Автоматизация процессов планирования производства крупных промышленных предприятий

Практика показывает, что в условиях крупных промышленных предприятий вопросы планирования производства традиционно являются одними из наиболее трудоемких и растянутых во времени. Например, зачастую они могут занимать до 90% от общего времени производственного цикла. Это позволяет сделать вывод, что в совершенствовании и интенсификации технологии планирования сосредоточены довольно большие резервы для повышения эффективности производства. В данной статье мы постараемся показать, как эта проблема решалась на Ингулецком горно-обогатительном комбинате (ИнГОКе, г. Кривой Рог, Украина) – ведущем производителем в своей отрасли. В целом ИнГОК – является крупным промышленным предприятием, которое занимается добычей, переработкой и обогащением железной руды. Оргструктура комбината (рис.1) включает 6 основных подразделений (цехов) и несколько десятков смежных подразделений, которые обеспечивают работу основных цехов. Годовое производство железорудного концентрата составляет более 13 млн. тонн, который поставляется на зарубежный и внутренний рынки.

Рис.1. Обобщенная схема оргструктуры основных подразделений ИнГОКа, задействованных в планировании (Карьер, ДФ - дробильная фабрика, РОФ - рудообогатительные фабрики, ЦТА – цех технологического автотранспорта, ЖДЦ – железнодорожный цех).

Основу технологии составляют процессы: добычи исходного сырья (руды) в карьере; транспортирование сырья; подготовки (дробления) и обогащения (повышения содержания полезного компонента).

В последние годы комбинат наращивает производственные мощности и активно внедряет новые передовые технологии. В связи с этим возрастает нагрузка на оборудование, повышается коэффициент его использования.

Это приводит к тому, что необходимо четкое и грамотное планирование работы всех цехов комбината, в противном случае стоимость ошибок планирования существенно возрастает.

Анализ показал, что одна из основных причин возникшей ситуации – устаревшая технология планирования производства, которая в практически неизменном виде просуществовала на комбинате десятки лет. Главный недостаток существующей методики планирования состоял в том, что она основывалась на усреднении большинства плановых показателей на месячном интервале. Это приводило к «загрублению» ряда важных параметров и несовпадению суточной производительности (объемов производства) различных подразделений, что было обусловлено существенными различиями в расчетах (каждый цех как бы делал план «под себя» без учета смежных подразделений).

В качестве наиболее оптимального выхода из этой ситуации было предложено перейти на единую технологию месячно-суточного планирования производства для всех цехов. В отличие от старой технологии планирования, основанной на месячной разбивке, новый подход позволяет производить более точные и оперативные расчеты на суточном интервале.

Теперь рассмотрим, как реализовывался данный подход.

В целом задача планирования состоит в том, что за достаточно короткий промежуток времени (как правило, последняя неделя месяца) необходимо согласовать работу на всех производственных этапах основной технологической цепочки: добыча (карьер) → транспортирование (ЦТА, ЖДЦ) → дробление (ДФ) → обогащение (РОФ-1, РОФ-2).

В соответствии с существующей технологией производства сотрудниками предприятия «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» и Криворожского территориального отделения Международной Академии компьютерных наук и систем (КрТО МАКНС) в содружистве с Криворожским техническим университетом был разработан проект автоматизированной системы совместного планирования работы основных цехов ИнГОКа. В основу проекта была положена усовершенствованная технология планирования.

В последующем предприятием «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» была осуществлена программно-техническая реализация данного проекта. Далее хотелось бы кратко ознакомить читателя с основными результатами этой работы.

Важной особенностью является то, что все подразделения комбината территориально рассредоточены на большой площади. Это предопределило необходимость использования сетевых технологий для доступа к данным. Поэтому архитектура новой системы планирования работы ИнГОКа (рис.2) включает централизованную БД с возможностью осуществления удаленных запросов и 6 удаленных автоматизированных рабочих мест в основных цехах с доступом по радиоканалам и модему.

Рис.2. Архитектура автоматизированной системы планирования работы основных подразделений ИнГОКа

Разработка и внедрение новой технологии планирования основных подразделений ИнГОКа происходила поэтапно. Попробуем показать особенности, отличия и преимущества новой технологии в разрезе всех подразделений.

Планирование работы дробильной фабрики (ДФ)

План работы дробильной фабрики в силу ряда причин является исходной отправной точкой для последующих процессов планирования других подразделений. Несмотря на это до внедрения новой системы все планирование ДФ велось практически в ручном режиме (т.е. с использованием бумажных носителей и максимум калькулятора). Это был достаточно трудоемкий процесс. Посудите сами.

Вначале было необходимо вручную распределить исходные плановые месячные объемы добываемой в карьере руды: в начале посуточно, а затем по сменам, бригадам, технологическим участкам, направлениям перевозки.

Для этого необходимо учитывать:

• общие объемы производства на последующий период (месяц), которые определяются плановым отделом комбината;
• графики плановых простоев фабрики, которые подготавливается механическими службами подразделения.

Далее (до внедрения) согласовывались по телефону либо курьером, и корректировалась суточная разбивка под график работы смежных подразделений. Хотя сбалансировать данные графики вручную было в принципе невозможно.

Результатами планирования является большой комплекс отчетов (более 30), которые ранее передавались в управление комбината, информационно-вычислительный центр и смежные цеха. Наиболее важные из них:

• недельно-суточные план-графики работы фабрики;
• графики плановых простоев оборудования;
 
• сводный план работы цеха в целом и по участкам, сменам (бригадам) с возможностью формирования нарастающим итогом с начала месяца.

Каждый из перечисленных документов содержит несколько сотен показателей (цифр), которые необходимо рассчитывать, анализировать, сверять, проверять и т.д. С учетом этого, процесс планирования занимал около недели: 5-7 рабочих дней (для сравнения, после автоматизации не более 1-2 часов). Причем, ранее совсем не были исключены ошибки ручного счета, многочисленное дублирование одной и той же информации, несогласованность данных между смежными цехами.

Рис.3. Пример фрагмента планирования ДФ

И все же самый «больной» вопрос – это перепланирование (не говоря уже об изначальной многоплановости, выборе наиболее оптимального плана из нескольких и т.д.). В комбинате в течение текущего месяца нередки изменения плановых объемов производства, смещения графиков ремонтов оборудования и т.д. Это означает, что все планы (а это тысячи взаимоувязанных показателей!) необходимо заново пересчитать и, причем не просто, а начиная с какого-то заданного числа текущего месяца. Т.е. до одной даты месяца действует старый план, после – новый. А теперь еще представим себе, что перепланирований может быть несколько...

Человек этого просто не осилит. Согласно ранее проводившихся исследований учеными "КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ" было показано, что на горнодобывающих предприятиях Кривбасса в период планирования и перепланирования производства уровень информационной нагрузки на человека превышает порог его восприятия иногда в 2-3 раза. А это приводит к "гарантированным ошибкам", исключить которые могут только современные информационные системы. 

В настоящее время реализован вариант автоматизации планирования работы ДФ с возможностью многовариантного планирования и перепланирования при необходимости изменения исходных показателей (объемов производства на произвольном месячном интервале, смещение графиков ремонтов, аварийных ситуаций и т.д.).

В процессе работы модуль позволяет автоматически формировать всю необходимую отчетность. В результате этого любое планирование/перепланирование занимает минимум рабочего времени.

Планирование работы обогатительных фабрик

Рудообогатительные фабрики являются заключительным звеном технологической цепочки в условиях ГОКа. Они выпускающие основную продукцию – концентрат. До настоящего времени процесс планирования на 2-х рудообогатительных фабриках (РОФ-1, РОФ-2) за всю историю существования ИнГОКа практически не автоматизировался. Исключение составляла лишь подготовка некоторых сводок на вычислительном центре комбината.

На первый взгляд планирование для РОФ осуществить достаточно просто. Необходимо взять выходную суточную разбивку плана дробильной фабрики и перераспределить объемы по секциям фабрики, а далее по сменам, бригадам пропорционально плановой производительности. Однако есть проблемы. Вмешиваются простои дробильной фабрики. Их нужно максимально согласовывать, а точнее практически подстраиваться под них. Т.е. стоит дробилка на ремонте, значит желательно в это время и планировать ремонты на РОФах. В противном случае не избежать перебоям в поставке исходного сырья (руды), внеплановых остановках оборудования и, по этой же причине, повышенному расходу электроэнергии, излишнему износу технологического оборудования и т.д.

Однако, задача согласования РОФ-1 - ДФ – РОФ-2 вручную также не простая. Например, одновременно согласовать дробилку и оба РОФ не представляется возможным. А если, допустим, согласовать простои РОФ-2 – ДФ, то для РОФ-1 возможен дефицит сырья. Тогда нужно создавать предварительный запас руды в бункерах на уровне не менее 30-50%. Короче, нужно постоянно рассчитывать грамотный компромисс распределения РОФ-1 - ДФ – РОФ-2. Это также осложняется тем, что общий износ технологического оборудования ДФ сейчас гораздо выше, чем на РОФах. Простои дробилки растут, и обогатители уже ощущают дефицит сырья.

Трудность формирования автоматизированной системы также заключалась в том, что РОФ-1 и РОФ-2 ИнГОКа работают по разной технологии (существенно отличаются технологические схемы, качественные характеристики входного сырья и способы его подачи).

В настоящее время разработанный комплекс компьютерных программ для планирования РОФ-1 и РОФ-2 учитывают все приведенные выше особенности и работают на единой с дробильной фабрикой БД. При этом предоставлены гибкие возможности для компьютерного перепланирования, многоплановости с выбором оптимального варианта. Автоматически осуществляется разброска планов по сменам и бригадам с учетом прямых и смещенных графиков работы. Формируется вся регламентированная отчетность комбината и ИВЦ.

Рис.4. Выходные формы АРМа планирования для РОФ-1

Полный цикл планирования работы одного РОФа (с учетом всех согласований) составляет – 1-2 часа (вместо 2-3 дней по старой технологии).

Планирование горных работ в карьере

Планирование работы карьера является наиболее сложным из всех цехов. В целом этот процесс основан на плане работы дробильной фабрики. При этом учитываются плановые посуточные и посменные объемы производства (переработки) ДФ; информация о простоях оборудования ДФ. Также необходимы общие плановые объемы по добыче руды и прочих работах в карьере на следующий месяц (данные из планового отдела комбината).

Выходные планы карьера являются исходной информации для планирования работы транспортных цехов (ЦТА и ЖДЦ, см. рис.1).

Нужно отметить, что задачи внутрицехового планирования работы карьера уже были ранее реализованы предприятием «КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ» и успешно эксплуатируются, начиная с 1998г.

И это помогло довольно быстро перевести наиболее сложное в плане планирования звено на компьютерную основу.

Наиболее трудоемкой была задача разбивки месячных объемов производства посуточно и посменно для основного технологического оборудования (экскаваторов) с учетом плановых простоев. Это задача математического программирования со многими неизвестными и ограничениями. Здесь необходимо одновременно учитывать объемы выработки, качественные показатели сырья, расстояния транспортирования и др. Количество ограничений при этом доходит до 1000.

Также сложностью формирования задач планирования работы карьера была задача распределение объемов вывоза горной массы по транспортным единицам (автомобили и ж/д локомотивы).

На основании сформированных и автоматически сбалансированных сотен таблиц рассчитываются выходные данные, которые в своих расчетах используют смежные транспортные цехи.

При этом после внедрения системы происходит автоматическое формирование для комбината сводной информации (отчетов):

• плановых технико-экономических показателей работы оборудования карьера;
• план производства по видам оборудования, участкам, видам работ и видам горной массы;
• план производства по участкам, с возможностью использования различных графиков работы (2-х и 3-х сменных);
• план использования оборудования по участкам и по типам.

Несмотря на общую сложность задач планирования работы карьера, использование компьютерных технологий позволило сократить данный процесс до 1 рабочего дня.

Планирование работы транспортных цехов

Транспортные цехи осуществляют вывоз горной массы из карьера, а также могут быть задействованы в прочих хозработах. 

На основании выходных планов карьера в задачах транспортных цехов рассчитывается необходимая производительность, количество транспортных единиц, которое необходимо задействовать в работе. Предусмотрена возможность перепланирования при изменении выходных планов карьера. 

Основное отличие старой и новой технологий – это опять таки переход на более точные месячно-суточные планы. Правда, здесь необходимо заметить, что и ЦТА и ЖДЦ ранее также рассчитывали суточную производительность. Однако месячные объемы разбрасывались равномерно по суткам, что на самом деле не соответствует реальным рудничным объемам.

Рис.5. Элементы задачи планирования транспортного цеха

Таким образом, применение новой единой технологии планирования работы основных цехов позволило полностью согласовать взаимодействие карьера и транспортных цехов на суточном интервале и ликвидировать бывшие проблемы. В результате чего была повышена точность и оперативность составления планов на суточном интервале. Общая производительность при составлении планов возросла в 8-10 раз.

Существенными результатами внедрения новой системы планирования может стать в дальнейшем улучшение ряда технико-экономических показателей работы предприятия. А именно:

• сокращение средней дальности транспортирования горной массы на 3-5%, что влечет за собой снижение себестоимости работ карьера и транспортных подразделений (ЦТА, ЖДЦ);
• увеличение показателей использования оборудования до 3% за счет сокращения общего времени плановых простоев технологического оборудования;
• уменьшение расхода электроэнергии на 2-3% за счет более равномерного (согласованного) графика плановых ремонтов дробильной и обогатительных фабрик.
 

Внедрение системы от разработки технического задания до сдачи "под ключ" было проведено в максимально сжатые сроки (1 мес.).

В заключении хотелось бы отметить техническую дальновидность руководства комбината, которое всячески способствует внедрению прогрессивных компьютерных технологий в производство, что очень важно для сертификации продукции предприятие и самого производства на соответствие международным стандартам ISO.

В святи с этим ИнГОК активно» внедряет геоинформационные системы для цифрового моделирования геологических залежей, составления генплана предприятия и ряд других.

Предприятие "КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ" (Украина) – занимается разработкой комплексных систем управления предприятием (КСУП), геоинформационных систем с 1995 г.

//Мир техники и технологий. - №5. – 2003. – С. 64-66.

© КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ.

Копирование, тиражирование и любое другое использование запрещено
без письменного разрешения КРИВБАССАКАДЕМИНВЕСТ.