспособность многих когда-то успешных отечественных компаний — производителей наукоемкой продукции, сводя на нет инновационный потенциал их новейших инженерных разработок и финансовые возможности. В этой связи крайне важно, чтобы универсальные идеи и преимущества новых технологий и методов организации производства не были отвергнуты собственниками и руководителями отечественных предприятий, а отказ от их реализации не отодвинул технологическое развитие промышленности России как минимум на ближайшее поколение. Вполне очевидно, что создание способствующей этому рабочей атмосферы требует наличия высокого уровня технического обучения и управленческой подготовки практических работников, полноценного финансирования фундаментальных научных исследований и прикладных инженерных разработок, оживления и развития промышленного производства, осуществляемых в рамках национальной промышленной политики. Только при таких условиях все инновационные идеи и технологические разработки будут быстро внедряться в хозяйственную практику наиболее активными предпринимателями, и в дальнейшем копироваться и развиваться другими участниками экономической деятельности.

Конструктивным шагом, предпринятым в этом направлении, является предлагаемая вниманию научной общественности и практических работников настоящая монография, в которой проведено детальное системное исследование современных подходов в организации управления высокотехнологичным интегрированным машиностроительным производством, на примере автомобильной отрасли, описаны инновационные методы регулирования сложных производственных процессов с использованием новейших информационных технологий. В монографии систематизированы и обобщены итоги многочисленных междисциплинарных изысканий в области теории организации и управления, направленных на поиск новых возможностей повышения эффективности промышленного производства. Представленные результаты исследований прошли апробацию в академической среде, а также на действующих промышленных предприятиях Самарского региона, в частности на заводе по производству силовых трансформаторов, опытном производстве технологического оборудования и оснастки ОАО «АвтоВАЗ» и др. производственно-коммерческих организациях г. Тольятти, с руководством и главными специалистами которых удалось выстроить механизм взаимодействия и обратной связи, позволивший учесть мнение и конструктивные замечания ведущих специалистов-практиков по ходу ведения исследовательской работы.

Издание представляет интерес для научных работников, преподавателей, аспирантов и студентов вузов различных прикладных специальностей, а также руководителей и специалистов корпораций, банков и государственных ведомств, осуществляющих масштабные инвестиции в промышленность, а также всех кто интересуется проблемами современной организации производства и управления предприятиями.

ВВЕДЕНИЕ

Каждой ступени развития общества соответствует определенный способ организации материального производства и управления экономикой, эффективность которой определяется уровнем развития техники, производственных технологий и общественно-экономических отношений, позволяющих наиболее рационально сочетать во времени и пространстве располагаемые обществом ресурсы (людей, средства и предметы труда) для производства необходимых товаров и услуг. На сегодняшний момент в данной сфере предметной деятельности накоплено достаточно знаний, которые отражены в многочисленных трудах нескольких поколений ученых и составляют фундаментальные положения классической теории и практики организации производства. Тем не менее, исторический опыт развития промышленности объективно показывает, что в условиях смены общественных формаций, непрерывного совершенствования товаров и технологий их изготовления, — интересы практики требуют всестороннего анализа и пересмотра устоявшихся научных взглядов и опыта с целью поиска более эффективных моделей организации производства и управления предприятиями [37, 130, 132]. Технологические новшества и следующий за ними скачек в экономическом развитии возникают при наличии противоречий в обществе которые не могут быть разрешены привычными, хорошо освоенными средствами. Это справедливо и для высокотехнологичного машиностроительного производства — важной стратегической составляющей инновационной экономки будущего.

Сегодня, в реалиях XXI века, становится очевидным тот факт, что традиционная система индустриального производства не способна обеспечить устойчивое и гармоничное развитие национальной и мировой экономики. Массовое/крупносерийное машиностроительное производство, рассчитанное на стабильный выпуск узкой номенклатуры продукции, изживает себя в условиях растущей конкуренции на внутреннем и мировом рынках. Сохранение наукоемкого машиностроения требует реализации инновационной стратегии развития адаптивных/реконфигурируемых производственных систем, с высоким уровнем приспособляемости (гибкости структуры и компоновки) систем машин к изменяющемуся рыночному спросу, позволяющих изготавливать широкую гамму сложной технической продукции с постоянно обновляемым модельным рядом. Применение систем машин нового поколения с автоматически реконфигурируемой структурой позволяет широко использовать параллельную организацию работ на различных этапах и стадиях производства, что существенно повышает эффективность работы машиностроительного предприятия, но при этом требует точной координации взаимодействия различных элементов производственной системы. Возникла объективная необходимость пересмотра подходов к организации и управления отраслями и предприятиями машиностроительного комплекса, поскольку образуются противоречия между меняющимся содержанием хозяйственной деятельности и отстающими по темпам совершенствования методами и инструментами менеджмента предприятий, объединений и ассоциаций.

Разработанные в период директивной экономики подходы к организации производства и управления хозяйственными образованиями в промышленности практически полностью утратили эффективность в условиях рынка, а новые еще только формируются. Становится особенно актуальной задача формирования принципиально новой теоретической и методологической базы производственного менеджмента, совершенствования существующих и разработки инновационных механизмов, методов и технологий проектирования и эффективного/оптимального регулирования технологических процессов, позволяющих повысить качество организации и эффективность работы промышленных предприятий, определяющих в конечном итоге результаты экономических реформ. Актуальность этой проблемы подтверждается бурным развитием за рубежом систем поддержки жизненного цикла продукции (Continuous Acquisition & Life cycle Support / CALS — технологии), предполагающих непрерывное совершенствование изделий и технологий по их изготовлению, а также внедрение новых организационных методов управления и технологий информационной поддержки проектных и оперативноуправленческих решений. Данные технологии преимущественно ориентированы на гибкое высокотехнологичное производство с широким использованием автоматических систем машин и сложных технологических процессов. В связи с этим, начиная с 1990-х гг. прошлого столетия, доминирующее значение в научных разработках проблем организации производства и управления промышленными предприятиями мировой новизны занимают работы по созданию интегрированных адаптивных производственных систем и интеллектуальных технологий управления следующего поколения (Reconfigurable/Intelligent Manufacturing Systems RMS/IMS). Это направление исследований получило в 1990-х г. широкий мировой резонанс в ответ на реальные потребности промышленности и сегодня выполняется крупными международными консорциумами по инициативе правительств ведущих индустриально развитых стран: ЕС, США, Канады, Японии, Кореи, Австралии, Швейцарии, в целях обеспечения выживания и повышения конкурентоспособности промышленных предприятий на мировых рынках и, как следствие, устойчивого развития национальной экономики. По этой проблематике регулярно проводятся крупные международные форумы и конференции, посвященные вопросам повышения технологической гибкости и интеллектуализации существующего поточного роботизированного производства и создания в будущем, на стыке промышленных и информационных технологий, нового поколения реконфигурируемых производственных систем с параллельными технологическими процессами.

В нашей стране разработки по данной проблематике находятся на этапе теоретического поиска и осуществляются рядом исследовательских центров в Москве, Санкт-Петербурге, Самаре и других городах в рамках междисциплинарных исследований в области организационного проектирования и управления, кибернетики, инженерной психологии, экономико-математического моделирования динамических объектов и процессов, автоматизации производства. Лидирующие позиции в этом системотехническом направлении организационных исследований занимают ведущие ученые институтов и региональных подразделений РАН, в частности: В. Л. Арлазаров, Осипов Г.С., Афанасьев А.П. (Институт системного анализа, Москва); Городецкий В.И. (Институт информатики и автоматизации, СанктПетербург); Виттих В.А., Скобелев О.П., Скобелев П.О. (Институт проблем управления сложными системами, Самара) и др. К сожалению, большинство теоретических исследований и прикладных разработок российских ученых традиционно реализуется в рамках узкотехнического (прагматического) подхода к решению проблем организации управления социальноэкономическими системами и сложными производственно-техническими комплексами. Очевидным недостатком таких изысканий является объективная ограниченность применяемого разработчиками аппарата формальной логики и математического программирования, используемых для отображения сложных динамических систем, к которым относится современное интегрированное машиностроительное производство. Существующие методы и средства моделирования дают неполное представление о потенциальных возможностях изучаемых элементов (объектов и процессов) интегрированного производства по причине отсутствия адекватного аппарата имитации процессов в машинной среде. Из этого вытекает сопутствующая проблема вузовской подготовки специалистов в области создания и эксплуатации гибких производственных систем, важную роль в процессе обучения которых занимает компьютерное моделирование сложных процессов функционирования гибкого производства. В настоящее время в российских научных изданиях по данной тематике публикуется относительно небольшое количество работ, нерегулярное появление которых свидетельствует об отсутствии должного внимания к обеспечению конкурентоспособности и эффективности промышленного производства, недостаточной проработанности этой важной научнотехнической проблемы. Несмотря на наличие данных работ, в настоящее время окончательно не сформировались концепция и принципы организации эффективного управления бизнес-процессами в интегрированном производстве, что требует проведения теоретических и прикладных изысканий в данном направлении. Исследование различных сторон организации производства в нашей стране и за рубежом осуществляется уже не одно десятилетие. Однако до сих пор нет единой теории системной организации производства, в отсутствие которой предпринимаются попытки выделения и фрагментарного анализа отдельных составляющих данной предметной области, и усовершенствования на этой основе формальных методов проектирования и реализации процесса изготовления продукции. По мнению известных ученыхэкономистов современная наука организации производства находится на стадии систематизации и концептуального осмысления накопленных знаний, начиная от ее зарождения и до настоящего времени, необходимых для адаптации производственных систем предприятий в новых условиях постиндустриального периода развития мировой экономики [131].

С этой целью в первой главе раздела подробно описан период становления, отличительные черты и недостатки системы массового производства конца XIX — начала XX вв., которые, в конечном счете, стали причиной поиска путей их преодоления и возникновения следующего технологического скачка в развитии промышленности — создания и внедрения в практику японским автосборочным концерном Toyota гибких производственных технологий. Исследование генезиса, основ организации и управления системы гибкого производства, создание которой было завершено в Японии в 1960-х годах, а также практики ее внедрения на зарубежных и отечественных предприятиях индустриального типа, — представлено во второй главе. Здесь также рассмотрены вопросы динамической балансировки планов, ресурсов и производственных процессов машиностроительного предприятия. Данный материал представляет интерес для практических работников, занимающихся вопросами современной организации высокотехнологичного производства. Третья глава посвящена анализу перспективных промышленных технологий — высокотехнологичного компьютерно-интегрированного (адаптивного) производства и интеллектуальных систем управления, которые развивают концепцию гибких потоков и позволяют преодолеть ограниченность сферы ее применения. В четвертой заключительной главе монографии представлена интеллектуальная оценка уровня организации и эффективности производственной деятельности предприятия, включающая методологические основы, критерии качества и методы идентификации состояния производственных систем, а также методику обоснования экономической эффективности организационных нововведений с использованием интеллектуального графоаналитического подхода, понятного специалистам и неразрывно связанного с практикой организации производства.

Глава 1. Предпосылки, системные основы и отличительные характеристики традиционной модели организации производства и управления

1.1. Предпосылки возникновения

Предпосылки возникновения крупного промышленного (индустриального) производства были заложены в период первоначального накопления капитала (см.: эпоха чистого капитализма), сначала в торговых городах Италии и Голландии, где в 14–15 вв. возникло кустарное производство потребительских товаров (мануфактура), затем после 16 в. в Англии и Соединенных Штатах Америки. Освоение европейцами обширной территории американского континента, богатого плодородными землями и другими природными ресурсами требовало большого количества рабочей силы, дефицит и соответствующее увеличение стоимости которой создавали потребность в замене живого труда машинами1. Решению этой задачи способствовало открытие наукой электрической и новых источников тепловой энергии (основным из которых стала нефть), а также изобретение способов их преобразования в механическое движение приводов машин и созданию на этой основе высокопроизводительных станков, промышленного оборудования и транспорта. Однако очевидные на тот момент недостатки кустарного способа их производства сдерживали экономический рост и требовали поиска новых подходов к организации предметной деятельности и производственноэкономических отношений. В таких условиях становится выгодным (экономически целесообразным) создание крупномасштабного производства машин и, прежде всего, автомобилей, рациональные принципы организации которого впервые удалось, систематизировать, описать и применить на практике талантливому американскому инженеру и предприимчивому промышленнику Г. Форду (1863–1947). В конечном итоге, интенсивное развитие производительных сил и производственно-экономических отношений в американском обществе обеспечило доминирующе положение США в мировой экономике на долгие годы.

Основу классической системы кустарного производства автомобилей, широко распространенного в странах центральной Европы, составляли мастераумельцы, которые хорошо знали свойства различных материалов и способы их обработки, детально понимали принципы конструирования машин и были способны создавать и изготавливать автомобили ручной сборки в небольших количествах. Большинство из них являлись владельцами небольших механических мастерских, функционировавших в качестве независимых поставщиков комплектующих в составе специализированных автомобилестроительных компаний, которые заказывали у них конструкторские работы, дизайн, а также необходимые детали, и самостоятельно несли ответственность за сборку конечного продукта. Отличительная особенность этой системы заключалась в отсутствии стандартизованных деталей и измерительных инструментов, а также точного оборудования для обработки металла, что влекло за собой необходимость трудоемкой подгонки деталей на этапе финишной сборки и доводки машин, которые существенно повышали их стоимость и сдерживали рост объемов производства2. В данных обстоятельствах производители концертировали свое внимание на обеспеченных заказчиках, которых, прежде всего, интересовали не стоимость, удобство управления и простота обслуживания, а ходовые качества, скорость и особые индивидуальные черты автомобиля, изготовленного в соответствии с их пожеланиями. Кустарное производство машин по индивидуальным заказам, сохранившееся в Европе до наших дней, вполне отвечало ограниченным потребностям автомобильных рынков европейских стран, небольшие и скудные на ресурсы территории которых, были густонаселенны и хорошо освоены3.

Естественно, что для огромного развивающегося североамериканского континента кустарный способ производства товаров был неприемлем, поскольку растущая экономика Соединенных Штатов требовала большого количества доступных по цене товаров, средств их производства и доставки, для изготовления которых в промышленных масштабах к этому моменту были накоплены необходимые знания, технологии, капитальные и финансовые ресурсы. К тому времени, когда сложилась общая конструктивная концепция автомобиля — кузов/рама, четыре колеса, двигатель внутреннего сгорания, трансмиссия, рулевая колонка управления и тормозная система, промышленность достигла технологической зрелости, ставшей основой новых идей и принципов производства. Поиск путей преодоления проблем, содержащихся в основе кустарного способа производства, осуществлялся по мере концентрации производительных сил в виде крупных заводов и фабрик, а также развития инженерных и общественных наук. Питательной средой взрастившей передовые достижения американской техники и технологий были промышленные предприятия, работой которых управляли инженеры. Так, например, известный американский изобретатель Э.Уитни (1765–1825 гг.) организовал производство хлопкоочистительных машин, впервые применив принципы рациональной организации процесса их изготовления: взаимозаменяемости деталей, специализации, конвейерной сборки и контроля качества. Английский математик, автор трудов по теории функций механизации счетных операций в экономике Ч.Бебидж (1791–1871) развил идеи Э.Уитни до уровня организации управления промышленными предприятиями: разделение труда в управлении, механизация производства, контроль над издержками и учет влияния внешней среды. И все же, основные идеи и принципы модели массового производства и потребления, применяемые на многих промышленных предприятиях по настоящее время, были окончательно сформулированы лишь в конце 19 века основателями школы научного управления Ф. Тейлором (1856–1915), А. Файолем (1941–1925), их учениками и последователями, внесшими существенный вклад в промышленное развитие мировой экономики [137, 173]4. Материальным воплощением этой модели стали автомобильные заводы Г.Форда (1863–1947), на которых примененные им технологические новшества и инженерные решения позволили значительно снизить себестоимость, улучшить качество и эксплуатационные характеристики машин [138, 161]. Ключевыми факторами революционных изменений сначала в американской автомобилестроительной области, а затем и во всем мировом машиностроении стали простота конструкции, взаимозаменяемость деталей и технологичность сборки машин — новшества, сделавшие возможным применение механизированных сборочных линий (конвейеров) в промышленных масштабах5.

Взаимозаменяемость деталей достигалась использованием единой системы измерений для изготовления унифицированных деталей на всем протяжении производственного цикла, а также применением новейших на том момент высокопроизводительных точных (прецизионных) металлорежущих станков и мощных штампов, способных обрабатывать закаленную сталь. В дополнение к этому Г.Форд разработал конструкцию машин, которая позволяла снизить необходимое количество деталей и сделать их более простыми (технологичными) для сборки6. Это позволило не только сократить сроки, но и увеличить масштабы выпуска продукции, за счет вовлечения в процесс производства большой массы неквалифицированных рабочих, каждый их которых выполнял только одну операцию на сборке, переходя от машины к машине по всему сборочному цеху. Узкая специализация давала большой рост производительности труда, потому, что быстро и полностью овладевший одной операцией рабочий, мог выполнять ее по времени гораздо быстрее, просто устанавливая точно подходившие детали без их подгонки и доводки узлов . Вовлечение в производство сложной технической продукции большого количества малообразованных рабочих, не имевших полного представления о том, как устроен автомобиль и процесс его изготовления, многие из которых были эмигрантами и почти не общались между собой из-за того, что плохо говорили на английском, — потребовало централизации функций технического развития, планирования, материального обеспечения, управления ходом работ и контроля качества сборки автомобиля, которые были делегированы профессионалам нового типа — инженерам (конструкторам, технологам, механикам-наладчикам, инженерам по качеству и т.д.). Их труд по мере усложнения техники и процесса ее изготовления также претерпевал все более подробное разделение, в результате которого возникла вертикальная система централизованной инженерной подготовки, сквозного планирования и регулирования производства, а также свойственные ей неразрешимые проблемы бюрократизации управления. В соответствии с разработанной Г.Фордом парадигмой конвейерной сборки автомобилей рабочие стали (аналогично машинам) взаимозаменяемыми исполнительными компонентами технологического процесса, выполняющими простейшие операции, лишенными возможности участвовать в организации и регулировании процесса производства и, соответственно, оказывать влияние на его результаты. Эти функции (инженерной подготовки, обеспечения, регулирования и совершенствования процесса производства) были переданы вспомогательному персоналу, бригадирам и инженерам-технологам. Последние в соответствии с принципом разделения труда, передавали свои предложения и находки на следующий, более высокий уровень менеджмента, который вынужден был согласовывать свои решения с вышестоящими инстанциями и т.д. Так появилась сложная бюрократическая система вертикального управления, в которой была занята целая армия узкоспециализированных работников ничего не добавлявших к стоимости автомобиля, а также возникла проблема эффективности управления (потери управляемости) крупными промышленными предприятиями и корпорациями, которая является естественным и неизбежным следствием специализации/разделения инженерного труда в условиях роста сложности и масштабов производства8.

Заключительным этапом совершенствования процесса массового промышленного производства машин стала механизированная доставка/подача конвейером деталей и узлов к рабочим местам сборочных линий, которая устраняла непроизводительные потери времени и уменьшала количество человеческих усилий/труда, затрачиваемого на сборку автомобиля9. Проверка качества сборки осуществлялась в конце линии, где специальная группа слесарей выполняла доводку автомобиля10. Комбинация всех этих конструкционно-технологических и рыночных преимуществ позволила корпорации Форда стать лидером мировой автомобильной промышленности конца XIX — начала XX вв. Отдавая должное оригинальности технологических нововведений в процесс производства автомобилей на заводах Г.Форда, необходимо также отметить рыночно-ориентированную направленность его продукта (серийной модели «Т» черного цвета, 1908 года) на массового потребителя. Автомобили Форда были рассчитаны на мелких фермеров и предпринимателей, которые в развивающейся наполовину аграрной Америке 18–19 вв., составляли подавляющее большинство платежеспособного населения, а также обладали навыками ремонта машин и минимальным комплектом инструментов, необходимых для технического обслуживания сельскохозяйственного и иного оборудования. Почти каждый из них мог управлять автомобилем и ремонтировать его без специальной подготовки и технический базы, отказавшись от услуг шофера и механика. Внешний вид и небольшие дефекты в подгонке деталей при сборке не беспокоили эту категорию покупателей, так как простота конструкции автомобиля и прилагаемая инструкция по эксплуатации, позволяли самостоятельно устранить неисправности. При этом все же необходимо учитывать, что заводы Форда создавались и работали в отсутствии жесткой конкуренции на мировом рынке автомобилестроения, поскольку европейские фирмы, выпускавшие эксклюзивные автомобили на заказ, попросту проигнорировали развивающийся американский рынок массового потребителя XIX в.

Однако в современных условиях конкурентного рынка модель массового/ индустриального производства, прочно вошедшая в сознание ученых и практиков через систему инженерного образования, постепенно теряет свои преимущества. Более того, она становится естественным препятствием на пути структурной перестройки и технологической модернизации отечественного машиностроения, его перехода на передовые методы организации высокотехнологичного гибкого интегрированного производства. Как будет показано ниже, причины несоответствия индустриального способа производства современной экономической реальности, его проблемы, противоречия и недостатки заключаются в исторически сложившемся сочетании непрерывности процесса поточного производства (за счет снижения технологической гибкости) и централизации управления его ходом, которое осуществляется на промышленных предприятиях инженерно-техническими работниками посредством известной процедуры планирования и диспетчирования [25]11.

1.2. Системотехнические основы и отличительные характеристики

После того как был достигнут значительный рост производительности труда на сборочных заводах, Форд приступил к воплощению идеи и принципов непрерывного производства (в современной англоязычной терминологии потока создания ценности) в механообрабатывающих цехах, которые занимались изготовлением деталей. Поскольку в условиях развивающейся автоиндустрии и монопольного положения заводов Форда спрос на их продукцию, как правило, превышал производственные возможности и был стабилен на протяжении длительного времени (1908–1955 гг.), — появилась потребность в массовом изготовлении недорогих комплектующих (автокомпонентов). По аналогии с разделением труда на сборочных заводах сложный процесс производства деталей расчленялся на множество простых деталеопераций (элементов работ). Операции в свою очередь закреплялись за строго определенными рабочими местами и станками, что обеспечивало непрерывную повторяемость их выполнения, и, следовательно, полную загрузку оборудования, которая, наряду с совершенствованием трудовых навыков рабочими, приводила к росту производительности (интенсивности) труда и наиболее эффективному использованию производственных фондов. Поскольку это исключало необходимость в использовании переналаживаемых станков и оснастки универсального назначения, широко применявшихся в кустарном производстве, Г.Форд отказался от применения малопроизводительного многофункционального оборудования, изготовив специальные станки, которые выполняли только одну операцию12.

В дополнение к этому, поскольку Форд производил только одну модель автомобиля, такие станки стали выстраивать в технологическую цепочку в соответствии с последовательностью выполняемых технологических операций аналогично конвейеру, что создавало условия организации непрерывного потока изделий, перемещающихся в ходе производственного процесса от одной технологической операции к другой. В отличие от индивидуального (ремесленного) производства, такой подход к организации промышленной деятельности значительно упрощал процесс изготовления автокомпонентов, что позволяло существенно сократить потери и общее время изготовления продукции (рис. 1.1).



Рис. 1.1. Цепное расположение оборудование по ходу производства

Введенные Г. Фордом в процесс механообработки организационнотехнологические новшества в дальнейшем послужили фундаментом для формирования и совершенствования универсальных принципов рациональной организации промышленного производства (непрерывности, параллельности, прямоточности и ритмичности технологического процесса), возникновению и развитию его различных типов (непрерывно-поточного, серийного и единичного), специфика которых и обусловливает возникновение проблем и противоречий индустриальной экономики на современном этапе развития производительных сил и отношений в обществе, что, соответственно, требует их более подробного рассмотрения.

Поточные методы организации производства

Последовательное (цепное) расположение рабочих мест по ходу технологического процесса в непосредственной близости друг от друга позволяет перемещать детали между смежными операции мелкими партиями (3–5 шт.) или поштучно с помощью специального межоперационного (самодвижущегося и гравитационного) транспорта, а также механизировать/автоматизировать стандартизированные процессы обработки, загрузки/выгрузки и транспортировки предметов труда. Выравнивание продолжительности (синхронизация) операций по времени путем подбора пропорционального количества рабочих мест и мощности оборудования в соответствии с трудоемкостью обработки предметов труда обеспечивает параллельность (одновременность) выполнения работ, ритмичность и непрерывность производственного процесса. Все это в совокупности определяет высокую степень пространственно-временной организации (балансировки) процесса массового поточного производства, которая устраняет непроизводительные затраты труда и времени на перемещение и пролеживание деталей у рабочих мест в ожидании обработки, а, следовательно, значительно сокращает межоперационные запасы (незавершенное производство) и общее время изготовления продукции, повышая экономическую эффективность производства [97, 104].

В дополнение необходимо отметить, что высокий уровень организации массового производства позволяет изначально, на этапе проектирования предприятия, задавать устойчивую во времени (детерминированную) пространственно-временную структуру технологического процесса и, соответственно, автоматизировать/роботизировать большинство технологических операций, что объективно исключает необходимость в детальном технико-экономическом планировании и оперативном регулировании как способе перманентного определения наиболее оптимального сочетания (балансировки) ресурсов и задания эффективного алгоритма работы производственной системы предприятия. Относительно простая задача управления в этом случае сводится к нормативно-календарным расчетам такта/ритма работы поточной линии, числа рабочих мест и их загрузки, цикловых и складских заделов, а также организации технического обслуживания групп рабочих мест/станций/установок, их бесперебойного снабжения инструментом, материалами, заготовками и комплектующими изделиями с целью предотвращения незапланированных простоев и обеспечения ритмичной, взаимосвязанной работы всех участков поточной линии.

Оборотной стороной перечисленных преимуществ является жесткая детерминированность структуры подобных производственных систем, существенно ограничивающая их гибкость/адаптивность к изменениям внешней среды. Сетевая топология производственного процесса, включающая (предустанавливающая) распределенные пространственно-временные алгоритмы (схемы) движения предметов труда между звеньями технологической цепочки (набор и интенсивность операций обработки), задается на этапе организационно-технологической подготовки поточного производства, как это представлено на рис. 1.2.


Рис. 1.2. Сетевая топология поточного реконфигурируемого производства
(Кликните по изображению для его увеличения)

При различных вариантах развития производственной ситуации (например, при необходимости перехода производства с одного вида продукции на другой при изменении спроса; в случае простоя оборудования по причине ремонта, отсутствия сырья и комплектующих изделий) выполняется перенастройка/реконфигурация производственно-технологической цепочки/линии, связанная с перенесением потоков от одних звеньев к другим. При этом перенастройка ограничена количеством предусмотренных (возможных) схем переориентации материальных потоков. Однако, как будет показано далее, историческое развитие рынка потребителей требовало частой смены ассортимента продукции, наделенной особыми/отличительными свойствами, и, соответственно, выпуска разнообразной продукции малыми партиями/сериями. В этих условиях массовое поточное производство стало постепенно терять свои преимущества, и во второй половине XX века перед промышленностью возникла актуальная научно-техническая задача обеспечения гибкости производственных систем при условии сохранения ими преимуществ широкой механизации/автоматизации и высокого темпа изготовления изделий13.

Исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию гибких автоматизированных производств осуществлялись в период 1970–1990-х гг. в направлении повышения функциональной избыточности (степеней свободы) производственных систем на основе широкого использования многофункциональных станков и агрегатов с числовым программным управлением, промышленных роботовманипуляторов, транспортеров (робокаров) и автоматизированных складов, а также управляющих устройств на базе мини/микро-ЭВМ. В таких системах автоматизированы все операции. По программе выполняется загрузка заготовок в оборудование и выгрузка деталей из него. По заданной программе происходят обработка заготовок и изготовление изделий. Эти программы могут быть легко изменены или скорректированы. Автоматически происходит смена инструментов и вспомогательных материалов, а также их хранение, накопление и перемещение от одного оборудования к другому. Управление работой всей системы происходит централизованно от ЭВМ с помощью математического программного обеспечения. Автоматизированные производства быстро и без больших затрат времени и средств переналаживаются на выпуск разнообразной продукции, в пределах технических возможностей производственной системы, посредством замены программы технологического процесса, записанной в памяти ЭВМ. В своем законченном идеальном виде гибкие автоматизированные производства (ГАП) являются высшей, наиболее развитой формой автоматизации производственного процесса, которая позволяет совместить высокую производительность и универсальность (гибкость) в программноуправляемом/перенастраиваемом многофункциональном оборудовании, что открывает, по мнению их разработчиков, огромные возможности для интенсификации производства [10].

Тем не менее, создание полностью автоматизированного многопредметного (гибкого) поточного производства, отличающегося разнообразием выпускаемой продукции, осложняется необходимостью централизованной детальной инженерной подготовки, а также требует точной сквозной синхронизации технологических операций на потоке, которые должны выполняться различными станками и агрегатами в составе автоматической системы машин, как единый непрерывный процесс работы поточной линии. Исключение из автоматизированного производственного процесса живого труда и, соответственно, интеллектуального потенциала рабочих, способных не только быстро перенастраивать и ресинхронизировать технологический процесс, но и оперативно устранять периодически возникающие сбои в производственной системе, обусловили высокую чувствительность автоматического процесса производства к неслаженной работе оборудования. Неполадки в работе отдельных агрегатов вызывают рассогласование работы и полную остановку гибкой автоматизированной линии (ГАЛ), что приводит к значительным потерям по всему циклу производства и снижает реальную эффективность его автоматизации [63]. Ко всему прочему, игнорирование творческой инициативы рабочих, постоянно занятых в производственном процессе и, соответственно, способных более эффективно осуществлять его технологическую доводку и развитие, существенно ограничили возможности адаптации таких производственных систем к меняющимся условиям рынка и создания на их основе новых конкурентных преимуществ. В итоге это делает процесс оперативной подготовки и ресинхронизации (адаптации) гибкого автоматизированного/ роботизированного поточного производства очень трудоемким/затратным и, соответственно, экономически неэффективным в условиях масштабного производства, работающего в нестабильной экономической среде конкурентного рынка.

Учитывая данные недостатки гибкие автоматизированные линии, обладающие высокой производительностью и определенным уровнем гибкости/адаптивности, ограниченной техническими возможностями существовавших на то момент промышленных и информационных технологий, — нашли свое применение в непоточном/дискретном серийном производстве, которое представляло собой очередную ступень эволюционного развития производственных систем по завершении эпохи массового производства и потребления.

Непоточные методы организации производства

Возросшая в 1960-х гг. конкуренция подтолкнула промышленные предприятия к постоянному улучшению потребительских свойств товаров и технологий по их изготовлению, что вызвало необходимость непрерывного обновления ассортимента выпускаемой продукции, ее производство в небольших количествах (малыми сериями). Традиционные автоматизированные поточные производства, не могли обеспечить требуемую для этого гибкость/легкость перехода производства с одного вида продукции на выпуск другого, так как их пространственно-временная конфигурация имела ограниченное число степеней свободы (вариантов комбинации отдельных звеньев производственной технологической цепочки) и, соответственно, узкую товарную номенклатуру.

В целях увеличения технических возможностей реконфигурации (перестройки) технологического процесса, рабочие места/оборудование в цехах механической обработки деталей стали объединять в функциональные группы, без определенных связей, по типам выполняемых деталеопераций в виде однородных технологических участков (например, группы токарных, фрезерных, сверлильных и др. станков), которые позволяли создавать на основе их многофункциональной матричной структуры виртуальные технологические цепочки с неограниченным числом и разнообразной последовательностью соединения (комбинацией) неоднородных звеньев (см. рис. 1.3). При такой организации производственного процесса переход на выпуск новых и/или модернизированных изделий может осуществляться без трудоемкой перестановки специализированного оборудования, ограничиваясь его переналадкой. Поскольку процесс пространственно-временного сопряжения деталеопераций, в отличие от поточных методов производства, носит слабо согласованный (нечеткий) характер, то последовательность, режимы обработки деталей и алгоритм их перемещения от операции к операции задаются специально разрабатываемыми технологическими маршрутами. Последние представляют собой виртуальные пространственно-временные сети сопряженных технологических операций по обработке деталей, которые перемещаются между операциями партиями по сложным маршрутам с помощью специальных транспортных средств (краны, тележки, авто/электропогрузчики и т.п.)14.


Рис. 1.3. Функционально-технологическая (матричная) топология непоточного производства
(Кликните по изображению для его увеличения)

Преимуществом данного подхода к пространственно-временной организации технологического процесса в сравнении с поточным методом является повышение его гибкости, недостатками — увеличение времени последовательной обработки деталей партиями, которая предполагает многократное выполнение станком операций одного вида (А), и затем, многократное выполнение операций другого вида (В), после осуществления требуемой для этого переналадки оборудования (рис. 1.4).


Рис. 1.4. Последовательный (а) и параллельный (б) способ обработки партий деталей А и В
(Кликните по изображению для его увеличения)

Функционально-матричная организация технологического процесса обеспечивала возможность выпуска широкой номенклатуры изделий в небольшом количестве (серями), но существенно усложняла обслуживание заказчиков готовой продукции, запросы которых могли отличаться от производимых в текущий момент времени партий серийных изделий. Это было вызвано тем, что требование гибкости производства вступало в противоречие с существовавшей на тот момент технологической базой индустриальной экономики, основу которой составляло дорогостоящее, сверхточное (прецизионное) оборудование15. Необходимость постоянной загрузки, большие затраты времени и средств на его переналадку вели к увеличению размера партий деталей, одновременно запускаемых в производство, что неизбежно вызывало межоперационное пролеживание комплектующих в составе крупных партий либо в ожидании окончания их обработки (А), либо в очередях на обработку нескольких партий деталей для различных серийных изделий (В). Это влекло за собой простои оборудования на других технологических операциях, которые вызывали длительные перерывы на узловой сборке из-за отсутствия необходимых комплектующих. Как следствие, неритмичная работа сборочных линий, рост незавершенного производства и замедление оборота активов, а также неспособность оперативно реагировать на колебания спроса, неизбежно приводили к разорению машиностроительных предприятий в условиях конкурентной рыночной экономики.

Непоточные методы организации технологического процесса нашли широкое применение в серийном и единичном производстве, для которых характерны периодическая или относительно редкая повторяемость изготовления изделий и их производство в различных объемах (от крупных партий до отдельных единиц), определяющие в конечном итоге степень организации (структуру) производственного процесса и виды движения предметов труда [63, 97].

Крупносерийное/серийное производство, отличающееся относительно постоянным или регулярным выпуском ограниченной номенклатуры изделий в большом количестве (сериями), имеет простую хорошо организованную структуру (см.: рис. 1.5


Рис. 1.5. Структура непоточного производства: заготовительные участки/цехи, организованные по технологическому принципу (а); предметные участки поточного типа, применяемые на обрабатывающей и сборочной фазах производства (б).

Заготовительные участки/цехи организованы по технологическому принципу, а обрабатывающая и сборочная фазы производства осуществляются преимущественно предметными участками и цехами поточного типа (например, участки корпусных деталей, зубчатых коле, валов и т.п.). На предметных участках применяется специализированные станки (протяжные, токарные с копирами и гидросуппортами для обработки ступенчатых валов и т.п.), которые располагаются по ходу технологического процесса по аналогии с поточными методами организации производства, что сокращает время перемещения деталей между операциями и длительность производственного цикла в целом; на остальных участках преобладает групповая расстановка однотипного универсального оборудования со специальной оснасткой. Централизованно осуществляемая детальная разработка технологических процессов по повторяющимся сериям изделий снижает/исключает потребность в рабочих с универсальной квалификацией.

Мелкосерийное/единичное производство, для которого характерен нерегулярный выпуск небольшого количества или отдельных единиц изделий широкой номенклатуры, отличающихся значительным удельным весом нестандартных оригинальных деталей и узлов, характеризуется разнообразием работ, выполняемых на одном рабочем месте, большой трудоемкостью и длительностью операционного цикла изготовления продукции. Неустойчивость номенклатуры выпускаемых изделий, ее разнотипность, предопределяют ограниченное использование в данном типе производства стандартизованных конструкторских решений и типизированных деталеопераций, а также требуют гибкости/легкости перехода производства с одного вида изделий на выпуск другого. Последнее требует, чтобы пространственно-временная конфигурация производственной системы имела как можно большее число степеней свободы, которым в реальных условиях соответствуют различные варианты комбинации отдельных звеньев производственно-технологической цепочки. Поэтому мелкосерийное и единичное производство имеет сложную плохо организованную структуру по всем фазам производственного процесса, сформированную по технологическому принципу с разнообразными слабоструктурированными связями между смежными технологическими операциями — маршрутами движения деталей. Последнее обусловливает последовательное возвратно-встречное движение предметов труда между смежными технологическими операциями и, соответственно, большую длительность производственного цикла. Рабочие места, не имеющие постоянной специализации, загружаются неоднородной редко повторяющейся работой и/или разнообразными деталеоперациями, которые закрепляются за группой одномодельного (взаимозаменяемого) оборудования. Поскольку заказы на изготовление единичных изделий, как правило, не повторяются, то организационно-экономическая подготовка производства выполняется укрупнено. Детализация и определение очередности выполнения технологических операций по заказам, относящиеся к функции производственного планирования, осуществляются децентрализовано инженернотехническим персоналом производственных участков и цехов (мастерами, технологами) на основе текущих приоритетов [42, 63].

Из этого следует, что основные потери в непоточном производстве, обусловлены неполной загрузкой/простоями оборудования и возвратными движениями (петлянием) деталей по участку/цеху, которые происходят по причинам организационного характера и связаны с качеством составления календарного плана работ. Как показывает производственная практика, эффективно решить эту сложную управленческую задачу с помощью концепции и инструментария централизованного планирования, в частности с применением аппарата теории расписаний, — не представляется возможным по причинам объективного характера, в том числе с применением современных компьютерных технологий и мощных вычислительных систем.

Инертность мышления сторонников традиционной модели индустриального производства не позволяла преодолеть ограниченность ее концепции и базисных принципов, тем самым, инициируя безуспешные попытки с их стороны разрешить противоречия и проблемы данного способа производства методами и инструментами централизованного управления взамен поиска новых подходов к обеспечению технологической гибкости и оптимальному регулированию производственных систем16.

1.3. Система централизованного планирования и управления

Повышение гибкости производственных систем, увеличение степеней их свободы требует постоянной балансировки производственных ресурсов с периодически меняющейся программой выпуска продукции. В практике управления индустриальным производством это сводится к составлению расписания технологических операций с последовательной обработкой деталей партиями, поочередно выполняемых на различных участках производственного процесса. Теоретически, в целях уменьшения времени обработки очередей и сокращения производственного цикла, может быть сформирована минимальная по продолжительности выполнения последовательность операций, обеспечивающая непрерывную и согласованную работу всех производственных участков (рис. 1.6, таблица 1.1)17. Однако на практике выполнить это условие не представляется возможным, поскольку число вариантов последовательного запуска партий растет в месте с размером и сложностью номенклатуры изделий18. Последнее является причиной затяжных организационнотехнологических сбоев, которые приводят к сдвигу/совпадению операций по времени, в результате чего возникают простои оборудования и/или пролеживание деталей в очередях на обработку ввиду его занятости [104, 145].

Табл. 1.1

N9 работы п/п

Первое задание

Второе задание

Порядок прохождения

Время выполнения работы, ед.

Порядок прохождения

Время выполнения работы, ед.

1

2

3

4

5

А

Б

В

Г

Д

4

3

1

3

2

А

Г

В

Б

Д

2

2

4

2

2

 

Итого

13

Итого

12


Рис. 1.6. Определение оптимальной последовательности обработки партий деталей А и В

Широко распространенный в массовом/непоточном производстве способ их устранения, компенсирующий недостатки планирования, предполагает принудительную координацию работы всех элементов производственной системы, которая осуществляется централизованно диспетчерской службой субъектом/системой оперативного управления (СУ), направляющей на производственные участки команды по корректировке очередности/приоритета выполнения операций исходя из текущей производственной обстановки (рис. 1.7).


Рис. 1.7. Процесс централизованного управления производством
(Кликните по изображению для его увеличения)

Результаты выполнения отдельных операций поступают через систему контроля и используются СУ для изменения (корректировки) состава и порядка выполнения производственного плана, исходя из фактических результатов работы участков, их текущего состояния и наличия необходимых ресурсов (см.: обратная связь). Основная проблема заключается в том, что данный способ организации управления операциями (при всей его кажущейся простоте) требует наличия в СУ полной непрерывно обновляемой в режиме реального времени (динамической) модели производственного процесса, учитывающей колебания рынка, а также непрерывной и надежной связи/коммутации субъекта и объектов управления. В условиях индустриального производства реализовать эти требования в полной мере не представляется возможным, поскольку моделью производственного процесса в этом случае является жесткий планграфик (программа) выпуска изделий, низкая оперативность корректировки которого, несоизмерима с быстротой изменения параметров внутренней среды предприятия и конъюнктуры рынка. В результате неадекватности (неполноты) условно-статичной модели производственно-технологического процесса возникают и накапливаются ошибки в системе планирования, снижается эффективность управления, и растут средние издержки производства [73, 78, 145]19.

Основным недостатком централизованной системы управления массовым производством является несогласованная работа обособленных технологических участков в общем процессе изготовления продукции. Смежные участки по производству деталей функционируют независимо друг от друга, производя и выталкивая в межоперационное пространство (на промежуточный склад) продукцию в соответствии с планом-графиком, составленным планово-диспетчерской службой предприятия на основе предположений о том, что понадобится каждому производственному микропроцессу, игнорируя при этом его состояние и текущие потребности в деталях и комплектующих. Действуя в рамках плана, каждый участок самостоятельно устанавливает объемы партий и темп производства исходя из собственного (локального) представления задачи выполнения плановых заданий по производству продукции и экономической эффективности, а не общесистемного видения всего производственного процесса (глобальной оптимизации потока создания ценности). В такой ситуации предыдущие процессы будут иметь тенденцию выпускать изделия, которые не нужны последующим процессам (их потребителям) в настоящее время. Это означает выпуск одних изделий в большем количестве, чем это нужно для осуществления требуемых на данный момент технологических операций и, соответственно, нехватку других, что приводит к вынужденным простоям оборудования и потерям рабочего времени.

Для устранения этого несоответствия создаются большие запасы изделий на промежуточных (межоперационных) складах и запасы готовой продукции для быстрой отгрузки потребителям, а также отводится больше времени на выполнение заказа, чем это требуется по технологическому регламенту. Сборка партиями означает, что поставляемые комплектующие также будут потребляться партиями, что приведет к раздуванию объема запасов на промежуточных (межоперационных) складах выше по потоку движения изделий. При этом вариабельность процесса конечной сборки сильнее сказываться на вариабельности предшествующих сборке технологических операций, запасы для которых необходимо увеличивать кратно вверх по потоку. Возникает потребность в резервных мощностях, отсутствие которых приводит к возникновению в производственном процессе так называемых «узких мест», которые существенно ограничивают производительность и скорость реакции системы массового производства на изменение условий внешней среды (запросы потребителей). Как следствие этого, увеличиваются объемы незавершенного производства и продолжительность технологического цикла со всеми вытекающими из этого организационно-экономическими последствиями 20.

С целью преодоления недостатков централизованного способа управления, усиливающих отрицательный эффект масштаба индустриального производства в современных условиях, крупные машиностроительные корпорации разрабатывают автоматизированные системы управления. Тем не менее, это не приводит к кардинальному улучшению положения: в случае успешности их внедрения кривая средних долгосрочных издержек сначала падает, а затем, начиная с момента исчерпания действия положительного эффекта так называемого информационного реинжиниринга технологического процесса, становится более или менее горизонтальной [69]. Проблема заключается в том, что централизация управления была необходима и достаточна для обеспечения непрерывности стационарного процесса массового производства стандартной продукции, и совершенно не предназначена для организации и регулирования нестационарных потоков изделий и работ, характерных для гибкого рыночноориентированного производства. Именно это обстоятельство лишает предприятия индустриального типа свойства адаптации к меняющейся среде, делает их нежизнеспособным механизмом в новых реалиях конкурентной рыночной экономики.

Особенности балансировки планов и ресурсов машиностроительного предприятия

В традиционном/классическом понимании централизованное управление производством представляет собой непрерывный процесс выработки системой планирования (субъектом управления) регулирующих воздействий, которые по каналам информационных коммуникаций передаются на технологические участки (объекты управления) для обеспечения их слаженной работы в заданном режиме в соответствии с производственной программой (целевой функцией). С этой целью служба планирования предприятия при получении заказов составляет графики работ на определенный период (сутки/неделя/месяц) для всех этапов производственного процесса (изготовление заготовок, деталей и узлов, сборка изделий) с использованием автоматизированной системы планирования, которая рассылает инструкции каждому производственному участку о том, что надо сделать в предстоящий плановый период. Поскольку производственный процесс, как правило, не идет в точном соответствии с разработанным планом, то осуществляется наблюдение за ходом производства с помощью отчетов производственных участков о фактическом выполнении плановых заданий, на основании которых осуществляется корректировка плана и повторная передача инструкций/сменных заданий производственным участкам (рис. 1.8).

Основным инструментом производственного планирования выпуска конечного продукта является расписание работ, которое представляет собой алгоритм пространственно-временного распределения (балансировки) оборотных ресурсов предприятия между технологическими операциями по их обработке. В машиностроении распределение ресурсов осуществляется путем определения календарных сроков запуска деталеопераций и их закрепление за различными группами оборудования, на основании производственной программы и так называемой компоновочной структуры или дерева продукта, которую часто называют «ведомостью/спецификацией материалов».


Рис. 1.8. Процесс оперативного управления производством

Спецификация содержит полное описание состава продукта, с указанием деталей и узлов, а также технологической последовательности его производства, на основании которой, с учетом плановых нормативов на осуществление деталеопераций, определяются календарные сроки, необходимые для изготовления этих элементов [104, 145]. Данный пространственно-временной алгоритм (программа распределения, основанная на компоновочной структуре изделия и времени необходимом для изготовления его компонентов) указывает, что именно, посредством чего и когда необходимо производить. Для этого используются специально разработанные визуальные отображения предметов труда и операций по их обработке на t-временной оси, именуемые в организационной науке календарными планами-графиками. Планы-графики представляют собой графические/табличные (матричные) формы, в которых указываются точные количества деталей и материалов, необходимые для производства конечных изделий, а также календарные даты распределения/выдачи заказов на их изготовление по рабочим местам/группам оборудования (см. рис. 1.9).


Рис. 1.9. Дерево структуры и календарный план производства продукта Т21

Детали должны изготавливаться в соответствии с производственным графиком и поступать на сборочный участок по мере готовности. Расписание или календарный график работ должен обеспечить в этом случае одновременное поступление на финишную сборку всех деталей и узлов входящих в изделие точно к заданному сроку, путем опережающего запуска в производство деталей, имеющих более длительный цикл изготовления. По этой причине в единичном (преимущественно опытном/инструментальном) производстве вместо календарных планов-графиков изготовления изделий разрабатывается так называемые сетевые графики (циклограммы) работ по изготовлению изделий, в которых определяются исполнители работ по заказам (цеха/участки-изготовители), виды работ/обработки и инструмент, а также осуществляется закрепление технологических операций за оборудованием. Наличие/загрузка производственных мощностей, необходимых для выполнения работ непосредственно в расчет не принимается, равно, как не определяется очередность работ, выполняемых на каждом рабочем месте. Планирование, таким образом, ограничивается лишь проверкой/исключением перегрузки наиболее важных (задающих ритм процесса производства) групп рабочих мест/оборудования и оценкой времени выполнения заказа, которая выполняется сложением ожидаемой продолжительности операционного цикла (длительность выполнения подготовительных и основных работ), предполагаемой задержки деталей в очереди на обработку и времени доставки необходимых материалов и комплектующих изделий (рис. 1.10).


Рис. 1.10. Циклограмма процесса изготовления изделия c расчетом критического пути

Поскольку все производственные системы характеризуются ограниченными ресурсами (материалами и мощностями по их обработке), составление производственной программы как инструмента (алгоритма) их оптимального сочетания является сложной интеллектуальной (плановоаналитической) задачей. Сложность заключается в отыскании последовательности выполняемых операций обработки предметов труда и их закрепления за рабочими местами/оборудованием, согласно которой изготовление деталей, необходимых для сборки конечного изделия, будет выполняться непрерывно и слаженно (равномерно по времени). При одновременном изготовлении в цехе нескольких серий изделий (заказов) на рабочее место в ограниченный промежуток времени может поступить несколько заданий, трудоемкость (объем/продолжительность) которых может превышать установленную/располагаемую мощность (производительность) оборудования, что приводит к запаздыванию выполнения отдельных деталеопераций. Для устранения этой проблемы устанавливается очередность выполнения однородных технологических заданий, закрепленных за одним рабочим местом, посредством которой обеспечивается равномерность загрузки оборудования. В качестве прогнозно-аналитического инструментария планирования (распределения) загрузки оборудования используются соответствующие хронологические таблицы (ведомости деталеопераций), по аналогии с ведомостями деталей, позволяющие оценить вклад тех или иных производственных заданий/деталеопераций в суммарную загрузку рабочих мест на определенную контрольную дату. При этом для расчетов используются нормативы трудоемкости/времени выполнения технологических операций, проводимых на соответствующих группах оборудования, которые сравниваются с располагаемым фондом рабочего времени для каждого рабочего места. Однако отображение всех строк вышеуказанных операционных ведомостей приводит к очень большому размеру рабочего поля таблиц, так как для анализа оптимальности загрузки оборудования необходимо одновременно иметь/обрабатывать данные по нескольким (или всем) изготавливаемым изделиям (группам планирования)22. Подавляющее число строк в таблице не может быть физически рассмотрено специалистами-плановиками. По этой причине в современных системах планирования/управления используется искусственный интеллект вычислительных машин, основанный на скоростном выполнении простейших арифметических вычислений и сравнении/связывании их результатов посредством примитивного аппарата формальной (математической) логики. Применение ЭВМ позволяет осуществлять параллельное планирование одновременно по нескольким планово-учетным единицам (деталеоперациям/группам планирования/заказам), т.е. в различных масштабах их отображения, начиная от крупных единиц, например, ведущих/сложных деталей (узлов и агрегатов), к более подробному анализу распределения во времени процесса изготовления составляющих их простых деталей. Это обеспечивается благодаря автоматически поддерживаемым ЭВМ связям между строками таблиц, что предоставляет возможность суммировать/получать в итоге все необходимые данные по загрузке той или иной единицы оборудования.

При нехватке производственной мощности решение задачи календарного планирования предусматривает корректировку графика, в процессе которой выравнивается загрузка мощности и исключаются возможные запаздывания при выполнении заданий. Контрольными точками являются моменты начала/окончания операций обработки на конкретных единицах оборудования, которые позволяют анализировать их текущую загрузку, выявлять наиболее загруженные группы машин и агрегатов и принимать решения/меры по нормализации их текущей загрузки путем переноса времени запуска невыполненных деталеопераций на более позднее время или их переназначением (путем изменения расцеховки) на другие группы оборудования, а также изменением интенсивности/сменности работы. Для выполнения этой задачи программа оперативного планирования на ЭВМ должна быть оснащена модулем планирования потребностей в производственных мощностях, который позволяет автоматически выполнять корректировку плана, приводя его в соответствие с доступным уровнем мощности, цель которой заключается в том, чтобы распределить загрузку оборудования равномерно, не выходя при этом за ограничение мощности (рис. 1.11). Источником входных данных для автоматизированной системы планирования служит основной план производства. Программа «разворачивает» все детали, компоненты и прочие ресурсы, необходимые для его выполнения.


Рис. 1.11. Диаграмма загрузки рабочего центра23

Планирование загрузки производственной мощности начинается с анализа заданий, предусмотренных для выполнения операционными маршрутными картами. В карте указываются, какое задание и куда нужно направить, связанные с ним конкретные операции, а также нормативное время пусконаладочных работ и время выполнения заказа в расчете на одно изделие. Все эти показатели используются при вычислении общего объема работ на каждом рабочем центре/станции/установке. Задача равномерной загрузки производственной мощности заключается лишь в правильном построении графика выполнения заданий, т.е. в отыскании такой последовательности работы с ними, чтобы все они выполнялись вовремя в соответствии с установленными правилами приоритетного планирования/выполнения заказов с учетом ограничения мощности. В соответствии с окончательным вариантом календарного плана, отражающим потребности в материалах и мощностях, в производственную систему выдаются заказы. Далее наступает производственный этап, в ходе которого выполняются заказы, осуществляются мониторинг и сбор данных о ходе производства и выполнении заказов. Сведения о любых изменениях в производстве, использовании мощностей и материалов передаются обратно в систему, с помощью встроенной функции обратной связи, посредством которой осуществляется сравнение входной (плановой) и выходной (фактической) мощности/производительности рабочих центров, корректировка графиков и диспетчеризация.

К сожалению, прогнозный расчет плана/программы производства объективно не может обеспечить точное и полное его соответствие (адекватность) реальному производственному процессу и гарантировать отсутствие перегрузки отдельных групп оборудования (возникновения «узких мест» и организационно-технологических сбоев). Это объясняется тем, что нормативная трудоемкость/расчетное время выполнения операций в подавляющем большинстве случаев не совпадает с реальной продолжительностью обработки деталей24. По этой причине расчет носит прогностический (предположительный) характер и содержит существенные погрешности, что в совокупности с изменениями производственной обстановки неизбежно приводит к необходимости оперативного вмешательства (регулирования) производственного процесса посредством контроля выполнения и корректировки плановых заданий. Ограниченный интеллект ЭВМ не позволяет автоматизировать задачу регулирования производства, поэтому она выполняется плановиками (планово-производственным или диспетчерским отделом) в интерактивном (полуавтоматическом) режиме работы ЭВМ путем произвольного назначения календарного времени запуска деталеопераций. В свою очередь, интерактивный режим работы требует создания специального интеллектуального интерфейса ЭВМ — визуальной наглядно-образной формы графического представления плановых и фактических данных о ходе производственного процесса для их последующего сравнения и ручной корректировки плана производства. Таким графоаналитическим представлением (моделью) процесса производства, является одна из разновидностей столбцовых диаграмм, которая в производственном/операционном менеджменте известна как линейный планграфик Ганта, с помощью которого планируют и отслеживают ход выполнения работ (рис. 1.12).


Рис. 1.12. Учетно-плановый график Ганта

График Ганта представляет собой линейную (аналоговую) модель, отображающую на t-временной оси последовательный (и параллельный, если работы независимы) набор всех работ, который позволяет подсчетом по горизонтали определить продолжительность всего комплекса работ, а подсчетом по вертикали — календарную потребность в персонале, оборудовании и материалах. Представление технологического процесса с помощью графиков Ганта позволяет планировать производство, получать и анализировать соответствующие показатели и на этой основе принимать прогнозные решения, направленные на оптимизацию объемов и сроков производства работ. Однако линейные модели не способны отразить основные свойства производственного процесса как системы, поскольку в них отсутствуют динамические связи, определяющие зависимости одной работы от другой. Проблема заключается в неадекватности условно-статичной аналоговой модели производственного процесса, представленной планом-графиком (программой) выпуска изделий, низкая оперативность корректировки которого, несоизмерима с быстротой изменения параметров внутренней и внешней среды предприятия. В результате неадекватности (неполноты) условно-статичной модели производственнотехнологического процесса, ошибок коммутации между элементами операционной системы и сбоев в работе производственно-технологических участков неизбежно усиливается рассогласование фактической работы операционной системы и нормативными параметрами и показателями плана. Это приводит к накоплению (наслоению) ошибок в процессе оперативного планирования и управления, нарушению координации работы производственных участков, и, как следствие, снижению производительности и эффективности работы предприятия. Представление процесса производства в виде детерминированной (статичной) системы базируется на следующем. Предполагается, что длительность производственного цикла детали является величиной строго определенной (неизменной), трудоемкость изготовления изделия распределяется равномерно в пределах каждой стадии производственного цикла и не меняется во времени, а общая длительность изготовления заказа зависит от его индивидуальных характеристик (сложности состава технологических процессов, средней трудоемкости операции на различных стадиях производства и т.п.). На самом деле длительность циклов/ трудоемкость изготовления деталей/заказов (интенсивность работ) является величиной вероятностной и зависит от характеристики того набора деталей/заказов, которые запланированы к производству на один плановый период и от особенностей организации процесса производства на предприятии (средний коэффициент закрепления операций за рабочим местом, размер партий деталей, управление движением узких мест в производстве). Игнорирование динамического характера производства приводит к тому, что в случае любого изменения производственной ситуации линейная модель перестает отображать реальный ход работ/событий. Поскольку в процессе корректировки планов в нее невозможно оперативно внести существенные изменения, то это приводит в конечном итоге к разбалансировке планов и ресурсов предприятия, дефициту деталей на сборке и, как следствие нарушению плановых сроков исполнения заказов (Э.М. Голдрат, 1987; О.Г. Туровец, 2002). По данной причине линейные модели не нашли широкого применения в качестве инструмента оперативного управления сложным производством или комплексом работ.

В большей степени несовершенство прогнозно-аналитических методов планирования проявляется в малосерийном и единичном производстве, так как на момент составления производственного плана выпуска опытной/уникальной продукции отсутствуют календарно-плановые нормативы трудоемкости/времени выполнения операций, которые являются центральным звеном теории расписаний и присущего ей метода календарного планирования. Важнейшим из нормативов является расчетная техническая или ожидаемая (статистически усредненная) норма времени выполнения работы/технологической операции в определенных организационных условиях, которая служит исходным пунктом для определения производительности труда, и широко используется при оперативно-производственном планировании. Сущность нормирования заключается в исследовании состава операций и статистических измерений (хронометрирования) продолжительности их отдельных элементов в увязке с производственными возможностями и эксплуатационными характеристиками применяемых при этом оборудования, инструмента и приспособлений, результаты которых сводятся в специальные справочно-расчетные таблицы, номограммы и аналитические зависимости. Необходимо учитывать, что в единичном производстве применяются укрупненные нормативы времени изготовления типовых деталей определенной группы, отличающихся размерами. При этом основой определения нормы времени является систематизированные данные о фактических затратах труда/времени на данный вид работы/операции и личный опыт нормировщика. Существенный недостаток нормирования заключается в большой погрешности укрупненной нормативной базы, которая по объективным причинам не может быть точной и своевременно обновляемой из-за отсутствия технических возможностей учета всех условий (факторов) динамичного процесса унифицированного единичного производства и их аналитической увязки со статистическими распределениями продолжительности выполнения операций на определенном рабочем месте. Основной проблемой оценки продолжительности операций на основе аналитических, в том числе вероятностных зависимостей является неясность способа определения (закона распределения) вероятностей наступления тех или иных событий. И это связано не с отсутствием достаточной статистики, а с ограничениями самих методов классической теории вероятностей, применение которых допустимо при повторяемости событий и неизменности условий, что характерно для циклических операций, регулярно повторяющихся в поточном и серийном производстве. Поэтому нормирование работы единичного производства осуществляется, как правило, в условиях неопределенности, что и вызывает основные трудности в измерениях [48, 49].

Применение укрупненных нормативов трудоемкости (продолжительности) выполнения типовых деталеопераций при планировании единичного производства опытной/уникальной продукции увеличивает неопределенность (погрешность) исхода конечных операций в несколько раз, что практически полностью лишает смысла распределение операций во времени с помощью концептуального аппарата и инструментов теории расписаний. Календарное планирование объективно неспособно в этих условиях обеспечить сбалансированную загрузку мощностей и исполнение заказов в установленные сроки25. Ко всему прочему традиционные походы, использующие теорию расписаний и компьютерное моделирование очередей работ/технологических операций, очень сложны, трудоемки и в тоже время не гарантируют нахождения оптимальной последовательности их выполнения, так как по своей природе они условно-статичны и не могут адекватно отражать реальную динамику производственного процесса. При таком способе регулирования (координации) работы участков/цехов не удается избежать недостач на различных стадиях производства, а их устранение требует постоянного вмешательства в процесс управления линейных руководителей, которые вынуждены контролировать фактический уровень межоперационных запасов и самостоятельно корректировать на основании этой информации разработанные системой планирования графики работы. В конечном итоге все это существенно усложняет регулирование производственных процессов в реальном времени с учетом загрузки рабочих мест и выполнения заказов в установленные сроки, снижает надежность (качество) плановых решений и увеличивает неопределенность конечных результатов производственной деятельности.

Проблемы автоматизации

Представленные выше способы и инструменты календарного планирования являются методологической основой традиционных подходов к автоматизации управления производством, важность которой для повышения эффективности хозяйственной деятельности была осознана руководством крупных промышленных предприятий и объединений, как в нашей стране, так и за рубежом в 1970-х гг. XX века. Учитывая сложность и масштабность этой научно-технической проблемы, первые разработки в области автоматизации управления ограничились решением относительно простых расчетноаналитических задач технико-экономического планирования производственной деятельности, которые заключались в определении потребности в материалах и компонентах, производственных мощностях и персонале, а также необходимых для их приобретения финансовых ресурсов. Созданный на этом этапе класс компьютерных систем управления предприятием, которые за рубежом принято именовать системами планирования ресурсов предприятия (Material/Enterprise Resource Planning) или MRP/ERP-системами, основывается на компоновочной структуре (спецификации) и технологии изготовления изделия26. Согласно спецификации, определяется количество материалов и узлов, необходимых для изготовления готовой продукции и разрабатываются технологические маршруты в виде логических связей и количественных пропорций между компонентами изделий. Последние показывают «входимость» компонентов нижнего уровня (материалов и деталей) в компоненты более высоко уровня (узлы и агрегаты), которые затем собираются в готовые изделия. В свою очередь, технологические маршруты привязываются к определенным средствам производства: рабочим центрам, единицам оборудования или производственным линиям, с учетом их количества, мощности и графика работы.

В конечном итоге эти данные позволяют разрабатывать производственные и финансовые планы, своевременно осуществлять поставки необходимых для производства материалов и комплектующих, а также осуществлять контроль/учет выполняемых операций, формировать рекомендации по их переносу/сдвигу во времени или отмене в соответствии с текущей производственной ситуацией в целях оптимального распределения (балансировки) производственных ресурсов. Использование данного класса автоматизированных систем управления в хорошо организованном (отлаженном) многопредметном поточном и крупносерийном производстве (АСУП), работающем в стабильных условиях неконкурентного рынка, обеспечивает хорошие экономические результаты, которые заключаются в сокращении межоперационных простоев оборудования, материальных запасов и уровня незавершенного производства [145, 159, 169, 172]. Однако в современном позаказно-поточном и непоточном (мелкосерийном и единичном) производстве, оперирующем в нестабильной экономической среде конкурентного рынка, алгоритм планирования MRP/ERP-систем начинает давать неудовлетворительные результаты из-за невозможности выполнения ряда требований/ограничений, необходимых для его нормальной работы. Применение ERP-систем не оправдывает себя на предприятиях выпускающих небольшое количество конструктивно сложных и дорогостоящих (мелкосерийных/единичных) изделий, требующих затратных НИОКР, так как нормативное время выполнения технологических операций и общее время изготовления продукции оказывается достаточно неопределенным, а конфигурация (спецификация деталей и узлов) — чрезмерно сложной для использования таких систем. Для нормальной работы ERP-систем необходимо выполнение следующих условий. Во-первых, спецификации изделий и время изготовления/закупки необходимых деталей и узлов должны быть абсолютно точны. С этой целью любые изменения, вносимые в конструкцию изделия, в технологию и временные характеристики его изготовления, связанные с параметрами оборудования и процессов, и многие другие, должны оперативно отражаться в нормативной базе. Во-вторых, поскольку не все операции ведутся так, как запланировано (время от времени случаются ошибки в спецификациях и оценках продолжительности операций, брак, срывы сроков изготовления оригинальных деталей, доработка изделий по внесенным изменениям в конструкцию изделий), — требуется своевременная регистрации отклонений/событий в системе в «ручном режиме». В условиях редко повторяющегося (нецикличного) производства мелких серий и/или единиц изделий выполнение данных требований обеспечить практически невозможно, так как у пользователей, как правило, не хватает времени на активную поддержку работоспособности той или иной функциональной части системы. По этой причине неизбежно возникают незапланированные простои оборудования, рост незавершенного производства и потребность в страховых запасах для покрытия дефицита необходимых деталей, которые снижают эффективность производства тем больше, чем больше нестабильность экономической среды и, соответственно, отклонение производственной системы от плана.

Последнее обусловлено тем, что первоначально данные системы создавались как средства автоматизации массового поточного производства, основным назначением которых являлось управление запасами для бесперебойного обеспечения производства всеми необходимыми материалами и компонентами. Поскольку процесс поточного производства хорошо организован (отлажен) во времени и пространстве и, соответственно, не требует непосредственного регулирования, у разработчиков программного обеспечения АСУП не было необходимости решать трудно формализуемые задачи автоматизации оперативного управления производственными процессами. Их усилия в этот период были направлены преимущественно на создание автоматических систем управления технологическими процессами (АСУТП), которые предполагали полное исключение участия человека-оператора, с целью повышения точности синхронизации работы и производительности непрерывно-поточных линий. Постепенный переход машиностроения на более гибкий серийный тип производства в условиях возросшей в 1980–90-х гг. ХХ века конкуренции, потребовал расширения функций АСУП до уровня оперативного управления производственными процессами (АСУПП), от эффективности которого, как было отмечено ранее, зависят результаты функционирования гибких слабо структурированных производственных систем c функциональной специализацией. В настоящее время эти системы, как правило, дополняются компьютерными программами/модулями, позиционированными в классе производственных исполнительных систем (MES — Manufacturing Execution System), которые ориентированы на оптимизацию производственных процессов/балансировку ресурсов и оперативное управление (диспетчеризацию планов) производства, направленное на снижение транзакционных издержек. К сожалению, методология построения MES-систем, а также реализуемые ими функции, аналогичны принципам, методам и экономико-математическим моделям управления деятельностью на основе теории расписаний, используемым в ERPсистемах, но только в других временных масштабах и с другими объектами управления. В большинстве реализованных проектов, связанных с созданием автоматизированных систем управления предприятием, входящие в их состав MES-системы представляют собой автоматизированные средства оперативного управления производственной деятельностью на уровне цеха, участка или производственной линии, которые дополняют/расширяют возможности ERP-систем функцией календарного планирования технологических операций/работ [61].

Отличительной характеристикой MES-систем является модуль календарного планирования, используемый для составления производственных графиков с учетом текущего уровня загрузки производственных мощностей. Модуль предусматривает подробное планирование каждого ресурса по необходимым затратам времени на выполнение пуско-наладочных и основных работ по каждому заказу. Система в этом случае точно определяет, выполнением какого задания будет занят каждый ресурс в каждый момент времени на протяжении всего рабочего дня/смены. Если выполнение какоголибо задания задерживается из-за отсутствия той или иной детали, соответствующий заказ ставится в очередь и ожидает появления этой детали (которое может быть результатом одной из предыдущих операций). Используя штрих-кодовую технологию, такие системы позволяют получить любую нужную информацию, фиксируя точное состояние каждой работы и каждого ресурса. Современные MES-системы позволяют составлять весьма подробные производственные графики, например, по каждому виду работ на каждом станке с назначением конкретного рабочего на определенный станок в определенный момент времени. Необходимые детали составленных графиков доводятся до исполнителей с помощью диспетчерских ведомостей, распространяемых по компьютерной сети или в виде соответствующих распечаток; исполнителям можно также выслать список необходимых заданий для соответствующих рабочих центров/станций27.

Дальнейшее развитие компьютерных технологий после 1990-х гг. ХХ в. позволило расширить возможности автоматизированных систем управления предприятием за счет дополнительного включения в их состав систем автоматизированного проектирования (САПР) и автоматического управления оборудованием (АСУТП) и создать на этой основе компьютерноинтегрированные (полностью компьютеризированные) производства (Computer Integrated Manufacturing/CIM или ИАСУП) с многоуровневой архитектурой. В таких системах каждый уровень управления выполняет свою функцию: верхний уровень управления предприятием (административно-хозяйственный) решает стратегические задачи целеполагания и распределения ресурсов (целеуказания), а соответствующая ERP-система обеспечивает управление ресурсами в масштабе предприятия в целом, включая часть функций поддержки производства (технико-экономическое планирование и инженерная подготовка производства в масштабе года и кварталов); средний уровень управления (производственный) решает задачи координации предметной деятельности — оперативного управления процессом производства, а соответствующая ему MES-система обеспечивает эффективное использование распределенных ресурсов (сырья, энергоносителей, производственных средств, персонала), а также оптимальное исполнение плановых заданий (сменное, суточное, декадное, месячное) на уровне участка, цеха, предприятия; нижний уровень автоматического управления ходом технологических процессов решает классические задачи регулирования режимов работы оборудования. При этом каждый уровень (страта, контур) управления характеризуется не только своим набором функций, но и интенсивностью обновления/циркуляции информации, характеризующий масштаб времени в котором работает данный уровень. Технологический уровень АСУТП является самым интенсивным по объему информации. В нем (посредством SCADA-систем, датчиков и контроллеров) происходит накопление и обработка большого числа технологических параметров, создается информационная база исходных данных для MESуровня. Оперативно-производственный уровень управления MES-системы опирается на систематизированную информацию, поступающую как от АСУТП, так и от других служб производства (снабжения, технической поддержки, технологических, планово-производственных и т.д.). Интенсивность информационных потоков здесь существенно ниже и связана с задачами оптимизации заданных производственных показателей (качество продукции, производительность, энергосбережение, себестоимость и т.д.), которые решаются руководителями производственных цехов, участков и главными специалистами. Стратегический / технико-экономический уровень управления ERP-системы обеспечивает планирование и информационную поддержку бизнес-процессов предприятия в целом. Поток информации от производственного блока MES-системы агрегируется данным уровнем управления в отчетную информацию по стандартам ERP с типовыми временными периодами контроля (декада, месяц, квартал) по «реперным» точкам — индикаторам контроля, обеспечивающим непрерывный мониторинг и немедленное вмешательство высшего менеджмента предприятия в ход производства при существенном отклонении производственной системы от их нормативных значений.

Тем не менее, решить трудно формализуемые и не формализуемые задачи управления сложными гибкими производственными системами, работающими в нестабильной экономической среде, с применением данного класса компьютерных систем управления, использующих относительно простые экономико-математические модели теории расписаний и формализованный аппарат машинной логики, — в принципе невозможно в подавляющем большинстве случаев. По этой причине, несмотря на то, что современные CIM/МES-системы, отображают процесс производства в режиме реального времени и обеспечивают быстрый отклик на изменяющиеся условия, используя фактические технологические данные, необходимые для оперативного управления производственными процессами, с их помощью не удается обеспечить эффективную координацию работы смежных производственных подразделений. В результате, если в течение планового периода изменяется спрос на готовые изделия или происходят сбои в технологической цепи, приводящие к изменениям потребностей отдельных технологических звеньев, требуется полное повторное планирование производства, а также усиленная координирующая деятельность центрального органа управления, и подчиненной ему многоуровневой вертикали управления. Учитывая сложность, длительность и высокую стоимость, а во многих случаях невозможность повторного планирования и оперативного доведения его результатов до исполнителей, изменение потребностей технологической цепи в ресурсах компенсируется, как обычно, использованием межоперационных (буферных) запасов, которые обеспечивают устойчивую и непрерывную работу производственной системы, но при этом замедляют оборачиваемость ресурсов и увеличивает себестоимость продукции.

Практика использования подобных систем выявляет все те же недостатки прогнозно-аналитических методов централизованного управления/ планирования, заложенные в их программные модули/алгоритмы, которые не способны обеспечить адекватность планов реальному процессу производства, а также наглядность представления и простоту использования выходных форм плановых документов, необходимые для обеспечения эффективных коммуникаций и согласованной работы исполнителей в группе. Например, после того как нормы выработки на серийной производственной линии устоялись, плановики стараются сделать так, чтобы производительность всех ее звеньев/ рабочих станций была одинаковой. Это достигается соответствующей наладкой используемых станков и оборудования, подбором инструментов, изменением степени загрузки рабочих, перераспределением должностных обязанностей, корректировкой бюджета на оплату сверхурочных работ и т.д. Однако обеспечение точного соответствия интенсивности (производительности) работы на всех участках/рабочих станциях производственного процесса необходимое для равномерного хода производства с помощью централизованного управления является невыполнимой задачей. Такой баланс возможен только при условии, что время выпуска продукции на всех рабочих станциях будет постоянным либо иметь весьма незначительные отклонения. Как правило, при неизбежном отклонении (нормальном статистическом распределении) времени обработки деталей с его увеличением на рабочих станциях, расположенных в начале технологического процесса, рабочие станции, расположенные ближе к концу технологического процесса, простаивают. И наоборот, если рабочие станции в начале процесса работают быстрее, чем это необходимо, между другими станциями начнут накапливаться избыточные запасы. Причем отклонения, возникающие по ходу процесса, характеризуются эффектом статистического накопления, т.е. носят кумулятивный характер. Для сглаживания этих отклонений (выравнивания производства) в современных ERP-системах используется функция (модуль) обратной связи, с помощью которой по фактическим датам/срокам исполнения операций оцениваются отклонения производственного процесса от плана и осуществляется его корректировка (как правило, увеличением интенсивности/сменности работы оборудования или переносом сроков выполнения оставшихся операций). Однако и в этом случае качественному выполнению данной задачи мешает слишком большое количество ошибок накапливаемых в базе данных ERP-системы. Динамическое выравнивание загрузки мощностей (интенсивности операций) является сложной интеллектуальной задачей, требующей от ЭВМ большого объема трудоемких вычислений, которые не всегда приводят к желаемому/оптимальному результату. Поэтому планы-графики откорректированные ERP-системой расходятся с реальным ходом производственного процесса по истечении нескольких часов/дней с момента их обновления/составления и требуют повторной корректировки (Э.М. Голдрат, 1987). По данной причине графики, разработанные автоматизированной системой, часто игнорируются исполнителями работ (производственным менеджментом/рабочими), которые при наличии в системе резервных мощностей (не включенных в текущий план) вынуждены сглаживать процесс производства на локальном (цеховом) уровне, принимая решения самостоятельно [29, 104, 145].

Ко всему прочему внедрение и последующая эксплуатация систем (приобретение, настройка и периодическая модернизация) представляет собой сложный и длительный процесс, не всегда оправдывающий затраты. Фактическая стоимость соответствующего программного обеспечения, как правило, составляет примерно треть от общих затрат на внедрение системы. Например, крупные западные компании, такие как Chevron Corp. и BristolMyers Squibb, затратили на внедрение ERP-систем примерно 250 млн. долларов. По этой причине использование данных технологий на постсоветском пространстве под силу небольшому количеству крупных машиностроительных предприятий. К тому же в подавляющем большинстве случаев приходится дорабатывать программно-методическое обеспечение ERP-систем, вследствие консервативности их концепции. При этом качественные изменения архитектуры систем и/или используемых в них алгоритмов часто наталкивается на непреодолимые трудности, которые испытывают не только пользователи, но и разработчики систем. Проблема заключается в том, что многие приложения «не вписываются» в устоявшиеся принципы работы предприятий. Компанииразработчики в этом случае утверждают, что их программные решения/модули «впитали лучшие образцы теории и практики ведения бизнеса». В конечном итоге предприятия использующие ERP-системы, так или иначе, вынуждены адаптировать свою производственную структуру и практику ведения бизнеса к той, на основе которой построено программное обеспечение ERP-систем, что не всегда целесообразно28.

В такой ситуации, как показывает практика, более эффективным оказывается непосредственное регулирование процесса производства в реальном режиме времени, осуществляемое линейным руководством участков и цехов на основе первичной оперативной информации о реальном ходе работ, с использованием производственного опыта (интуиции), методов и инструментов диспетчирования (поддержки принятия решений). Речь идет о задаче нахождения приоритетов назначения работ на ограниченном множестве (последовательности) рабочих мест вместо составления

расписания/определения очередности их выполнения. Главной целью оперативного управления в этом случае становится минимизация непроизводительных затрат (транзакций), а методами балансировки наличных ресурсов — регулирование интенсивности использования овеществленного и живого труда (напряженности работы людей-операторов занятых на обслуживании рабочих центров) и, соответственно, темпа производства, уровня запасов и других поддающихся контролю параметров/факторов производства. Использование данного «простого кибернетического» подхода к оперативному управлению сложными (по маршрутам движения материальных потоков) дискретными производственными процессами, в которых обработка предметов труда ведется мелкими партиями или единичными изделиями, а производство ориентировано на меняющийся рыночный спрос, — практически всегда сопровождается положительным экономическим эффектом. Последнее объясняется тем, что даже если относительно простые инструменты регулирования динамики процессов не ведут к полному решению оптимизационной задачи, их использование на практике всегда результативно, поскольку они понятны специалистам-практикам и широко применяются ими как эффективные средства поддержки принятия управленческих решений по упорядочению/выравниванию хода (оптимизации) производства. Основываясь на подобного рода заключениях, эксперты по IT-технологиям прогнозируют снижение интереса производителей товаров к ERP/MES-системам, имеющим слабое звено — прогнозные планы производства и реализации продукции, низкая точность которых существенно снижает эффективность работы предприятий, и переход на интеллектуальные производственные системы позаказно-поточного типа, ориентированные на быстрое исполнение твердых заказов в режиме саморегуляции [165]29.

1.4. Экономическая характеристика и недостатки системы массового производства

Индустриальное производство, основанное на непрерывном изготовлении однотипных изделий с помощью высокопроизводительного оборудования и механизированных поточных линий, обеспечило существенное повышение производительности труда и объемов выпуска по сравнению с кустарным способом, что позволило получить колоссальный экономический эффект, снизить себестоимость товаров и сделать их доступными для массового потребления. Однако последовавшее за этим насыщение рынков снизило полезность стандартной продукции для покупателей. Вследствие этого периодически колебался спрос, возникало перепроизводство, приводившее к остановке большей части промышленных предприятий и возникновению циклических спадов в мировой экономике 1930–1960-х гг. С целью ликвидации их последствий и активизации промышленного производства правительства индустриально развитых стран оказывали поддержку частным корпорациям в виде субсидий и государственных заказов, большая часть которых составляла производство продовольствия и военной техники на экспорт. Концентрация вооружения в отдельных геополитических регионах провоцировала военные конфликты, облегчавшие, в результате передела сфер влияния, доступ к мировым запасам дешевых энергоресурсов и сырья, приток которых в качестве оплаты за экспорт товаров, техники и технологий обеспечивал быстрый рост производства, занятости и, соответственно, снимал социальное напряжение внутри индустриально развитых стран.

Последовавший за рецессией мировой экономики в 1960-х гг. подъем промышленного производства стимулировал модернизацию его технологической базы в направлении расширения ассортимента, потребительских свойств, улучшения качества и способов изготовления продукции гражданского назначения. К сожалению, стереотипность мышления руководителей крупных американских и европейских корпораций, поддерживаемая господствующей в то время в странах запада парадигмой массового производства, экономической наукой и системой образования, а также сложность и капиталоемкость структурной перестройки индустриальной экономики, — не позволили кардинально изменить ситуацию в промышленности до настоящего времени. Попытки применения громоздкого специализированного оборудования с ограниченной технологической функциональностью и гибкостью перехода на производство широкой гаммы компонентов для изготовления разнообразной быстро обновляемой продукции привели к необходимости последовательной обработки деталей крупными партиями, которая приводила к усложнению пространственно-временной организации процесса производства и объективной невозможности эффективно управлять его ходом и результатами. Это резко снижало производительность труда, увеличивало длительность технологического цикла и объемы незавершенного производства, а также стоимость продукции на фоне медленного улучшения ее потребительских свойств и качества, что влекло за собой снижение потребления/спроса, объемов и экономической эффективности производства товаров массового потребления30.

Критический анализ недостатков классической модели массового производства, выполнений по результатам исследования производственной деятельности крупнейших мировых автомобилестроительных концернов, проведенного американскими и японскими исследователями Дж. Крафсиком, Джоном Полом Макдаффи и Харуо Шимада в рамках упомянутого ранее Международного Автомобильного Проекта, показал, что на автомобильных заводах массового производства изготовление комплектующих и сборка машин осуществляется непрерывно крупными партиями/сериями; технологическое оборудование и главный конвейер бесперебойно работают с целью максимизации объема выпуска продукции (количества произведенных автомобилей) и соответствующего «снижения» затрат на цены единицу готовой продукции, которые являются основными критериями эффективности системы массового производства.

Примечательно, что в основе данной системы критериев эффективности лежит один из принципов экономической теории — снижение издержек производства единицы продукции, обусловленное ростом его масштабов. Согласно теории по мере роста размеров предприятия целый ряд факторов, таких как специализация туда и управления, эффективное использование производственных мощностей и т.д., начинает действовать в направлении снижения средних издержек. Однако, данная закономерность справедлива для классической модели массового непрерывнопоточного производства, работающего в условиях монопольного положения производителя на рынке. В этой связи широко распространенным является ошибочное представление о том, что чем дольше и быстрее производятся детали на производственных участках, тем меньше удельная себестоимость единицы готовой продукции а, следовательно, выше экономическая эффективность (отдача от масштаба) производства в целом [69]. Данные рассуждения верны с точки зрения традиционной практики учета производственных расходов в однопредметном непрерывно-поточном производстве, которая исчисляет прямые затраты на изготовление единицы изделия и игнорирует другие затраты — так называемые внутрисистемные транзакции, связанные с непроизводительными потерями времени и ростом незавершенного производства, возникающими из-за несогласованной работы технологических участков и появления «узких мест» в многопредметном прерывно-поточном и непоточном производстве. В современном многопредметном производстве большую часть времени затрачиваемого на прохождение единиц изделий в составе партий через весь технологический цикл представляют собой потери времени от ожидания в очередях на обработку, а также непроизводительного перемещения и сортировки партий деталей с помощью дорогостоящего внутризаводского транспорта, которые могут доходить до нескольких дней. При этом технологическое время, то есть собственно продолжительность обработки единицы изделия (добавления стоимости), составляет всего несколько минут/часов. Тем не менее, несмотря на столь дорогую плату за «непрерывность» технологического процесса, механосборочные линии автозаводов массового производства постоянно останавливаются из-за несвоевременного изготовления компонентов и/или поставок комплектующих, а также других координационных сбоев. В результате непроизводительные потери, возникающие в связи с присущими данному способу изготовления продукции системными проблемами и недостатками организационно-технического характера, значительно увеличивают стоимость и продолжительность изготовления продукции.

Положение усугубляется тем, что размер заработной платы менеджеров и рабочих напрямую зависит от выполнения производственного плана (по Тейлору) и не увязан с качеством автомобилей. Основному персоналу предприятия важнее всего, чтобы производство работало непрерывно, несмотря на передающиеся по технологической цепочке дефекты в деталях, которые сразу же закрываются в узлах и агрегатах машин другими деталями. Вполне естественно, что внеплановая остановка производства, необходимая для технического обслуживания и ремонта оборудования, устранения дефектов и доводки технологии, расценивается руководством многих зарубежных и отечественных предприятий индустриального типа как неоправданная потеря рабочего времени и прибыли от продажи продукции (например, несобранных автомобилей). В таких условиях централизованная служба контроля качества не в состоянии своевременно обнаружить бракованные детали и узлы в составе крупных партий, которые поступают на сборку и выявляются при испытании готовой продукции, а их замена и/или устранение дефектов сборки требует доработки машин на специальных участках в конце сборочных линий, трудоемкость которой составляет 25% всех объемов работ по изготовлению автомобиля.

В дополнение к этому, отсутствие мотивации работников предприятий индустриального типа на качественное выполнение своей работы и совершенствование способов ее выполнения, лишение их возможности каким-либо образом влиять на существующее положение дел вследствие глубокого разделения труда и централизации управления оказывает негативное влияние на их поведение и, как следствие, существенно снижает эффективность производства. Причиной этому служит изначально заложенная Г. Фордом глубокая специализация труда, которая обусловливает циклическое и непрерывное выполнение рабочими одной или двух простых операций, в соответствии с регламентом, который разрабатывается инженером-технологом, контролируется бригадиром/мастером и технически обеспечивается наладчиками оборудования и вспомогательным персоналом производственных участков/цехов. Поэтому работа на таких предприятиях, как часто отмечают социологи автоиндустрии, приводит к профессиональной (интеллектуальной) деградации рабочих, поскольку лишена творческого энтузиазма, возможности применения имеющихся знаний и утомительна своей монотонностью. В конечном итоге, платой за все это становиться периодическая остановка/банкротство предприятий массового производства и увольнение части персонала, что порождает затяжные социально-психологические конфликты, напряженность отношений и атмосферу недоверия в обществе индустриального типа [25]31.

Совершенствованию системы массового производства, в том числе и автомобильной индустрии, способствовало развитие американской и мировой экономки, международных торговых отношений, разделения труда и промышленной кооперации между развитыми странами Нового и Старого света. Наличие у США, Англии и других европейских стран глобальных конкурентных (геополитических) преимуществ обеспечила доступ этих государств к энергетическим, сырьевым и трудовым ресурсам развивающихся стран с сырьевой экономикой, который придал новый импульс росту индустриальной экономики и вывел ее на новый виток технологического развития в 1970–1980-х гг.

Анализ истории развития индустриального мира указывает на следующие факты и обстоятельства. Рост общенационального богатства и доходов на душу населения развитых стран, появление и капитализация транснациональных компаний (как правило, за счет ущемления интересов других государств) привели к возникновению так называемого третичного сектора мировой экономики и обслуживающего ее интересы людей среднего класса — политиков, предпринимателей, представителей свободных профессий (юристов, финансистов, ученых, журналистов и т.п.) — легко и быстро разбогатевших на коммерциализации технологических новшеств и финансово-посреднических операциях, реализуемых правящими элитами этих стран в мировом масштабе. Появление в 1950-х гг. среднего класса обеспеченных людей кардинально меняло предпочтения и ожидания потенциальных покупателей автомобилей, которых больше не удовлетворяло качество, дизайн, надежность и функциональность автомобиля Форда единственной модели. К тому же методы организации и технология массового производства, которые составляли главные конкурентные преимущества заводов Форда, очень скоро стали доступны конкурирующим американским и европейским автомобильным компаниям.

Первый удар по его автомобильной империи был нанесен американской машиностроительной компанией «Дженерал Моторс» (GM), возглавляемой А. Слоуном — человеком, обладавшим хорошим образованием и более прогрессивными идеями относительно корпоративного управления огромными предприятиями, появление которых стало возможным и необходимым в результате развития промышленных технологий индустриального производства, — а также того, что и как необходимо было производить, для того чтобы добиться успеха на ставшем к тому времени конкурентном автомобильном рынке. Учитывая изменение экономических реалий, которые упорно не хотел признавать Форд, Слоун расширил продуктовую линейку GM до пяти разных моделей, начиная с самых дешевых (Шевроле) до самых дорогостоящих (Кадиллак); они должны были удовлетворить запросы большинства потенциальных покупателей разного возраста с различным уровнем дохода и образования32. Следующий удар нанесли европейские автопроизводители, которые стали применять похожие методы массового производства, создавая конкуренцию американской автомобильной промышленности. С 1955 года приходящаяся на импорт доля рынка стала постепенно расти, лишая американских производителей лидирующих позиций и знаменуя тем самым зарождение эпохи серийного производства быстро обновляемых моделей машин в условиях жесткой конкуренции. Основная причина, по которой Большая Тройка американских компаний (Ford Motor Co., General Motors Corp. и Chrysler Corp.) стала терять лидирующие позиции на мировом рынке автомобилестроения в 1960-х годах, состояла в том, что технологией массового производства овладели во многих странах мира. Г.Форд в 1930-е годы движимый партеналистскими побуждениями, открыто демонстрировал иностранным промышленникам аспекты разработанной им системы массового производства на свих заводах в Америке (Хайленд парк) и Европе (Дагенхем, Англия; Кельн, Германия), в числе которых были Андре Ситроен, Луи Рено, Джованни Аньелли (ФИАТ), Херберт Остин и Уильям Моррис (Морис и MG, Англия) и др.

После второй мировой войны (1950-е годы), которая помешала Европе перейти к системе массового производства гражданской продукции в 1930-х годах, европейские компании Фольксваген (Вольфсбург), Рено (Флинс), Фиат (Мирафиори), Мерседес (группа компаний Даймлер-Бенц) на своих предприятиях полностью перешли на массовое производство машин. Эти компании предлагали на американском рынке продукцию, которая резко отличалась размерами и комфортом от «стандартных» американских машин: автомобили эконом-класса (Фольксваген-Жук), спортивные автомашины (Порше, MG), модели премиум-класса (Мерседес). Учитывая их меньшую стоимость, обусловленную боле низким уровнем жизни и, соответственно, заработной платы европейских рабочих, а также разразившийся в 1970-е годы энергетический кризис в США, иностранные автопроизводители (сначала европейцы, затем азиаты) стали создавать ощутимую конкуренцию США на мировом автомобилестроительном рынке. Кроме того, в отличие от Детройта, который опять ожидали серьезные экономические потрясения, европейские производители ввели в конструкцию машин ряд технических новшеств: систему впрыска топлива, применив инжектор вместо постоянно засоряющегося карбюратора; несущий кузов, в котором не было стальных балок; двигатель с высоким соотношением мощности к массе и 5-ти скоростную коробку передач. Однако, в последствии, европейским автопроизводителям в 1970-х гг. (так же как и промышленности стран бывшего социалистического лагеря в наше время), которые не более чем скопировали американскую систему массового производства, не достигнув ее производительности и качества сборки, пришлось испытать примерно то же, что и американцам в 1930–1960-е годы в Детройте.

Стагнация индустриального производства в развитых станах Запада могла продолжаться неопределенно долго, если бы на Востоке, в Японии, в совершенно иных экономических условиях не возникла национальная автоиндустрия, в недрах которой был создан новый способ производства продукции, принципиально отличавшийся от американской системы массового производства и многократно превосходивший ее по эффективности [25].