Планирование и управление дискретным производством

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Д. В. Капулин, Р. Ю. Царёв,  
Е. Е. Носкова, А. С. Черниговский 
 
 
ПЛАНИРОВАНИЕ  И  УПРАВЛЕНИЕ  
ДИСКРЕТНЫМ  ПРОИЗВОДСТВОМ 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2016 

 

УДК 004.896:658.52.011.56 
ББК  32.966-64 
П791 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
А. В. Мурыгин, доктор технических наук, профессор, заведующий 
кафедрой информационно-управляющих систем ФГБОУ ВО СибГАУ; 
Ю. М. Князькин, доктор технических наук, профессор, главный специалист АО «Информационные спутниковые системы имени академика 
М. Ф. Решетнёва» 
 
 
 
 
 
П791 
 
Планирование и управление дискретным производством : 
монография / Д. В. Капулин, Р. Ю. Царёв, Е. Е. Носкова, А. С. Черниговский. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2016. – 194 с. 
ISBN 978-5-7638-3494-9 
 
Изложены основные принципы сетевого планирования и управления 
производственными процессами на основе метода критического пути, PERT- 
и GERT-сетей. Рассмотрены особенности построения комплексной автоматизированной системы планирования и оперативного управления для поддержки процессов мелкосерийного производства электронных изделий. 
Предложены математический аппарат модифицированных GERT-сетей 
и математическое обеспечение автоматизированной исследовательской системы на их основе. Приведены подходы к организации предпроектных работ, проектирования и разработки систем автоматизированного сетевого 
планирования и оперативного управления производственными процессами.  
Предназначена для специалистов, интересующихся проектированием 
систем планирования и управления, производственными логистическими 
системами и процессами, а также организацией информационной инфраструктуры производственных предприятий. 
 
Электронный вариант издания см.: 
УДК 004.896:658.52.011.56 
http://catalog.sfu-kras.ru 
ББК 32.966-64 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7638-3494-9 
© Сибирский федеральный 
университет, 2016  

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
Список сокращений ....................................................................................  
5 
 
Введение ........................................................................................................  
7 
 
Глава 1. Принципы сетевого планирования и управления 
производством .............................................................................  
8 
1.1. Роль и место систем планирования в производственном 
процессе .........................................................................................  
9 
1.2. Особенности сетевого планирования и управления 
производством. Сетевой график ..................................................  14 
1.3. Построение календарных планов предприятия. Линейные 
календарные планы .......................................................................  20 
1.4. Построение сетевых графиков .....................................................  22 
1.5. Оптимизация сетевых графиков ..................................................  30 
 
Глава 2. Метод оценки и пересмотра планов ........................................  34 
2.1. Особенности применения PERT-метода для определения 
критического пути ........................................................................  34 
2.2. Распределение ресурсов ...............................................................  40 
2.3. Соотношение между временем и затратами ..............................  45 
2.4. Пример применения PERT-метода ..............................................  46 
 
Глава 3. Модифицированный метод графической оценки  
и анализа GERT ...........................................................................  51 
3.1. Математическая модель GERT-сети ...........................................  51 
3.2. Математическая модель модифицированной GERT-сети ........  60 
3.3. Алгоритмы расчета модифицированной GERT-сети ................  75 
3.4. Алгоритмическая GERT-процедура определения 
нормативного времени выполнения параллельных процессов 
в условиях неопределенности ......................................................  102 
 
Глава 4. Особенности внедрения методов и моделей сетевого 
планирования ..............................................................................  112 
4.1. Анализ и алгоритмизация процедур сетевого планирования ..  113 
4.2. Организация работы системы производственного 
планирования .................................................................................  119 
4.3. Проектирование системы сетевого планирования ....................  126 
 
Глава 5. Разработка приложения сетевого планирования и 
управления ...................................................................................  139 
5.1. Формирование массивов входных данных .................................  139 
5.2. Процесс разработки приложения сетевого планирования .......  145 

Глава 6. Проектирование и разработка системы оперативного 
производственного планирования ..........................................  164 
6.1. Формирование требований к системе оперативного 
производственного планирования ...............................................  165 
6.2. Проектирование логической структуры и архитектуры 
системы ..........................................................................................  170 
6.3. Проектирование динамических аспектов реализации 
системы ..........................................................................................  181 
6.4. Система оперативного производственного  
планирования T-MES ....................................................................  183 
 
Заключение ...................................................................................................  190 
 
Список литературы .....................................................................................  191 
 
 

Список  сокращений 

5 

СПИСОК  СОКРАЩЕНИЙ 
 
 
АСУП 
– автоматизированная система управления предприятием 
АСУПП – автоматизированная система управления производственным 
процессом 
АСУТП 
– автоматизированная система управления технологическим 
процессом 
БД 
– база данных 
КД 
– конструкторская документация 
МГ 
– модифицированная GERT-сеть 
МКП 
– метод критического пути 
СПУ 
– сетевое планирование и управление 
СУБД 
– система управления базами данных 
APS 
Advanced Planning & Scheduling – концепция синхронного 
производственного планирования (оптимальное календарное 
планирование) 
CASE 
Computer-Aided Software Engineering, Computer-Aided System 
Engineering – набор инструментов и методов программной 
инженерии для проектирования программного обеспечения, 
применяемый с целью обеспечения высокого качества программных продуктов, исключения ошибок и простоты обслуживания; совокупность методов и средств проектирования информационных систем с использованием CASE-инструментов 
(CASE-tools) 
ERP 
Enterprise Resource Planning – планирование ресурсов предприятия 
ERPсистема 
– информационная система управления производственной деятельностью предприятия, используемая для планирования 
и идентификации всех материальных/нематериальных ресурсов 
производственного предприятия в целом, необходимых для 
осуществления производственно-хозяйственной деятельности 
GERT 
Graphical Evaluation and Review Technique – метод графической оценки и пересмотра планов 
MES 
Manufacturing Execution System – производственная исполнительная система, информационная система управления производственной деятельностью предприятия, предназначенная 
для формирования расписаний работы оборудования и оперативного управления производственными процессами цехового 
уровня, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства 

Список  сокращений 

6 

MPS 
Master Production Schedule – объемно-календарный план 
MRP 
Material Requirement Planning – методология планирования 
материальных потребностей 
MRP II 
Manufacturing Resource Planning – методология планирования 
производственных ресурсов 
MVC 
Model – View – Controller (модель – представление – контроллер) – схема использования нескольких шаблонов проектирования, с помощью которых модель приложения, пользовательский интерфейс и взаимодействие с пользователем разделены 
на три отдельных компонента таким образом, чтобы модификация одного из компонентов оказывала минимальное воздействие на остальные 
OEE 
Overall Equipment Effectiveness – общая эффективность оборудования; система анализа общей эффективности работы оборудования, предназначенная для контроля и повышения эффективности производства и основанная на измерении 
и обработке конкретных производственных показателей 
PERT 
Project Evaluation and Review Technique – метод оценки и пересмотра планов 
PLM 
Product Lifecycle Management – управление жизненным циклом продукции 
SCADA 
Supervisory Control and Data Acquisition – информационная 
система контроля и управления производственным (технологическим) процессом 
UML 
Unified Modeling Language – унифицированный язык моделирования 
 
 

Принципы сетевого планирования и управления производством 

7 

ВВЕДЕНИЕ 
 
 
В современных условиях обеспечить научно-производственному 
предприятию надлежащее функционирование может только эффективная 
система управления его производственной деятельностью. Разработанные 
плановые здания или решения руководителей производственных подразделений должны определять строгий и четкий во времени порядок выполнения запланированных работ. Этому соответствует разработка оперативнокалендарных планов и сменно-суточных заданий на уровне цехов, участков 
и рабочих мест. Учитывая частую смену производственных заданий, возникновение внеплановых работ, смену поставщиков и движение сроков выполнения заказа, система планирования на предприятии может быть эффективно реализована с использованием сетевых моделей и методов, интегрированных решений класса MES и APS. Применение сетевых методов 
позволит поднять эффективность планирования в условиях многофакторной 
оптимизации, связанной с получением и переработкой информации, рациональным распределением ресурсов, построением взаимоотношений различных организаций или подразделений. От многочисленных исследований отдельных аспектов сетевых методов планирования и управления следует 
осуществить переход к системному практическому использованию методологии планирования. В литературе и практике широко закрепилось отношение к сетевому планированию не только как к методу анализа, но и как 
к развитой системе планирования и управления, приспособленной для решения широкого круга задач, в том числе задач оперативного управления 
производством. При этом стоит рассмотреть применение на практике различных сетевых методов: метод критического пути, метод оценки и пересмотра планов PERT, метод графической оценки и анализа GERT.  
Реализацию методов сетевого планирования стоит рассматривать совместно с системами оперативного производственного планирования, призванными оптимизировать сложные производственные процессы. Следует 
стремиться к реализации интегрированной компьютерно-сетевой архитектуры, способствующей эффективному управлению производственным процессом. Такие комплексные информационно-аналитические системы будут способны предоставлять информацию, которая обеспечит оптимизацию производства (от стадии заказа до выпуска конечной продукции). Используя 
точный сбор текущих данных, система будет способна динамически отслеживать и корректировать весь производственный процесс. Тем самым будет 
налажено оперативное отслеживание постоянно меняющихся условий и устранение издержек, реализовано необходимое информационное обеспечение 
для управления производством в интерактивном режиме. 

Глава 1 

8 

Глава 1 

 
ПРИНЦИПЫ  СЕТЕВОГО  ПЛАНИРОВАНИЯ  
И  УПРАВЛЕНИЯ  ПРОИЗВОДСТВОМ 
 
 
Управление производством представляет собой направленное 
воздействие на трудовые коллективы с целью эффективной организации их деятельности. В свою очередь предприятие – это организованное объединение взаимосвязанных подсистем, комплексов или частей, 
представляющее собой социально-экономическую систему. Такая 
сложная система является особым видом объединения, обладающим 
качествами, отсутствующими у каждого из элементов системы. Разработка и эксплуатация средств организации взаимодействия элементов 
системы (структурных единиц предприятия, коллектива сотрудников, 
оборудования, технологических линий и т. п.) входит в задачи управления производством. Таким образом, современное производственное 
предприятие сложная организационно-техническая система, являющаяся важнейшим элементом экономики общества, базовой основой для 
создания и функционирования высокотехнологичных инновационных 
процессов. 
Эффективность производства и работы предприятия в целом может определяться объемом выпуска продукции и возникающими при 
этом издержками как производственного, так и непроизводственного характера. Организация дискретного производства, отличающегося проектным характером разработки и выпуска продукции (производство 
продукции малой серией), связана с планированием и управлением номенклатурой выпускаемых и покупных изделий, постоянным увеличением сложности и высокой сменяемостью продукции, использованием 
механизмов авторского надзора и т. д. Работа производственного предприятия при этом резко усложняется, но одновременно растет уровень 
ответственности за принятие управленческих решений. Повышение эффективности функционирования производства в таких условиях возможно за счет внедрения методов и инструментальных средств планирования и управления, что будет способствовать снижению стоимостных 
и временных издержек. Решение такого рода задач невозможно без комплексной автоматизации, организации единого информационного пространства предприятия, объединяющего информационные потоки, поддерживающие процессы планирования производства и финансовохозяйственного управления [1]. 

Принципы сетевого планирования и управления производством 

9 

1.1. Роль и место систем планирования  

в производственном процессе 
 
Структура предприятия – это состав и соотношение его внутренних 
подразделений, представляющих единый хозяйственный объект. Факторами, определяющими структуру предприятия, являются характер продукции и технологии ее изготовления, масштаб производства, степень специализации предприятия, внешней кооперации [2]. Структура конкретного 
предприятия постоянно корректируется под воздействием производственно-экономической конъюнктуры, научно-технического прогресса и социально-экономических процессов. Наряду с этим при всем многообразии 
структур все производственные предприятия имеют идентичные функции, 
главные из которых изготовление и сбыт продукции. Помимо этого каждое 
предприятие (независимо от его размеров, отраслевой принадлежности 
и уровня специализации) постоянно ведет работу по оформлению заказов 
на изготовление продукции, организует ее сохранность и сбыт заказчику, 
обеспечивает закупку и поставку необходимого сырья, материалов, комплектующих изделий, инструмента, оборудования и энергоресурсов. Для 
координации деятельности работников предприятия создаются органы 
управления, на которые возлагаются задачи определения долгосрочной 
стратегии, координации и контроль текущей деятельности персонала, 
а также найма, оформления и расстановки кадров. Все структурные звенья 
предприятия, таким образом, взаимодействуют с помощью системы управления, которая становится его головным органом. 
Потребность в совершенствовании системы производственного планирования и управления обусловлена развитием объективных процессов 
усложнения производственных и хозяйственных связей: ростом объемов 
работ по сбору и обработке информации, изменением (расширением) направлений деятельности предприятий. Особое место здесь занимает проблема сбора и обработки информации, решение которой должно быть направлено на повышение качества принимаемых управленческих решений. 
Результаты проведенных исследований показывают, что в ряде случаев 
фактические потоки информации примерно в 4–5 раз превышают человеческую способность ее восприятия и переработки [3]. По этой причине 
при производственном планировании эффективно используется только 
часть информации, что в итоге сказывается на производственном процессе. Статистические данные свидетельствуют, что низшее, а часто и среднее звено руководства тратит не менее 40–50 % рабочего времени на сбор 
информации и составление отчетов. Поэтому эффективно только такое 
управление, которое позволяет в сжатые сроки обрабатывать возрастающие потоки информации, использовать объективно необходимое число 

Глава 1 

10 

содержащихся в ней показателей. Решение проблемы возможно лишь 
с помощью развития информационных систем производственного планирования и управления.  
Основная цель построения автоматизированных систем планирования и управления заключается в повышении эффективности управления 
предприятием на основе совершенствования методов планирования и гибкого регулирования управляемого процесса. Такие системы являются частью единого информационного пространства предприятия, которое имеет 
иерархическую информационную структуру в соответствии с основными 
управленческими функциями (рис. 1.1) [1, 4]: 
 верхний уровень управления предприятием (административнохозяйственный) решает стратегические задачи, а соответствующая ERPсистема обеспечивает управление ресурсами в масштабе предприятия 
в целом, включая часть функций поддержки производства;  
 средний уровень управления (производственный) решает задачи 
оперативного управления процессом производства, а соответствующие 
информационные системы (MES, APS) обеспечивают эффективное использование ресурсов и оптимальное исполнение плановых заданий на уровне 
подразделения предприятия;  
 низшие уровни технологического управления решают классические задачи управления технологическими процессами. 
Каждый уровень управления характеризуется своей интенсивностью 
циркулирующей информации, масштабом времени и набором функций. 
Контур управления уровнем технологических процессов является самым 
интенсивным по объему информации и самым жестким по времени реакции, которое может составлять секунды или миллисекунды. В верхнем 
уровне слоя АСУТП (рис. 1.1) происходит накопление и обработка большого числа технологических параметров и создается информационная база 
исходных данных для уровня управления производством. 
Уровень управления производством опирается на обработанную информацию, поступающую как от АСУТП, так и других служб производства. Интенсивность информационных потоков здесь существенно ниже 
и связана с задачами оптимизации заданных производственных показателей. Типовое время циклов управления составляют минуты, часы, смены, 
сутки. Оперативное управление производством на этом уровне управления 
осуществляется специалистами, которые более детально, чем высший менеджмент, владеют производственной ситуацией. 
Уровень управления предприятием (стратегический) освобождается 
в этом случае от решения оперативных задач производства и обеспечивает 
поддержку бизнес-процессов предприятия в целом. Поток информации от 
производственного блока становится минимальным и включает в себя аг

Принципы сетевого планирования и управления производством 

11 

регированную управляющую и отчетную информацию по стандартам ERP 
с типовым временем контроля (декада, месяц, квартал), а также аварийные 
сигналы, требующие немедленного вмешательства высшего менеджмента 
предприятия. 
 
 

 
 
Рис. 1.1. Информационные уровни управления производственным 
предприятием 
 
 
Как правило, автоматизация процессов планирования реализуется на 
уровне управления производством с использованием MES/APS-систем 
и предприятием с использованием систем класса ERP. При этом работа 
этих уровней информационно взаимозависима, что подразумевает использование интегрированного решения, автоматизирующего процессы планирования. Причем в такой интеграции должны участвовать не только указанные системы поддержки производственных процессов, но и системы, 
предназначенные для обработки информации об изделиях (PLM). В этом 
случае можно говорить, что комплексная автоматизация и эффективность 
планирования в рамках такого подхода многократно выше, нежели в условиях информационного «разрыва» производства и проектирования изделий. Для реализации единого информационного пространства следует объединять PLM-системы с уровнями управления предприятием и производством, так как именно на этих уровнях создается и потребляется 
значительная часть информации о выпускаемой продукции с целью организации производственного планирования (рис. 1.2) [5]. 

Глава 1 

12 

 
 
Рис. 1.2. Информационная структура управления производственным 
предприятием 
 
 
Таким образом, системы планирования применимы на различных 
уровнях управления производственным предприятием. Учитывая сложность современных производственных процессов, при практической 
реализации алгоритмов планирования отдают предпочтение сетевым методам. Это позволяет использовать графические методы планирования 
в сочетании с элементами вероятностных моделей распределения длительности на отдельных этапах выполняемых работ. В процессах производственного планирования сетевые методы находят широкое распространение. С их помощью можно обеспечить качество и координацию 
действий в случаях, когда достижение целей планирования зависит от 
многих факторов, связанных с получением и переработкой информации, 
рациональным распределением ресурсов и построением взаимоотношений различных организаций или подразделений. Использование алгоритмов сетевого планирования на предприятиях позволяет провести визуализацию сложных процессов управления, повысить их эффективность, а также осуществить разностороннее исследование системы 
управления проектом и организацией в целом. Основной для сетевого 
планирования является сетевая модель, в которой комплексные задания 
разбиваются на отдельные (с четко распределенными работами, расположенными в технологической последовательности их выполнения). Параметры работ, входящих в сетевую модель, задаются разработчиком на 
основе нормативных данных или исходя из личного производственного 
опыта.