Metody i modele optymalizacji produkcji z wykorzystaniem

Wojciech Wojciechowicz
Instytut Informatyki, Politechnika Poznańska
Stypendysta projektu pt. „Wsparcie stypendialne dla doktorantów na kierunkach uznanych
za strategiczne z punktu widzenia rozwoju Wielkopolski”, Poddziałanie 8.2.2 Programu
Operacyjnego Kapitał Ludzki
Metody i modele optymalizacji produkcji z wykorzystaniem
algorytmów szeregowania zadań w systemach przepływowych
Głównym celem pracy doktorskiej jest opracowanie metod i modeli optymalizacji
produkcji w oparciu o algorytmy szeregowania zadań w systemach przepływowych (ang.
flow-line production systems). Praca ta jest inspirowana realnymi problemami sterowania
wielowariantową produkcją masową, w szczególności produkcją samochodów osobowych.
Autor rozprawy skupia się na analizie systemów produkcyjnych oraz proponuje własne
algorytmy i modele mogące zwiększyć efektywność systemów produkcyjnych. Szczególny
nacisk jest położony na opracowanie algorytmów sterujących automatyką przemysłową (linie
produkcyjne, bufory, stacje montażowe) które to zwiększyłyby wydajność i efektywność
obecnych systemów produkcyjnych.
Przemysł motoryzacyjny jest kluczową gałęzią dzisiejszej gospodarki nie tylko Polski,
ale także całej Unii Europejskiej. Odpowiada on za ok 10% produkcji przemysłowej i ok 5%
PKB Polski. Ok 12 milionów obywateli UE jest zatrudnionych właśnie w branży „automotive”.
Ponadto przemysł ten jest silnym motorem napędzającym inne sektory gospodarki – np.
stalowy, tekstylny czy ICT.
Z drugiej zaś strony, przemysł ten jest szczególnie podatny na zmiany w sytuacji
ekonomicznej. I tak, obecna recesja gospodarcza bardzo widocznie i negatywnie wpływa na
sytuacje branży, w szczególności produkcję nowych samochodów osobowych. Rynek ten
zmniejszył się w roku 2012 o 8% - i jest to piąty rok recesji z rzędu. Ponadto, jest to także
największy spadek od prawie 20. lat.
Sytuacja ta jest szczególnie istotna z perspektywy województwa wielkopolskiego –
gdyż jest to region, gdzie szczególnie istotną rolę w gospodarce lokalnej odgrywa sektor
motoryzacyjny. To tutaj zlokalizowane są duże zakłady produkcyjne (np. VW Poznań, Solaris
Bus&Coach), a przemysł ten ma istotny udział w PKB i WDB regionu. Wg. raportu DGA i
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego
PBS branża ta stanowi podstawy gospodarcze wielkopolski. Firma MAN jest największym
eksporterem autobusów w Polsce, zakład Volkswagen Poznań (VWP) jest za to największym
pracodawcą w regionie. Sama firma VWP zatrudnia ponad 6 100 osób; dodatkowo w samym
swarzędzkim parku dostawców funkcjonuje 10 firm produkujących komponenty na potrzeby
tej fabryki, zatrudniając około 500 osób. Łańcuch dostawców na terenie wielkopolski jest
oczywiście zdecydowanie większy. Optymalizacja procesu produkcyjnego jest szansą na
zwiększenie rentowności produkcji.
Zakłady produkcyjne coraz częściej stosują politykę Just in Time. Polega ona na
redukcji zapasów w całym procesie produkcyjnym do minimum. Ciekawym rozwinięciem JiT
jest polityka Just in Sequence (JiS), gdzie nie tylko dostarczamy minimalny konieczny
wolumin półproduktów, ale także są one ustawione w odpowiedniej kolejności. Obecnie
obserwuje się bardzo duże zainteresowanie branż produkcyjnych tą polityką. Wśród
znaczących korzyści gospodarczych które ona dostarcza wymienić należy:
•
zwiększenie efektywności i wydajności linii produkcyjnych,
•
redukcja buforów koniecznych do utrzymania ciągłości produkcji,
•
redukcja środków kapitału zamrożonego w niezbędnych zapasach (w tym
półproduktów na liniach produkcyjnych - tzw. „work in progress” i komponentów
składowanych na magazynach),
•
redukcja zapasów (w tym zapasów bezpieczeństwa) w całym łańcuchu dostaw,
•
zwiększenie ROA (Return On Assets) przedsiębiorstwa bez degradacji jakości,
elastyczności czy efektywności produkcji,
Jednakże wdrożenie polityki Just in Time, a tym bardziej Just in Sequence nie jest
zagadnieniem trywialnym. Główną trudnością (w szczególności w implementacji polityki JiS)
jest wymóg wysokiej jakości (tutaj - stabilnej) sekwencji produkcji – tak, aby można było z
wyprzedzeniem ustawić podzespoły w odpowiedniej kolejności. Jest to jednak trudno
osiągalne, gdyż w procesie produkcyjnym sekwencja ulega zaburzeniom – zarówno
deterministycznym jak i niedeterministycznym, a problem resekwencjonowania jest trudny
obliczeniowo (T. Kis, 2004). Ponadto optymalna dla jednego działu sekwencja często bywa
niewłaściwa dla pozostałych działów.
Rozwiązania algorytmiczne będące przedmiotem tej rozprawy pozwolą na zwiększenie
wydajności i elastyczności produkcji bez konieczności zmiany infrastruktury w zakładach
produkcyjnych.
Praca doktorska współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach
Europejskiego Funduszu Społecznego