B.I.S.P. Dumitrescu [SEM 2]

UNIVERSITATEA PETROL-GAZE DIN PLOIETI FACULTATEA DE INGINERIE MECANIC I ELECTRIC CATEDRA T. F. M. I.

BAZELE INGINERIEI SISTEMELOR DE PRODUCIESuport de Curs(IDD)pentru specializarea:

Inginerie Economic n Domeniul Mecanic Anul II, Semestrul 4

PARTEA NTI

Conf. dr. ing. Andrei Dumitrescu

2010

Bazele Ingineriei Sistemelor de Producie (IDD) Partea I

2

Capitolul 1 Noiuni Introductive

Cap. 1. NOIUNI INTRODUCTIVEn cadrul acestui prim capitol, introductiv, al cursului, este prezentat obiectul i coninutul acestuia, alturi de o serie de concepte de baz din ingineria sistemelor de producie (sistem, producie, optimizare etc.). Este, de asemenea, introdus conceptul de sistem complex industrial i este inclus o prezentare general a domeniului cercetrii operaionale.

1.1. Obiectul i coninutul cursuluiObiectivul cursului de Bazele ingineriei sistemelor de producie este nsuirea de ctre studeni a noiunilor de baz ale Ingineriei sistemelor de producie, noiuni care urmeaz apoi a fi aprofundate la alte cursuri, cum ar fi: Ingineria sistemelor de producie, Ingineria valorii produsului, Modelarea i simularea sistemelor de producie, Analiza economic a sistemelor, Sisteme flexibile de fabricaie, Managementul resurselor umane, Tehnologii de fabricaie, Managementul proiectelor. Obiectul disciplinei Ingineria sistemelor de producie este prezentat n paragraful 1.3.3. Prima parte a cursului este structurat pe urmtoarele capitole (n afara celui introductiv): Metode ale ingineriei sistemelor de producie (acest capitol reprezint o introducere la unele cursuri viitoare, ca: Ingineria sistemelor de producie, Ingineria valorii); Programarea matematic (acest capitol este dedicat studierii metodelor programrii matematice, cele mai des utilizate metode ale Cercetrii operaionale; vor fi studiate programarea liniar, neliniar i cea dinamic). Teoria jocurilor i teoria echipamentelor (acest capitol este dedicat n special studierii altor dou metode ale Cercetrii operaionale, teoria jocurilor i teoria echipamentelor, la care se adaug noiuni de baz din teoria probabilitilor, necesare pentru nelegerea metodelor prezentate).

3


Prezentarea fiecrui capitol se ncheie cu o serie de ntrebri de verificare. Este, de asemenea, indicat timpul mediu necesar nsuirii cunotinelor pentru fiecare capitol.

1.2. Concepte fundamentalen acest subcapitol, vor fi prezentate conceptele de baz din Ingineria sistemelor de producie (i din Ingineria sistemelor n general) pornind de la noiunea fundamental, frecvent ntlnit i n alte discipline cea de sistem. n continuare, sunt definite o serie de alte noiuni importante, cum ar fi: producie, sistem de producie, control, decizie, optimizare, conducere, informaie, modelare etc.

1.2.1. Noiunea de sistem. Clasificri i exempleCuvntul sistem provine din limba greac, fiind alctuit din combinaia cuvintelor syn (mpreun) i histanai (a pune, a aeza). Definiia 1: n accepiunea tiinific general a termenului, sistemul este un ansamblu de elemente (obiecte) diferite, aflate n sau capabile de interaciune [i alctuind un tot unitar (organizat)], integrate n vederea realizrii unui anumit scop (obiectiv). Observaia A: Din punct de vedere tehnic (ingineresc), este esenial atributul de SCOP (definit prin realizarea unui program sau obiectiv dat sau stabilit anterior). Atingerea acestuia se realizeaz prin utilizarea adecvat i controlul resurselor disponibile ale sistemului, care sunt ntotdeauna limitate. n evoluia sistemului, singurul lucru care intereseaz este realizarea, n condiii optimale, a acestui scop. Observaia B: Elementele sistemului pot fi: operatori umani (fora de munc), materiale, mijloace (instalaii) de producie, tehnologii, energie, capital, informaie (n sens larg, oameni i maini vezi paragraful 1.2.3). Observaia C: Precizarea introdus ntre paranteze drepte nu este esenial n definiia 1 de mai sus i, ca urmare, ar putea lipsi. Observaia D: Definiia 1 se aplic, n general, obiectelor (sistemelor) fizice (reale). Exist i aa-numitele sisteme teoretice (conceptuale) n care elementele sunt concepte, adic idei tiinifice sau filozofice, mrimi fizice,

4


propoziii, teoreme, axiome etc. Astfel de sisteme NU constituie obiectul ingineriei sistemelor. Prezentm totui n continuare cteva variante de definiii i exemple i pentru astfel de sisteme. Definiia 2: (a) Sistemul este un ansamblu coerent de idei care pune ordine ntr-un domeniu de gndire teoretic (tiinific sau filozofic). (b) Sistemul este un ansamblu ordonat care reglementeaz clasificarea materialului ntr-un domeniu al tiinei (este rezultatul unei clasificri). Exemple (de sisteme teoretice, corespunztoare definiiei 2): - pentru varianta (a): sisteme de axiome (cel al Geometriei .a.), sisteme filozofice (ansamblu ordonat de idei, constituind o concepie unitar i integral despre natur, gndire i societate); - pentru varianta (b): sistemul periodic al elementelor, sisteme de uniti de msur, sisteme metalografice, sisteme algebrice (de exemplu: Corp, Grup), sisteme de numeraie. Clasificri ale sistemelor: Exist mai multe criterii utile de clasificare, dintre care n continuare sunt indicate cele mai importante. 1. Din punctul de vedere al elementelor ce alctuiesc sistemul: sisteme teoretice (vezi definiia 2 i exemplele de mai sus); sisteme fizice (alctuite din obiecte reale/fizice vezi definiia 1), care, la rndul lor, se pot clasifica n: sisteme naturale, ca, de exemplu cele biologice (orice organism viu sau pri ale sale) sau cele astronomice (cel solar, planetar etc.), care ns nu constituie de regul obiectul ingineriei sistemelor, cu excepia organismelor vii (n special, corpul uman i pri ale sale); sisteme de tip artificial (create de om), cum sunt cele tehnice (vezi paragraful 1.2.3 inclusiv pentru exemple), dar i societatea uman n ansamblu sau anumite fenomene economice i/sau sociale, care pot fi asimilate unor sisteme i, ca urmare, pot fi studiate cu ajutorul ingineriei sistemelor.

5


2. Din punctul de vedere al existenei schimbului (de substan, energie sau informaie) cu mediul exterior: sisteme deschise (exist schimb complet cu exteriorul sau cu alte sisteme); sisteme nchise, la care exist doar schimb de informaie i/sau energie cu exteriorul (nu i de substan) i care reprezint o idealizare. 3. Din punctul de vedere al evoluiei n timp a sistemului: sisteme statice, care nu evolueaz n timp i reprezint o idealizare; sisteme staionare, cu evoluie constant n timp, dar care prezint schimb de energie cu mediul exterior; sisteme dinamice, care evolueaz, lent sau rapid, n timp. Exist i o categorie intermediar, sistemele cvasistatice, cu o evoluie extrem de lent n timp i care pot fi asimilate, n orice moment, unui sistem static. n figura 1.1 este prezentat o schem posibil a clasificrii sistemelor, care ilustreaz grafic cele trei criterii prezentate anterior. Urmtoarele noiuni sunt, dup cum se poate observa din cele prezentate n acest paragraf, strns legate de conceptul de sistem i, n special, de factorul scop al acestuia: resurse, control, decizie, comand, reglare, conducere, optimizare, informaie. Toate aceste noiuni sunt definite n continuare.

1.2.2. Noiunea de resurs. Categorii de resurseDefiniie: Resursele reprezint rezerve de mijloace susceptibile a fi valorificate n vederea realizrii unui obiectiv (scop al unui sistem). Clasificare a resurselor: n cazul unei uniti economice (industriale), resursele se clasific n urmtoarele cinci categorii principale, care reprezint elemente de intrare n sistemul de producie (definit n paragraful 1.2.4): resurse materiale, alctuite din mijloace de munc / producie (unelte, echipamente, utilaje etc.) i obiectul muncii (materii prime, semifabricate etc.); resurse financiare (bneti), care alctuiesc capitalul; resurse energetice;

6


resurse umane (fora de munc), alctuite din totalitatea aptitudinilor (ndemnrii) angajailor (personalului) unitii economice; informaia (cunotinele aflate n posesia unitii i a angajailor si), care cuprinde proiectele produselor, tehnologiile etc.

TEORETIC SISTEM (structural) FIZIC ARTIFICIAL

NATURAL

DESCHIS SISTEM (schimburi) NCHIS

STATIC

f(t)

SISTEM f(t)

STAIONAR

f(t) = const. CVASISTAIONAR f slab (t)

DINAMIC NESTAIONAR

df (t ) 0 dt

Figura 1.1

1.2.3.

Sisteme tehnice i sisteme om-main

Definiie: Sistemele tehnice sunt acele sisteme care au drept obiecte elemente realizate total sau parial prin procedee tehnice, adic elemente artificiale.

7


Elementele unui sistem tehnic sunt, de regul, complexe tehnologice (organe de maini, mecanisme, aparate, dispozitive, maini n sine, echipamente, utilaje i instalaii de orice fel, subsisteme ale acestora de reglare, control, comand etc.), dar i orice alt ansamblu artificial (cldiri sau alte construcii industriale, ci de comunicaie osele, ci ferate, poduri, tuneluri, diguri etc.). Orice astfel de element se numete main (n sens larg) i poate, la rndul su, s reprezinte un sistem tehnic. Sistemul tehnic este utilizat pentru studiul activitilor din economie (industrie, transporturi, servicii, agricultur etc.), cercetare, chiar gospodrie, precum i al altor activiti umane. Exemple (de sisteme tehnice): utilaje i instalaii complexe, linii automate de fabricaie, aparate electrocasnice, sistemele tehnologice (definite ca fiind un ansamblu structurat de mijloace de producie, legate ntre ele prin relaii bine stabilite, ale crui funciuni sunt sarcinile de producie), .a.m.d. O categorie de sisteme, parial tehnice, o constituie sistemele om-main. Definiie: Sistemul om-main este un sistem ce integreaz funcii umane i tehnologice (oameni i maini n sens larg), cu o reea de informaie comun, n structuri ce tind s devin tot mai complexe. Exemple: sistemul de producie (definit n paragraful 1.2.5 constituie principalul obiect de studiu al Ingineriei sistemelor de producie), sistemul complex industrial (reprezint cazul particular cel mai reprezentativ de sistem de producie). Sistemele tehnice i cele om-main constituie principalul obiect de studiu al disciplinei intitulate ingineria sistemelor.

1.2.4. Noiunea i fenomenul producieiNoiunea de producie este un termen cu dou sensuri, explicate n cele dou definiii de mai jos. Precizm c definiia 1, cu caracter mai general, este cea care prezint interes pentru Ingineria sistemelor de producie.Definiia 1: Producia reprezint procesul de creare a bunurilor (materiale)

necesare existenei i dezvoltrii societii umane, n cursul cruia oamenii, cu ajutorul uneltelor / mainilor (n sens larg), n cadrul unor forme sociale

8


determinate, exploateaz i transform sau modific obiecte (elemente) din natur n vederea satisfacerii necesitilor proprii. Definiia 2: Producia este efectul procesului de creare a bunurilor (materiale), adic totalitatea obiectelor / bunurilor create (a produselor obinute), ntr-o perioad de timp determinat, n procesul muncii, de ctre un sistem delimitat, capabil s produc, al unui anumit sector de activitate social. Producia apare deci ca un proces de transformare cu efecte determinate asupra unor elemente naturale i/sau artificiale (conform definiiei 1 de mai sus) sau ca manifestare exterioar a unui sistem (ce reprezint de fapt un sistem de producie), sesizabil direct (conform definiiei 2). Definiie: Procesul reprezint succesiunea strilor (etapelor) prin care trece, n desfurarea sa temporal, transformarea unor elemente (obiecte, fiine, fenomene), transformare orientat ca scop i decurgnd din aplicarea unor cunotine (informaie). Procesele de transformare specifice fenomenului produciei sunt orientate asupra materialelor, energiei i informaiei i sunt realizate prin aplicarea diferitelor tehnici (ansambluri de metode i mijloace de munc, de procedee i reguli necesare utilizrii acestor mijloace n vederea realizrii produciei). Utilizarea i dezvoltarea acestor tehnici se bazeaz pe cunoaterea i valorificarea legilor naturii, grupate pe domenii tiinifice i tehnice specializate sau interdisciplinare. Aceste tehnici descriu producia din punct de vedere tehnico-tiinific, exprimnd transformrile fizico-chimice ale procesului de producie i modificarea cantitativ i calitativ a obiectelor i informaiei din acest proces. n cazul existenei unei economii de pia funcionale, produsele realizate trebuie ns s fie vandabile (s reprezinte produse marf), adic s aib, pe lng valoare, i valoare de ntrebuinare, deci s fie destinate schimbului. Cu alte cuvinte, procesul de producie din trebuie economia de pia s respecte legile economice ale acesteia, devenind un act al crerii valorilor, care se desfoar n condiii de eficien, referitoare att la modul de realizare a procesului, ct i la rezultatele sale.Eficiena produciei presupune obinerea unui rezultat (profitul, numit

uneori i beneficiu) maxim, cu un minim de resurse (mijloace) utilizate. Astfel ,9


ntr-o economie de pia, scopul final al produciei nu const n satisfacerea cererii sociale, ci n obinerea de profit, ceea ce presupune eficien. Mai exact, se urmrete maximizarea profitului obinut din desfurarea procesului de producie cu minimizarea capitalului investit, cu alte cuvinte obinerea unui maxim de profit pe unitatea de capital investit. Termenul de producie industrial, utilizat deseori, exprim faptul c fenomenul de producie se desfoar pe scar larg, n cadrul unor sisteme organizate (numite sisteme industriale), folosind mijloace i procedee tehnice. Concluzie: Producia (industrial) este un proces de realizare a unor bunuri cu valoare de ntrebuinare (mrfuri), proces organizat i condus n mod contient de ctre om, cu respectarea legilor Economiei (adic n condiii de eficien), cu ajutorul unor mijloace tehnice i organizatorice.

1.2.5. Noiunea de sistem de producie. ClasificarePractic, orice sistem n cadrul cruia se desfoar un proces de producie i care are drept scop obinerea de profit prin valorificarea rezultatelor acestui proces, n condiii de eficien, este considerat un sistem deproducie.

Definiie: Sistemul de producie reprezint un sistem care are drept obiectiv creterea utilitii (a valorii) unui obiect sau serviciu n condiii de eficien, adic cu obinerea de profit. Observaia A: Un astfel de sistem produce bunuri materiale (mijloace de producie sau bunuri de consum, semifabricate sau produse finite) sau servicii, dar nu poate funciona n condiii de neeficien n condiiile existenei unei economii de pia funcionale. Remarcm includerea serviciilor (de orice fel) n categoria bunurilor realizate n cadrul unui sistem de producie. Observaia B: Sistemele de producie sunt sisteme om main. Cel mai reprezentativ tip de sistem de producie este sistemul complex industrial, definit n paragraful 1.4.1. Clasificare: Principalele categorii de sisteme de producie corespund principalelor sfere de activitate uman n care se realizeaz procese de producie. Aceste categorii sunt urmtoarele: Sisteme industriale, n care se desfoar producia industrial. Acestea se pot subclasifica pe ramuri sau subramuri industriale (extractiv,10


energetic, construcia de maini, textil, alimentar etc.). Exemple de astfel de sisteme sunt: instalaii (de orice fel), fabrici, concerne industriale, centrale electrice, rafinrii etc. Sisteme agricole, n care se desfoar producie agricol. Exemple de astfel de sisteme sunt: ferme agricole, gospodrii individuale etc. Sisteme de servicii sunt cele care presteaz diferite servicii. Acestea se pot subclasifica dup tipul serviciilor oferite n: sisteme de transport, sisteme de comunicaii, sisteme bancare, sisteme de asisten medical, sisteme de administraie public etc. Exemple de astfel de sisteme sunt: aeroporturi, companii de transport (de orice fel), bnci, spitale, policlinici etc. Elemente principale: Orice sistem de producie (industrial, agricol, de servicii) este alctui din mai multe subsisteme (elemente componente). Fiecare dintre acestea poate fi considerat, la rndul su, un sistem de producie. Principalele subsisteme, numite subsisteme funcionale, sunt urmtoarele: Subsistemul operaional (de execuie), numit i subsistem condus, care acioneaz direct asupra obiectelor din a cror transformare vor rezulta produsele procesului de producie. Acesta cuprinde, la rndul su, mai multe subsisteme, dintre care unele sunt auxiliare, corespunznd diferitelor compartimente de execuie (secii, ateliere, instalaii etc.). Subsistemul decizional (de conducere / management), care elaboreaz decizii privind sistemul condus, pe baza prelucrrii informaiei disponibile. Practic, acesta conduce sistemul operaional ctre realizarea obiectivului prestabilit, meninndu-l pe traiectoria optim. Subsistemul informaional, care constituie, de fapt, elementul de legtur, n ambele sensuri, ntre subsistemul decizional i cel operaional, i realizeaz prelucrarea, stocarea i transmiterea de informaie, inclusiv decizii, fiind alctuit din ansamblul datelor i informaiei existente, mpreun cu relaiile dintre ele, modalitile de transformare i elementele purttoare de date i informaie (oameni, materiale, documente).

1.2.6. Noiunile de control, decizie, comand i reglareDefiniie: Controlul reprezint aciunea de urmrire (verificare), periodic sau permanent, a unei activiti (funcionarea unui sistem sau proces tehnologic) sau a calitii unui obiect (semifabricat, produs finit), nainte i /11


sau dup prelucrare, prin msurarea mrimilor ce o caracterizeaz, cu scopul propunerii sau lurii unor msuri de perfecionare (n cazul controlului calitii, scopul poate fi admiterea sau respingerea / rebutarea obiectului). Conform definiiei de mai sus, exist un control al fabricaiei (C.T.C.), care nu prezint interes din punctul de vedere al ingineriei sistemelor, icontrolul unui sistem de producie, care, n sens larg, cuprinde ciclul:

msurare / verificare > decizie > comand > reglaj. Controlul este indispensabil funcionrii corecte a unui sistem. Verificarea se efectueaz pe baz de programe, norme metodologice etc., are drept rezultat sesizarea unor eventuale abateri (de la funcionarea normal a sistemului) i evaluarea / msurarea acestora, i este urmat de luarea unor decizii de corecie.Decizia este o noiune care se poate defini prin mai multe formulri

similare i anume: (1) adoptarea unei soluii (luarea unei hotrri) din mai multe posibile, n urma examinrii unei probleme, ntr-o situaie dat; (2) alegerea unei strategii sau tactici care aeaz (folosete) resursele (unui sistem) astfel nct obiectivele sale s fie satisfcute; (3) ansamblu de reguli i eventual criterii pentru conducerea i organizarea optimal a unui sistem (de producie) n sens larg. Decizia este practic un act managerial (de conducere) menit s asigure unui sistem (condus) evoluia pe o traiectorie permanent optimal. De regul, o decizie se adopt pe baza unuia sau mai multor criterii, chiar dac ea se poate adopta uneori i arbitrar. Ingineria sistemelor de producie i teoria deciziilor ofer metode de adoptare a unor decizii raionale pe baza unor criterii optimale prestabilite, ca, de exemplu: maximizarea profitului, minimizarea costurilor. Definiie: Comanda este o operaie prin care, prin intermediul unui ir cauzal de fenomene desfurate n circuit deschis, se impun unui sistem anumite regimuri de funcionare (pornire, oprire, reglare etc.). Mrimile de ieire ale sistemului rezultate nu reacioneaz asupra proceselor de comand (n caz contrar, avem de a face cu un proces de reglare automat).

12


Definiie: Reglarea este operaia de realizare (obinere) a strii unui sistem tehnic ale crui mrimi caracteristice (sau de ieire) se abat de la anumite condiii impuse (de la regimul de funcionare dorit). Abaterea se constat prin compararea valorilor efective ale mrimilor cu cele de consemn. Reglarea presupune existena unei bucle (ir de fenomene n circuit nchis).

1.2.7. Conducere i optimizare. Conducerea optimalDefiniie: Conducerea este o activitate specific uman, menit s asigure coordonarea resurselor din cadrul unui sistem n vederea realizrii unui obiectiv (scop) prestabilit n condiii de calitate i eficien economic maxim (obinerea de profit maxim cu cheltuieli minime) a meninerii sistemului pe o anumit traiectorie dorit. Principalele operaii ale conducerii sunt: informarea (inclusiv prin control); analiza informaiei; luarea de decizii; aplicarea deciziei (prin comand). Atributele conducerii sunt, la nivel superior (uzin, firm etc.), prevederea i organizarea, iar la nivel inferior (secii, ateliere etc.), comanda coordonarea (sincronizarea) i controlul (urmrirea execuiei). Definiie: Optimizarea este activitatea de asigurare a funcionrii unui sistem (proces etc.) conform unor prescripii dorite (dup o funcie - obiectiv prestabilit), ceea ce presupune alegerea celei mai bune variante din punctul de vedere al funciei - obiectiv. Optimizarea presupune definirea unui criteriu (UNIC), pe baza cruia se adopt funcia - obiectiv i varianta cea mai bun. Exemple de astfel de criterii sunt: maximizarea profitului (cel mai des utilizat), maximizarea beneficiului, minimizarea cheltuielilor, minimizarea pierderilor, maximizarea productivitii. Sunt des utilizate i noiunile de proiectare / conducere optimal.Conducerea optimal presupune optimizarea funcionrii sistemului

(condus) prin stabilirea unor criterii de funcionare (parametri optimi ai sistemului economici sau de exploatare) i adoptarea unor decizii optime.

13


1.2.8.

Noiunile de date i informaie

Noiunile de date i informaie sunt strns legate ntre ele i prezint o maxim importan nu doar pentru ingineria sistemelor. Definiie: Datele sunt reprezentri formalizate de lucruri, fapte sau idei susceptibile de a fi comunicate sau manipulate (prelucrate) cu ajutorul unui procedeu oarecare. Exemplu: orice ir de numere (1, 21, 30) sau de caractere, cuvinte, propoziii, fraze etc. Prelucrarea datelor se poate face manual sau automat (utiliznd tehnicile de calcul automat, mai exact calculatoarele electronice, att de larg rspndite). Prelucrarea automat a datelor reprezint obiectul de studiu al informaticii. Definiie: Informaia este semnificaia pe care omul o atribuie datelor prin intermediul conveniilor utilizate pentru reprezentarea lor. Exemplu: irul de numere de mai sus (1, 21, 30) poate avea semnificaia traseelor de autobuze care deservesc o anumit staie dintr-un anumit ora.

1.2.9. Modelarea i simulareaDefiniie: Se numete model o reprezentare a unui obiect real (a realitii fizice) sau a unei idei. Exist modele iconografice (de acelai aspect cu obiectul real, cum ar fi modelele la scar), analogice (n care se nlocuiete o proprietate a obiectului cu o alta, analog) sau simbolice / matematice (cele cu care opereaz, ntre alte discipline, i ingineria sistemelor de producie). n accepiunea ingineriei sistemelor, se definesc dou tipuri de modele: (1) Modelul structural, care este o reprezentare matematic a relaiilor dintre componentele unui sistem. (2) Modelul funcional, care este o descriere matematic a structurii operatoriale de transformare a elementelor de intrare ale sistemului n elemente de ieire (a se vedea capitolul 2). Unele modele pot fi descrise prin algoritmi (scheme de calcul, de cele mai multe ori iterative). Scopul modelrii (al utilizrii modelelor pentru reprezentarea unui sistem) este testarea comportamentului sistemului analizat n diferite ipoteze, n condiiile n care o testare pe sistemul real este fie imposibil, fie mult prea14


costisitoare. Trebuie ns avut n vedere i faptul c un model matematic, fiind o reprezentare, conine de cele mai multe ori simplificri. Definiie: Simularea este activitatea de utilizare a analogiilor fizice (prin utilizarea unor dispozitive numite simulatoare) sau de calcul (prin utilizarea unor reprezentri matematice numite modele de simulare) ca mijloace de explorare (testare) a comportrii unui sistem obiect (numit original), pe baza faptului c ntre elementele simulatorului / modelului de simulare i cele ale sistemului obiect exist o coresponden biunivoc (un izomorfism). Ingineria sistemelor de producie utilizeaz modele de simulare. Modelele asociate sistemelor se pot clasifica aa cum se arat n fig. 1.2.

staticeMODELE

structural-organizaionale MODELE

dinamice f(t)

funcionale

de optimizare MODELE de simulare MODELE

cauzale (deterministe) statistice (stohastice) liniare (cu coeficieni i operatori constani) neliniare (cu coeficieni variabili n funcie de starea sistemului)

MODELE

simple interactive

MODELE

Figura 1.2 Modelul (mai ales cel matematico-logic) asociat unui sistem este considerat o reprezentare ce are suficiente elemente logice i cantitative, respectiv structurale pentru a putea fi utilizat la studiul (cantitativ i calitativ) sau la simularea comportrii sistemului n viitor. Cu alte cuvinte, modelul are i un rol predictiv. Activitatea de simulare a sistemelor cu evenimente discrete se desfoar conform schemei din figura 1.3, n care csua SIMULARE reprezint activitile de cutare a soluiei celei mai indicate pe modelul de simulare ce reprezint imaginea sistemului real, prin metode specifice (matematice, grafice, interactive etc.).

15


SISTEM REAL (OBIECT) cu problematica pus

Analizidentificare de proces i modelare

MODEL CONCEPTUAL(DE SIMULARE) SISTEM IMAGINE

Programare i implementare asistat de calculator

SIMULARE

Reprezentarea logicomatematic a comportamentului sistemului

Figura 1.3 Modelarea i simularea au devenit, n prezent, un domeniu de investigare de sine stttor, aflat la congruena matematicii, teoriei sistemelor i informaticii, cu o metodologie proprie (bazat pe identificarea proceselor, reprezentarea lor matematic i pe teoria algoritmilor) i cu mijloace specifice oferite de echipamentele de calcul automat i sistemele de programe pentru simularea numeric i grafic interactiv. Pentru realizarea unei simulri concludente, trebuie ca n prealabil s se stabileasc un model al sistemului studiat, ceea ce se poate obine prin tehnica identificrii proceselor din acesta prin modelare. Rezultatul ei este elaborarea modelului sistemului, sub forma unor reprezentri matematice sau/i logice care constituie sistemul imagine (un model conceptual de simulare), pe care se pot face orice fel de ncercri i analize de variante.

1.3. Obiectul ingineriei sistemelor i al ingineriei sistemelor de producien acest subcapitol, dup definirea conceptului de inginerie, vor fi prezentate pe scurt definiia i obiectul ingineriei sistemelor, iar apoi, mai pe larg, obiectul i modul de organizare a activiii ingineriei sistemelor de producie (numit uneori i inginerie economic).

1.3.1. Conceptul de inginerieTermenul inginerie provine din termenul englez engineering. Acesta din urm i are originea n cuvntul engine (main), care reprezint un dispozitiv / sistem care utilizeaz energie pentru a dezvolta n timp putere mecanic (conform Websters Dictionary, S.U.A., 1990, pag. 198).16


n continuare, a aprut termenul engineer (inginer), care desemna iniial acea persoan care opereaz sau supravegheaz funcionarea mainilor. Prin extensie, acest termen a ajuns s desemneze i persoanele care proiecteaz, realizeaz (construiesc) i planific mainile, dar i mijloacele de producie n general, de transport, drumurile .a.m.d. Ca urmare, ingineria se poate defini ca fiind domeniul de activitate uman care se ocup cu utilizarea cunotinelor tiinifice n scopuri practice sau activitatea de proiectare, realizare, conducere (planificare), exploatare i ntreinere (mentenan) a mainilor (n sensul larg al termenului), a sistemelor (obiectelor) artificiale n general. Exemple: Cteva din principalele domenii ale ingineriei sunt: ingineria mecanic, ingineria electronic, ingineria mediului, ingineria medical, ingineria economic, ingineria sistemelor etc.

1.3.2. Conceptul de inginerie a sistemelor i obiectul acesteiaDefiniie: Ingineria sistemelor se ocup cu realizarea total (proiectare optimal, planificare, implementare, dezvoltare, integrare, evaluare, conducere management, exploatare, mentenan) a sistemelor (tehnice, de tip om-main .a.), astfel ca alocarea resurselor ctre sistem s satisfac obiectivele (scopul) impuse acestuia de-a lungul ntregului su ciclu de via.Ciclul de via se definete ca fiind orizontul de timp pe care opereaz i

evolueaz sistemul, ce reprezint secvenele de timp de la darea n funciune la nlocuirea total a sistemului. Ingineria sistemelor reprezint cadrul metodologic i teoretic general necesar pentru rezolvarea problemelor specifice sistemelor tehnice (optimizarea, sigurana i securitatea n funcionare, mentenana etc.), urmrindu-se creterea eficienei generale i siguranei n funcionare, micorarea costurilor (cheltuielilor de funcionare / producie) i, n final, orientarea sistemului spre realizarea integral i cu maximum de eficien a obiectivului su de funcionare.

17


Precizm c noiunile de optimizare i conducere optimal au fost prezentate n paragraful 1.2.7, iar cele de siguran i securitate n funcionare, mentenan vor fi prezentate n paragrafele 1.4.3 i 1.4.4. Ingineria sistemelor ncearc s optimizeze proiectarea structural ifuncional a sistemelor, astfel nct acestea s fie optime din punct de vedere

cost - eficien (s permit obinerea de profit maxim cu cheltuieli minime), dea lungul ntregului lor ciclu de via. Optimizarea unui sistem nu poate fi ns rezultatul optimizrii fiecrui element al su (unele subsisteme pot fi eventual n stare suboptimal), deoarece valoarea unui sistem este mai mare dect suma valorilor elementelor sale componente. Astfel, ingineria sistemelor analizeaz sistemul n ansamblu, deci cu interdependenele dintre elemente i, numai n secundar, elementele rezultate prin descompunerea sistemului. Principii de proiectare fundamentale n ingineria sistemelor: concepia integrat (prioritatea ntregului), conform celor afirmate mai sus, care implic analiza intrrilor i ieirilor i apoi stabilirea structurii i funciilor sistemului analizat; interconectabilitatea subsistemelor (a elementelor sistemului); caracterul dinamic al sistemului, care i confer flexibilitate, adic capacitatea de a realiza i alte funcii, de a se adapta la sarcini diferite de cele pentru care a fost conceput iniial. Ingineria sistemelor s-a dezvoltat ca o metodologie de studiu bazat pe aplicarea metodelor tiinifice, ntre care cercetrile operaionale (caracterizate n subcapitolul 1.5) i modelarea i simularea sistemelor (noiuni definite n paragraful 1.2.9). Ingineria sistemelor este deci legat de cunotine specializate din matematic, fizic, economie, tiine sociale etc., precum i de principiile i metodele de analiz i proiectare inginereti.

1.3.3. Obiectul i organizarea activitii de inginerie a sistemelor de producieDezvoltarea continu tehnic i tehnologic a condus la o structur din ce n ce mai complex a sistemelor de producie, prin introducerea de noi metode i tehnici de lucru (robotizarea i utilizarea sistemelor flexibile de fabricaie, informatizarea i extinderea tehnicilor CAM Computer Aided Manufacturing

18


de fabricare asistat), precum i la corelaii din ce n ce mai complexe cu mediul exterior (natural sau tehnic / tehnologic). Aceste elemente au condus totodat la o complexitate sporit a procesului de decizie (alegere a variantei optime) i, implicit, la necesitatea cercetrii interdisciplinare (implicnd discipline variate, ca: Economia, Matematica, Tehnologia, Sociologia, Ecologia etc.) n studiul noilor sisteme complexe de producie. Aceste cercetri sunt grupate n cadrul Ingineriei Sistemelor deProducie, numit i Inginerie Economic, care este, de fapt, Ingineria

Sistemelor aplicat n cazul particular (cel mai studiat) al sistemelor de producie. Precizm c o noiune sinonim cu Ingineria Sistemelor de Producie, utilizat n Occident i mai ales n S.U.A. (unde, de altfel, a aprut pentru prima dat aceast disciplin), este Ingineria Industrial (care nu este deci un subdomeniu al Ingineriei Economice care s se ocupe cu sistemele de tip industrial). Definiie: Ingineria sistemelor de producie este o profesie aparte, care corespunde practic unei activiti de analiz, proiectare (concepere), implementare (aplicare n practic construcie, instalare, montaj), exploatare (organizare i conducere) i perfecionare a sistemelor integrate alctuite din oameni, materiale, echipamente (maini n sens larg vezi paragraful 1.2.3), energie i informaie (aceste sisteme sunt practic sisteme de producie). Observaie: Se observ analogia dintre obiectul ingineriei sistemelor de producie, definit mai sus i cel al ingineriei sistemelor, definit n paragraful precedent. Definiia anterioar particularizeaz definiia obiectului ingineriei sistemelor pentru cazul sistemelor de producie. Activitile ingineriei sistemelor de producie se desfoar cu scopul ca sistemele de producie s-i ndeplineasc obiectivul, adic s realizeze produse vandabile destinate consumului sau servicii, cu obinerea de profit. Ingineria sistemelor de producie trebuie s formuleze, pornind de la identificarea obiectivelor sistemului, un model de simulare care s evidenieze principalele elemente componente ale sistemului (intrri / ieiri) i relaiile dintre acestea i performanele, pariale i globale, ale sistemului. Un astfel de model, ce descrie comportamentul sistemului ca rezultat al interaciunii elementelor sale componente, trebuie elaborat pornind de la analiza procesului19


de producie i evidenierea componentelor i relaiilor definitorii pentru acest proces, deoarece sistemul de producie este sediul manifestrii fenomenului produciei i, ca urmare, structura sa trebuie s satisfac cerinele acestuia. Abordarea sistemelor de producie prin prisma ingineriei sistemelor (numit abordare sistemic) permite accelerarea introducerii automatizrii i flexibilitii n sistem, datorit posibilitii de a se lua n considerare influena acestora asupra ntregii structuri a sistemului studiat. Dezvoltarea produciei industriale i implicit a sistemelor industriale se realizeaz pe baza unor decizii privind utilizarea i combinarea elementelor de intrare (a celor cinci grupe de resurse definite n paragraful 1.2.2), decizii elaborate prin aplicarea modelelor de simulare pentru fiecare perioad i localizare. Astfel, se obine o soluie real ce reprezint un compromis raional i, pe ct posibil, optimal ntre cererea pieei, resursele disponibile, calitatea actului de conducere i ceilali factori, numii uneori generozitatea sociopolitic a mediului exterior. Ingineria sistemelor de producie a aprut, pentru prima dat, ca o profesie aparte n S.U.A. la sfritul secolului XIX, odat cu extinderea activitilor industriale, sub denumirea de tiina conducerii, urmrind iniial doar activitile de conducere i organizare. Ulterior, n perioada interbelic, sa impus termenul de inginerie industrial, utilizat i astzi n S.U.A. Conform punctului de vedere american, exprimat n manualul editat de H.B. Maynard, funcia real a ingineriei industriale este s conceap noi sisteme de consolidare i cretere a profiturilor sistemelor de producie. Marea productivitate atins n S.U.A. se datoreaz mult i accentului pus pe perfecionarea continu, cu utilizarea mai eficient a resurselor, a sistemelor de producie, prin aplicarea ingineriei sistemelor de producie. Ingineria sistemelor de producie este considerat o profesie caracterizat cel mai bine ca dinamic, deoarece metodele sale specifice se adapteaz i extind permanent, o funcie de specialitate i de conducere. Un inginer economist (industrial) acioneaz, n prezent, n S.U.A., dar i n alte ri dezvoltate, n principal ca: proiectant de noi metode de munc sau tehnologii; organizator al oricror activiti de tip productiv (inclusiv furnizoare de servicii); consultant n aceste dou probleme.

20


1.3.4. Scurt istoric al ingineriei sistemelor de producieCtre sfritul secolului XIX, a aprut conceptul de conducere tiinific, ca embrion al unei noi discipline de specialitate (ingineria industrial), odat cu extinderea activitilor industriale i apariia fabricilor. Ulterior au aprut primele studii n acest domeniu, cum sunt cele realizate de: F. Taylor (n jurul anului 1900), care a studiat modalitatea de mbuntire a metodelor de munc i noi concepte; M. Gantt (circa 1900), cu studii legate de elementul uman (motivaia n munc, mentalitatea muncitorilor etc.); F. i L. Gilbreth (nceputul secolului XX), cu studiul micrilor; M. Emerson, cu problematica eficienei operaiilor i conducerii. Ulterior s-a impus termenul de inginerie industrial, dup o perioad de redus popularitate (naintea primului rzboi mondial). n anii 1920, ca urmare a extinderii activitilor industriale, a cunoscut o nou dezvoltare, continuat n anii crizei economice, cnd reducerea costurilor a devenit foarte important. Sau dezvoltat tehnicile de ingineria metodelor (a se vedea subcapitolul 2.1). n perioada imediat premergtoare celui de-al II-lea rzboi mondial, ingineria industrial ndeplinea urmtoarele funciuni tradiionale: 1. tehnica metodelor (analize operaionale, studiul micrilor, depozitarea-transportul materialelor, planificarea produciei, protecia muncii i standardizarea); 2. msurarea muncii (studiul timpului, norme de timp); 3. proiectarea metodelor de control (pentru producie, stocuri, calitatea produciei, al costurilor i cel bugetar); 4. evaluarea posturilor i salariilor (forme de remunerare administrarea lor, cele stimulative, aprecierea angajailor); 5. proiectarea facilitilor uzinale (proiectare de ansamblu a uzinei, procurarea-nlocuirea echipamentelor, proiectare produse i SDVuri). n aceast perioad (pn n 1940), eforturile de perfecionare s-au axat pe gsirea de soluii corective. Ulterior, se dezvolt mijloacele preventive (perfecionare nc naintea aplicrii). n perioada rzboiului (1940-1946) apar tehnicile moderne ale ingineriei industriale, care se vor dezvolta ulterior, fiind utilizate iniial n domeniul militar cercetri operaionale (v. subcap. 1.5), ingineria valorii (v. subcap.21


2.1). n perioada postbelic, ca urmare a unei noi etape de dezvoltare industrial i tiinific i a apariiei calculatoarelor electronice (care faciliteaz aplicarea anumitor metode), s-au dezvoltat noi tehnici i metode: ingineria valorii, tiina comportamentului legat de factorul uman, metode de planificare bazate pe reele/grafuri, metode matematice i statistice, metode ale teoriei sistemelor. A aprut i conceptul de ingineria sistemelor i activitatea de analiz i proiectare a sistemelor. n prezent, activitile profesionale ale ingineriei industriale sau a sistemelor se extind continuu n alte ramuri dect cele strict industriale (al proceselor de producie), ca de exemplu: sisteme (reele) electrice sau de comunicaie, planificarea asistenei medicale, n spitale, distribuia mrfurilormarketing, comer (desfacere), activiti bancare sau de asigurri, administraii de stat, relaii financiare sau alte prestri de servicii. Toate organizaiile i firmele mari au largi colective specializate n ingineria industrial i a sistemelor, cu o specializare din ce n ce mai nalt i cu largi responsabiliti.

1.4. Sisteme complexe industrialen cadrul acestui subcapitol, este introdus noiunea de sistem complex industrial, care constituie unul din principalele obiecte de studiu ale ingineriei sistemelor de producie. De asemenea, sunt abordate, pe scurt, problemele dinamicii dezvoltrii acestor sisteme, cea a siguranei i securitii n funcionare i cea a proiectrii i mentenanei lor.

1.4.1. Noiunea de sistem complex industrialContinua dezvoltare a instalaiilor i sistemelor industriale a condus la accentuarea complexitii acestora, precum i a subsistemelor lor componente. Ca urmare, s-a introdus noiunea de sistem complex industrial, care este, de regul, un sistem deschis, numit i sistem total, spre a-l deosebi de subsistemele sale. Un astfel de sistem este caracterizat de existena a patru tipuri de sisteme funcionale componente (cel operaional, cel de mentenan, cel de transport i cel de aprovizionare), interconectate i care alctuiesc sistemul tehnologic (al

22


produciei). Pe lng aceste sisteme, sistemul total mai conine n structura sa un sistem de conducere i unul informaional. Structura unui sistem total (complex industrial) poate fi schematizat ca n figura 1.4. Ea va fi discutat pe larg n cadrul cursului de Ingineria sistemelor de producie.

Mediu exterior

OBIECTIVE

SISTEMUL TEHNOLOGIC

SISTEM OPERAIONAL

SISTEM DE MENTENAN

SISTEM DE TRANSPORT

SISTEM DE APROVIZIONARE

SISTEMUL INFORMAIONAL

SISTEM DE CONDUCERE

DECIZII

REZULTATE

Figura 1.4 Abordarea general a problematicii sistemelor complexe industriale presupune parcurgerea urmtoarelor etape de analiz: 1) studierea structurii sistemului, cu diferitele alternative de proiectare, i a procesului operaional al sistemului, cu diferitele alternative de ntreinere a sistemului; 2) optimizarea sistemului din punctul de vedere al siguranei n funcionare, care include i optimizarea procesului de ntreinere a sistemului; 3) analiza securitii n funcionare a sistemului;23


4) analiza deciziilor privind evaluarea siguranei i a ntreinerii sistemului (se preiau date de la sistem / procesul operaional, se analizeaz pe baza criteriilor de decizie i se emit comenzi pentru sistem i subsistemele sale componente).

1.4.2. Etapele dinamicii dezvoltrii sistemelor complexePentru realizarea (punerea n practic) unui sistem complex industrial, este necesar parcurgerea urmtoarelor etape (faze) de dezvoltare: faza de concepie (proiectare structural), care este de cele mai multe ori iterativ i urmrete propunerea soluiei optime; se ncheie cu elaborarea de specificaii pentru realizarea efectiv a sistemului; faza de construcie implementare (realizarea efectiv a sistemului), care include i ncercarea sistemului (probe de funcionare / producie); faza operaional, de exploatare i ntreinere (de funcionare efectiv), care este ciclic i n care sistemul furnizeaz produse / servicii. Dup faza operaional a sistemului, urmeaz, n final, cea de dezafectare (scoatere din uz), sistemul putnd fi eventual nlocuit cu altul mai performant. De la fazele de construcie i operaional exist reacii inverse ctre faza de concepie, ca urmare a dobndirii unei experiene operaionale sau de construcie care determin proiectarea de noi echipamente, cu eficien superioar, conform schemei din figura 1.5.ProiectareNecesiti Obiective Strategii Dezvoltare Concepie Specificaii pentru sistem

Realizarencercri

OperaionalMentenan Produse Servicii

Producie

Realizare

Funcionare

nlocuire

Figura 1.5 Cele prezentate mai sus se refer la realizarea structurii sistemului (ncepnd cu proiectarea structural). Pentru realizarea proiectrii funcionale,24


care are drept scop stabilirea parametrilor de stare ai sistemului, necesari funcionrii sale eficiente, este necesar parcurgerea urmtoarelor faze (etape): planificarea programului, care const n definirea i selectarea programelor posibile de funcionare a sistemului; planificarea proiectului, care const n identificarea i evaluarea economic a fiecruia dintre programele posibile; dezvoltare, adic elaborarea planului specific de producie, care este selectat dintre cele posibile pe baza fazei precedente.

1.4.3. Securitatea i sigurana n funcionare a sistemelorDefiniie: Sigurana n funcionare (exploatare) a unui sistem (tehnic) reprezint capacitatea acelui sistem de a funciona fr defeciuni i fr abateri eseniale de la caracteristicile impuse. Sigurana n funcionare a unui sistem se apreciaz, de regul, prin probabilitatea ca sistemul s opereze n mod satisfctor pentru cel puin o perioad dat, atunci cnd este utilizat n condiii prescrise. Sigurana n funcionare se refer practic la frecvena avariilor sistemului; astfel, cu ct aceast frecven este mai redus, cu att sigurana sistemului este mai mare. Definiie: Securitatea n funcionare a unui sistem (tehnic) reprezint capacitatea sistemului de a evita strile n care ar putea fi avariat i, ca urmare, ar putea prejudicia sau provoca moartea personalului (oamenilor n general) sau ar putea provoca pierderi sau distrugeri ale echipamentului tehnic sau oricror altor bunuri materiale din zon. Securitatea unui sistem (tehnic) se refer la interaciunea sa cu mediul nconjurtor (efectele asupra mediului), pe cnd sigurana n funcionare a sistemului evalueaz efectiv doar performanele sale operative (probabilitatea / posibilitatea de ndeplinire a sarcinilor de funcionare, eventual la diferite nivele de performan). Exist i noiunea de inginerie a securitii sistemelor, care este o component a ingineriei sistemelor ce urmrete aplicarea principiilor tiinifice i inginereti pentru identificarea la timp a fenomenelor aleatoare din cadrul sistemului ce pot genera avarii i pentru a specifica, prevede i evalua securitatea unui sistem (tehnic).

25


1.4.4. Proiectarea i mentenana sistemelor complexeProiectarea sistemelor complexe industriale are n vedere totalitatea

aspectelor ingineriei sistemelor de producie. Aceste aspecte trebuie transformate n echipamente operaionale, care satisfac obiectivele de proiectare i seturile de restricii (cost minim, eficien maxim, cheltuieli de exploatare minime, satisfacerea unor indici de investiii .a.m.d.). Fie e(r1, r2, , rk) eficiena sistemului considerat i c(r1, r2, , rk) costul acestuia, unde ri este cantitatea de resurse de tip i utilizate la realizarea sistemului. Se poate aborda problema proiectrii optimale a sistemului pe baza uneia din urmtoarele formulri privind criteriul de optimizare (funcia obiectiv): I. Max e(r1, r2,, rk) , cu

c(r1, r2,, rk) C,

0 ri Ri,

i=1,, k , unde Ri este cantitatea maxim disponibil de resurse din categoria

i, iar C este costul limit (maxim admis) al sistemului.II. Min c(r1, r2,, rk) , cu

e(r1, r2,, rk) E,

0 ri Ri,

i=1,, k , unde E este nivelul minim admisibil al eficienei sistemului. III. Max [e(r1, r2,, rk) / c(r1, r2,, rk)] , cu 0 ri Ri, i=1,, k . Rezultatul proiectrii optimale, care este, de fapt, un proces de optimizare, sunt valorile optime ale cantitilor ri, i anume: r*1, r*2, , r*k. De regul, c(r1, r2, , rk) =

c ri =1 i

k

i

, unde ci este costul resursei ri.

Problema enunat mai sus (de proiectare i optimizare) se rezolv cu ajutorul cercetrii operaionale, care este abordat n capitolul 4 al cursului.Mentenana unui sistem se poate defini ca fiind probabilitatea ca, printr-o

aciune de decizie, sistemul avariat sau componentele avariate ale acestuia s fie repuse n funciune la condiiile operaionale normale ntr-un interval de timp dat (de regul specificat prin norme). Mentenana sistemelor complexe industriale este o problem cu att mai important i mai complex cu ct cresc dimensiunile sistemului. Astfel, echipamentele din sistemele industriale devin din ce n ce mai sofisticate din punct de vedere tehnic constructiv i, ca urmare, aspectele tehnico economice legate de funcionarea i mentenana lor intervin cu o26


pondere din ce n ce mai nsemnat. Apar dou obiective (interese), care nu sunt mutual exclusive:

sisteme de mentenan mai ieftine pentru echipamente cu cost derealizare relativ ridicat; echipamente relativ ieftine, dar cu o calitate crescut a sistemelor lor de mentenan.

1.5. Metodele matematice ale ingineriei sistemelor de producie. Cercetarea operaionaln cadrul acestui subcapitol, dup precizarea domeniilor din matematic utilizate, mai mult sau mai puin frecvent, de ctre ingineria sistemelor de producie, se va pune accent pe prezentarea general a metodelor cercetrii operaionale, cele mai folosite n studiul sistemelor de producie. Astfel, este descris obiectului cercetrii operaionale i este prezentat o formulare matematic general pentru modelarea parametrilor de optimizare, care st la baza programrii matematice (care constituie obiectul capitolului 3).

1.5.1. Metodele matematice ale ingineriei sistemelor de producieEnumerm n continuare principalele domenii ale matematicii utilizate n ingineria sistemelor de producie, cu indicarea celor care vor fi studiate n cadrul acestui curs: Logica i Teoria informaiei (n special logica formalpropoziional binar i semiotica, ce se ocup cu teoria simbolurilor i reprezentrilor). Teoria mulimilor (utilizat ca modalitate general de descriere a relaiilor dintr-un sistem). Calculul diferenial, integral i operaional (Transformata Laplace) Algebr liniar (Calcul matricial, Grupuri, Corpuri etc.). Teoria grafurilor (va fi studiat, la acest curs, n partea a doua). Teoria probabilitilor (cteva noiuni generale sunt prezentate n subcapitolul 4.1) i Statistica matematic.27


Teoria modern a deciziilor (va fi studiat n partea a doua). Cercetarea operaional (caracterizarea general este prezentat n paragraful 1.5.2, iar metodele specifice constituie obiectul capitolului 3 i al subcapitolelor 4.2 4.3, precum i al prii a doua a cursului).

1.5.2. Cercetarea operaional. Caracterizare generalCercetarea operaional nu constituie o disciplin matematic distinct, ea prezint o mare varietate de aplicaii i nglobeaz tehnici i procedee diverse, cu caracter eterogen, care ns au multe puncte comune. Cercetarea operaional este, de fapt, tiina aplicat pentru ingineria sistemelor de producie, la fel cum este mecanica pentru ingineria mecanic. Ea este aplicabil i n cadrul teoriei sistemelor. Din punct de vedere istoric, cercetarea operaional dateaz din timpul celui de-al doilea rzboi mondial, cnd s-a dezvoltat, n vederea optimizrii resurselor de rzboi, n cadrul unui colectiv tiinific aliat ce coninea fizicieni, matematicieni, statisticieni, economiti, sociologi etc. nainte de rzboi, au existat doar preocupri disparate de a crea modele matematice n economie i metode statistice n controlul calitii produciei. Dup rzboi, metodele cercetrii operaionale folosite la abordarea tiinific a operaiilor militare au fost preluate, n mod util, n domeniul produciei industriale, ducnd la importanta cretere economic postbelic. Introducerea i dezvoltarea rapid a calculatorului electronic i a prelucrrii automate a datelor au dat un puternic impuls apariiei i dezvoltrii unor metode adaptate calculului automat. Metodele matematice ale cercetrii operaionale cunosc o larg aplicabilitate n economie (conducerea tiinific a unitilor productive, elaborarea de planuri de dezvoltare pe termen lung), finane (studiul balanelor), comer i, mai recent, n psihologie, sociologie, teoria negocierilor i relaiilor conflictuale .a.m.d. Metodele cercetrii operaionale se aplic n cazul problemelor care au un numr mare sau o infinitate de soluii admisibile i ofer procedee de selecie, din spaiul soluiilor posibile, a uneia singure, care satisface una sau mai multe condiii (cerine) fundamentale i reprezint soluia optim.

28


Metodele cercetrii operaionale sunt deci utilizate ca auxiliare importante ale deciziilor necesare pentru conducerea optimal a unui sistem. Orice problem rezolvat prin aplicarea metodelor cercetrii operaionale are un coninut (natura entitilor / mrimilor ce o descrie) i o parte formal (un model matematic ce descrie relaiile dintre parametri / mrimi). O problem specific unui domeniu de aplicaii (investiii, planificare, programarea produciei, dotare etc.) se poate rezolva prin mai multe metodologii, care elaboreaz diferite modele matematice pentru aceeai problem. De asemenea, o aceeai metodologie poate fi utilizat pentru soluionarea unor probleme din diferite domenii de aplicaie. Cea mai mare parte a problemelor ce apar n conducerea economic a unitilor productive (sistemelor de producie) sunt probleme de optimizare. Principalele metode ale cercetrii operaionale sunt urmtoarele: Programarea liniar (studiat n subcapitolul 3.1); Programarea neliniar (abordat n subcapitolul 3.2); Programarea dinamic (abordat n subcapitolul 3.3); Teoria jocurilor (studiat n subcapitolul 4.2); Teoria irurilor (firelor) de ateptare (studiat n partea a doua); Teoria stocurilor (urmeaz a fi studiat n partea a doua); Teoria echipamentelor (prezentat n subcapitolul 4.3). Primele trei metode enumerate mai sus, mpreun cu altele nrudite, alctuiesc aa-numita metod a programrii matematice (de optimizare).

1.5.3. Formularea matematic a problemei programrii de optimizareFie xj, 1 j n, nivelele (necunoscute iniial) de desfurare a n activiti luate n considerare (sau parametrii ce caracterizeaz funcionarea unui sistem). Fie f (x1, x2,xn) expresia matematic care modeleaz scopul propus al problemei (sistemului), care trebuie realizat n condiii optime, numit funciaobiectiv a problemei. Aceast funcie mai este numit i funcie scop, funcie

de eficien, funcie criteriu, funcie de optimizare. Un exemplu de astfel de funcie este profitul unei uniti productive, care trebuie maximizat.

29


Observaie: Funcia obiectiv trebuie s fie unic, deoarece unui model al unui sistem i se poate asocia un singur criteriu de optimizare (maximizarea productivitii sau randamentului / eficienei, minimizarea consumului sau a costurilor etc.). Se cere s se determine valorile variabilelor (necunoscutelor) xj, 1 j n, astfel nct funcia f (x1, x2,xn) s aib valoare maxim (minim): max f (x1, x2,xn) fi (x1, x2,xn) 0, sau unde min f (x1, x2,xn) 1 i m. i s fie respectate, n acelai timp, condiiile: Condiiile de mai sus reprezint restriciile problemei (relaiile de condiie), care modeleaz matematic condiiile care trebuie s le respecte parametrii xj (fizici, tehnici, economici etc.) ce caracterizeaz starea sistemului studiat sau descriu problema a crei rezolvare se urmrete. Formulat astfel, problema de mai sus se numete problem a programrii de optimizare sau a programrii matematice. Aceast problem prezint o serie de cazuri particulare, rezolvabile prin aplicarea metodelor cercetrii operaionale, dintre care menionm urmtoarele: Dac funciile f i fi sunt funcii oarecari (neliniare), problema se numete de programare neliniar (abordat n subcapitolul 3.2). Dac funciile f i fi sunt funcii liniare (cu coeficieni constani), problema este o problem de programare liniar (descris n subcapitolul 3.1), care este cea mai rspndit i des utilizat dintre formulri. Dac funciile f i fi sunt funcii ptratice, problema se numete de programare ptratic. Dac xj M , pentru j S {1, 2, , n} , unde M este o mulime finit de elemente ntregi, problema se numete de optimizare discret. Aceast problem prezint urmtoarele variante: dac nu toi xj M (S {1, 2, ,n} n mod strict), atunci problema este una mixt (cu variabile continue i discrete); dac toi xj M ( S = {1, 2, ,n} ), atunci problema este una de programare n numere ntregi. Dac, n plus, M = {0, 1} , problema este una n variabile bivalente.30


Dac unii sau chiar toi parametrii xj sunt variabile aleatoare (cu funcii de repartiie cunoscute), se obine o problem a programrii stohastice (care va fi studiat n partea a doua a cursului). Dac funcia obiectiv f este o funcie de probabilitate de tipul P[f(x)], se obine o problem de programare n condiii de risc. Unele probleme legate de procese de decizie n mai multe etape pot fi formulate ca probleme de programare liniar sau neliniar, dar rezolvarea este dificil datorit dimensiunilor mari. Ca urmare, pentru astfel de probleme (procese secveniale de luare de decizii), s-a dezvoltat o nou metod, cea a programrii dinamice (abordat n subcapitolul 3.3). Probleme de organizare i conducere, n care apar situaii conflictuale analoge cu problema determinrii strategiei cu ajutorul creia se poate obine ctig maxim sau sigur ntr-un joc, mpiedicnd pe oponent s-l mreasc pe al su, se pot rezolva cu ajutorul teoriei jocurilor (studiat n subcapitolul 4.2), ajungndu-se n final, n multe cazuri, la formulri de tipul programrii liniare. Dac restriciile sunt formulate sub form de ecuaii i nu de inecuaii, formularea de mai sus corespunde problemei (clasice) a extremului condiionat (cu legturi), rezolvabil prin metoda calcului diferenial sau variaional (dac funciile fi sunt derivabile). Aceste metode (clasice) nu sunt aplicabile, de multe ori, la probleme cu caracter economic sau dau soluii prea complicate. Din acest motiv, s-au dezvoltat continuu metodele cercetrii operaionale. Aceste metode se bazeaz mai ales pe algebr (calcul matriceal), mai rar pe calculul diferenial, iar obinerea soluiilor necesit utilizarea tehnicii de calcul automat. Astfel, s-au dezvoltat o serie de pachete de programe (produse-program) destinate acestor metode. Problemele de optimizare (de organizare), n formularea de mai sus, se pot aplica n scopul constituirii unui sistem (pentru optimizarea unor obiective) sau al meninerii sistemului n stare optim de funcionare.

ntrebri de verificare pentru Capitolul 1

1.

Care este scopul unui sistem de transport feroviar de persoane?

31


2.

Ce fel de sistem este (nchis sau deschis) o central termoelectric conectat la sistemul electroenergetic naional? Argumentai rspunsul.

3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Explicai, printr-un exemplu, ce este un sistem cvasistatic. Care sunt resursele, grupate pe cele cinci categorii, ale unui sistem de calcul automat (un calculator electronic de tip PC)? Ce nelegei prin ingineria sistemelor de producie? Ce semnificaie are, n conceptul de inginerie a sistemelor, noiunea de orizont de timp? Ce semnificaie are termenul flexibilitate n ingineria sistemelor? Dai un exemplu de sistem de tip om main. Ce fel de sistem este un robot industrial? control al unui sistem?

10. Ce relaie secvenial exist ntre decizie i comand n ciclul de 11. Ce reprezint reglarea n controlul unui sistem de producie? Dai un exemplu de sistem cu reglare automat (n bucl nchis). 12. Ce reprezint, pentru cei ce inscripioneaz slile de curs din U.P.G. simbolurile: Ap9, Ed4, EIV2, Ip10 etc.? Dar pentru studenii care utilizeaz aceste sli? 13. Descrierea micrii uniforme a unui punct material mobil (care se deplaseaz cu viteza v), prin care se precizeaz spaiul s parcurs de mobil n timpul t (adic: s = s0 + vt), ce fel de model este? 14. Un calculator de tip PC este, n orice aplicaie, un simulator. Ce fel de simulare se realizeaz prin utilizarea calculatoarelor? 15. Un sistem tehnic care a fost utilizat continuu timp de 4 ani a avut, n acest interval, 10 defeciuni. Care este frecvena avariilor sistemului? 16. Ce se nelege prin proiectarea optimal a sistemelor complexe? 17. Care este semnificaia termenului de cercetri operaionale? 18. Care este rolul funciei obiectiv din formularea matematic a problemei programrii de optimizare? Ore de studiu individual necesare pentru nsuirea cunotinelor prezentate n Capitolul 1:32

8 (opt)

Capitolul 3 Metode ale Ingineriei Sistemelor de Producie

Cap. 2. METODE ALE INGINERIEI SISTEMELOR DE PRODUCTIEn cadrul acestui capitol, sunt prezentate o serie de metode, utilizate mai ales n Statele Unite ale Americii, unde de altfel au i aprut, n cadrul ingineriei industriale (a sistemelor de producie), n vederea mbuntirii continue a funcionrii sistemelor de producie i perfecionrii proceselor de fabricaie. Multe dintre aceste metode sunt folosite astzi la proiectarea unor roboi industriali i a unor linii flexibile de fabricaie, precum i n ergonomie.

2.1. Introducere. Ingineria metodelorAcest subcapitol cuprinde o scurt introducere la prezentarea principalelor metode ale ingineriei sistemelor de producie, urmat de o descriere succint a metodelor care vor fi apoi studiate la alte cursuri (Ingineria sistemelor de producie, Ingineria valorii produsului etc.). Termenul de ingineria metodelor este utilizat pentru desemnarea ansamblului metodelor de analiz al cror obiectiv este mrirea randamentului oamenilor i utilajelor care concur la realizarea unui anumit proces tehnologic. Fiecare operaie tehnologic este supus unei analize precise i sistematice, obiectivul unui astfel de studiu fiind obinerea metodei celei mai adecvate i rapide de execuie a procesului tehnologic, prin eliminarea oricrui element sau operaie inutile. Obiectivul final al analizei l constituie creterea eficacitii i a productivitii prin mbuntirea metodelor de munc. Ingineria metodelor este deci o cale sistematic i organizat, cu o larg aplicabilitate, de mrire a randamentului muncii. Metodele de analiz a procedeelor de lucru din industrie pot fi aplicate i unor organizaii economice din alte domenii (comer, bnci, administraia central sau local etc.). Aceste metode se ocup i de normarea tuturor aspectelor procesului (operaiei) ce trebuie realizat (executat). La baza lor, au stat studiile de normare a muncii executate, cu scopul ameliorrii metodelor de munc, de ctre Frederick W. Taylor (1883). Au aprut apoi noiunea de studiul timpului i al micrilor (Frank i Lillian Gilbreth, 1912). Allan H. Mogensen (1930)

33


lanseaz noiunea de simplificare a muncii, prin aplicarea organizat a bunului sim i dezvoltarea unei atitudini interogative a salariailor. Atitudinea interogativ reprezint baza tuturor procedeelor de inginerie a metodelor. Aplicarea acestei atitudini duce ntotdeauna la descoperirea unei metode de execuie mai adecvat (mai ieftin), deoarece nu exist nici o metod perfect. n acest scop, este ns necesar un studiu foarte aprofundat al operaiei ce se vrea ameliorat. Gradul de profunzime al studiului depinde ns de urmtorii factori: frecvena de repetiie a activitii (operaiei); tariful orar al muncii pentru activitatea respectiv; durata anticipat a activitii considerate; coninutul de munc al activitii respective.

Primii doi factori se pot combina ntr-un indice care s exprime costul anual de munc pe durata de 1 / 10 000 h (indice calculat nmulind tariful orar cu numrul de repetri ale activitii pe parcursul unui an i cu 0,0001). Ingineria metodelor conine o serie de metode i procedee analitice, care pot fi folosite individual sau n combinaie, n funcie de nivelul de profunzime dorit al studiului. Dintre aceste metode, amintim schemele de procese (prezentate n subcapitolul 2.2), analiza pe operaii (constituie obiectul subcapitolului 2.3), studiul micrii (prezentat n subcapitolul 2.4) i cele descrise pe scurt mai jos.

Observaia instantanee:Observaiile instantanee se realizeaz la intervale de timp ntmpltoare (aleatoare), rezultnd deci un numr mic de observaii, n locul unei observaii continue. Rezultatele unui numr relativ mic de astfel de observaii au tendina de a urma acelai model de distribuie ca cel real al cazului studiat. Observaia instantanee prezint avantajele unui cost redus, intervenind puin n procesul de lucru (nu jeneaz prea mult lucrtorul observat). Datele culese pot fi apoi utilizate pentru mrirea eficacitii muncii i pentru reducerea costurilor.

34


Studiul timpului. Sistemul MTM :Studiul timpului este o activitate (metod) specializat de msurare a normei de timp (definit ca durata de timp necesar pentru executarea unei anumite operaii / activiti, dup o metod specificat, execuia fcndu-se de ctre un lucrtor cu pregtire i ndemnare medie, lucrnd cu un efort mediu, n condiii normale). Operaia, dup ce iniial a fost studiat i normat, se submparte ntr-o serie de elemente, fiecare fiind apoi cronometrat (eventual prin determinri repetate). Timpii elementari se ajusteaz cu un coeficient de ndemnare i efort al lucrtorului, considerndu-se i coeficieni pentru ntrzieri, oboseal .a.m.d. Analiza msurrii timpului operaional (denumit metoda / sistemul MTM) este un procedeu de msurare (normare) a muncii care nti analizeaz sistematic micrile fundamentale necesare pentru a executa orice operaie (sau element de operaie) manual i apoi atribuie fiecrei micri o norm de timp predeterminat (extras din tabele), bazat pe natura fizic a micrii i condiiile concrete de execuie. Sistemul MTM se utilizeaz pentru normri n faza premergtoare produciei cu scopul comparrii diferitelor procedee de execuie. Timpul este exprimat n unitatea de msur a timpului, UMT (1 UMT = 1 / 10 000 h). Studiul timpului i sistemul MTM vor fi studiate n cadrul cursului de Ingineria sistemelor de producie.

Ingineria i analiza valorii :Ingineria valorii este o metod de mbuntire (minimizare) a valorii unui produs prin ameliorarea relaiei dintre funcia acelui produs i costul su. Prin produs se nelege orice pies / ansamblu sau serviciu / operaie, iar costul este msura monetar a cheltuielilor necesare pentru realizarea utilitii produsului considerat. Se utilizeaz i termenii sinonimi de analiz a valorii (folosit de regul n cazul n care se studiaz un produs deja existent), mbuntire a valorii sau asigurare a valorii. Scopul urmrit este deci realizarea funciei unui produs la un cost mai redus, nu doar reducnd cheltuielile de fabricaie, ci modificnd nsi produsul. Pe lng minimizarea costului, se caut ns i creterea35


performanelor produsului, urmrindu-se, n final, maximizarea profitului obinut prin vnzarea acestuia. Ingineria valorii se caracterizeaz prin accentul pus pe funcie i prin planificarea sarcinii de executat. Astfel, se stabilete un plan de lucru n apte faze: informativ (de culegere a informaiei); analitic (de analiz a informaiei); de creaie (cu utilizarea metodelor de stimulare a ideilor); de evaluare (a ideilor formulate); de investigare (analiza comparativ a diferitelor variante pn la propunerea soluiei optime); de decizie (alegerea variantei finale); de implementare (punere n practic). Soluiile obinute conduc la reducerea costului de realizare a unui produs destinat unei funcii date, pe cnd celelalte metode se concentreaz pe prelucrarea mai eficient a produselor. Ingineria valorii este cea mai recent i poate cea mai eficient metod de perfecionare a unei activitii productive, metod ce constituie obiectul cursului Ingineria valorii produsului.

2.2. Reprezentarea schematic a proceselor tehnologiceSchemele de procese reprezint grafic evenimentele (operaii, micri etc.) care au loc pe durata unei serii de aciuni (procese de munc / tehnologice, operaii) n scopul facilitrii analizei acestora. Aceste scheme ofer o descriere sistematic a proceselor tehnologice (ciclurilor de munc), suficient pentru identificarea posibilitilor de mbuntire a acestora. Pentru ntocmirea lor, se folosesc de regul formulare tipizate. Prin analiza unor astfel de scheme, se pot elimina unele operaii (activiti) inutile i li se poate stabilii succesiunea optim, ajungndu-se la reduceri importante ale costului de execuie.

2.2.1. Categorii de activiti. Etape de rezolvareConform ASME (American Society of Mechanical Engineers Societatea american a inginerilor mecanici), activitile cuprinse n schemele de procese se clasific n cele cinci categorii (grupe) definite mai jos

36


(n stnga fiecrei definiii, este indicat simbolul tipizat al activitii, alturi de alte denumiri uzuale ale acesteia): Operaia reprezint modificarea caracteristicilor fizicoschimbare (producie)

mecanice ale unui obiect, asamblarea / dezasamblarea, aranjarea n vederea efecturii unei alte aciuni (sau: recepionare de informaii, planificare, calcul). Transportul reprezint deplasarea unui obiect de la un loc la altul (n afara cazului cnd face parte dintr-o operaie). Controlul (inspecia) reprezint examinarea unui obiect pentru identificare sau verificare calitativ sau cantitativ. ntrzierea apare atunci cnd condiiile existente nu permit / nu impun executarea imediat a urmtoarei aciuni. Depozitarea (stocarea) apare atunci cnd obiectul este inut

micare

verificare ateptare

necontrolat controlat i protejat mpotriva unei deplasri neautorizate. (protecie)

Aciunile combinate presupun executarea n paralel (sau simultan) a mai multor aciuni (pentru simbolul alturat, operaie + control) Principalele etape ale rezolvrii unei probleme (analizrii unei activiti) folosind schemele de procese sunt urmtoarele: 1. alegerea i definirea problemei; 2. mprirea n elemente componente (operaii) i ntocmirea schemelor; 3. examinarea acestor scheme i interogarea; 4. elaborarea unei propuneri de ameliorare; 5. punerea n practic (verificarea) propunerii. Majoritatea schemelor de procese conin simboluri preimprimate i cuprind rubrici cu ntrebri simple (pentru etapa 3), iar unele dintre ele au prevzute spaii pentru indicarea ideilor care se dezvolt la etapa 4.

2.2.2. Scheme de procese operaionaleSchemele pe operaii (numite i scheme de procese operaionale / tehnologice / de lucru) sunt reprezentri grafice ale punctelor n care n proces se introduc materiale, precum i a secvenei controalelor i celorlalte operaii

37


(activiti), cu excepia mnuirilor de materiale. Schemele au urmtoarele patru componente principale (indicate n figura 2.1):Materialele introduse n procesul de fabricaie

Identificare care se mbin la piesa principal Materialul achiziionat Subansamblul sau piesa 1 Materialul achiziionat Subansamblul sau piesa 2 care se mbin la piesa principal care se mbin la o alt pies sau subansamblu Materialul achiziionat Subansamblul sau piesa 3 Materialul achiziionat asupra creia se execut majoritatea lucrrilor

Lup

Materialul pe care se execut lucrarea



Materialul achiziionat

DetaliuLup

[de la activitatea precedent]

0,0018timp [ore zecimale]

0-1

numerotare operaie

[nou material introdus n fluxul de fabricaie] numerotare control

C-1[la activitatea viitoare] Figura 2.1

1) materialele (se enumer toate informaiile importante despre acestea n momentul intrrii lor n fluxul de fabricaie);

38

Etapele procesului, aranjate n ordine cronologic

Ppiesa de baz


2) operaii (descrise pe scurt, prin denumire i loc de execuie / munc sau / i indicativ al acestuia); 3) control (se indic dac este calitativ / cantitativ sau cu prelevare de probe); 4) timpul necesar efecturii fiecrei activiti (de obicei indicat n ore zecimale, n vederea evalurii importanei fiecrei etape). Modul de ntocmire al acestor scheme este ilustrat sugestiv n figura 2.1, iar exemple de astfel de scheme sunt prezentate n Anexa 2.1 i Anexa 2.2. Analiza schemelor pe operaii urmrete: examinarea tuturor variantelor de materiale posibile (din punctele de vedere ale costului, funciei i fiabilitii); eventuala modificare a operaiilor, cu propunerea de diferite alternative i variante, cu diverse scule, utilaje sau echipamente, cu eventuale eliminri sau combinri; eventuala modificare a controalelor, prin simplificare (nlocuirea cu simple observaii) etc.; reexaminarea valorilor de timp, n vederea unor eventuale reduceri.

2.2.3. Scheme de procese n flux. Diagrama de flux. Scheme pentru lucrri de birouSchemele de procese n flux sunt reprezentri grafice ale succesiunii tuturor activitilor ce au loc n timpul unui proces (procedeu) tehnologic i au ca obiect un singur component (obiect sau material), n cazul schemelor - tip pentru materiale, sau activitatea unei singure persoane, n cazul schemelor - tip pentru om. Schemele - tip pentru materiale se utilizeaz n vederea formrii unei imagini asupra proceselor de producie, iar schemele - tip pentru om se folosesc n cazul operaiilor de ntreinere sau prestrilor de servicii. Un exemplu de schem tip pentru om este prezentat n Anexa 2.6. Pentru ntocmirea acestor scheme, se utilizeaz formulare tipizate, care conin scurte descrieri ale operaiilor, eventual completate n coloana observaiilor (Note), destinat i notrii ideilor rezultate din analiz. Nu se menioneaz amnunte minore, iar timpul i distana de deplasare se indic doar pentru etapele importante i pentru ntrzieri. Formularul conine linii de flux pentru indicarea succesiunii operaiilor i un tabel sintetic (intitulat

39


Rezumat), n care se compar metoda de lucru prezent (observat) cu cea propus pe baza analizei schemei de procese n flux. n vederea consemnrii rezultatelor analizei schemei, se folosesc rubrici cu ntrebri simple (intitulate Analiza), care se completeaz cu tehnica bifrii. Fiecrei ntrebri din rubrica Analiza i corespunde o aciune, indicat n rubrica Aciunea, care se completeaz tot cu tehnica bifrii. ntrebrile i aciunile (n numr de cinci fiecare) din aceste dou rubrici sunt prezentate sintetic n tabelul 2.1 (unde s-a indicat prin subliniere forma sintetic a ntrebrilor / aciunilor, aa cum se ntlnesc n scheme). Tabelul 2.1. Nr. 1. 2. 3. 4. 5. ntrebarea Care este scopul? Unde se execut? Cnd se execut? Cine execut? Cum se execut? Urmat de De ce? De ce? De ce? De ce? De ce? Aciunea probabil / posibil Eliminarea activitilor inutile. Combinare sau schimbarea locului. Combinare sau schimbarea timpului (secvenei operaiilor). Combinare sau schimbarea persoanei. Simplificarea / ameliorarea metodei.

Se poate realiza, dup analiz, i o schem n flux a metodei propuse. Diagrama de flux este o schi a planului locului (atelier, secie etc.) de desfurare a tuturor activitilor unei scheme de procese n flux. Pe aceast schi se marcheaz traseul deplasrilor materialului sau persoanei urmrite (prin linii prevzute cu sens i marcate cu simbolul activitii). Aceast diagram este un auxiliar important pentru procesele cu multe micri (deplasri) i ajut la eliminarea curselor excesive i a punctelor de congestionare a traficului. Schemele pentru lucrri de birou sunt asemntoare cu cele de procese n flux, dar urmresc o fi (formular etc.), elaborat n unul sau mai multe exemplare (n ultimul caz, se realizeaz o schem cu mai multe coloane, vezi 2.2.4). Operaiile, n acest caz, prezint urmtoarele trei variante:Generare document Adugare informaii(pe documentul existent) Operaie de manipulare (sortat, colaionat)

40


n plus, sunt utilizate i urmtoarele simboluri de activiti:Arhivare document Distrugere document

2.2.4. Scheme n flux cu mai multe coloaneSchemele cu mai multe coloane se utilizeaz pentru reprezentarea interrelaiilor generale n cazul n care mai muli oameni lucreaz ntr-o echip sau ntr-un produs (procedeu) intr mai multe componente. O prim variant a unei astfel de scheme, numit schem de tip vertical, const n completarea unei scheme de proces operaional cu activitile de transport, ntrzieri i stocri, cu indicarea timpilor respectivi. Un exemplu de astfel de schem este prezentat n Anexa 2.3. O variant mai comod dect o schem de tip vertical este schema tip cu mai multe coloane, care prezint o linie orizontal pentru fiecare component (material sau, n cazul lucrrilor de birou, un exemplar de fi) sau om (lucrtor, persoan). Sunt dou tipuri de astfel de scheme, schema tip procedeu (pentru materiale) i schema tip colectiv (pentru persoane). Succesiunea cronologic a activitilor de executat de ctre fiecare persoan sau asupra fiecrui component din schem este indicat n schem de la stnga la dreapta, printr-o succesiune de simboluri de activiti. Schemele tip procedeu condenseaz, n vederea reprezentrii raporturilor existente, descrierea fiecrei etape de pe schema n flux pentru fiecare component (material, pies, exemplar de document). Componentele aflate n raport sunt prezentate n schem pe linii (trasee) adiacente. Principalele simboluri folosite n astfel de scheme sunt urmtoarele: - linia de influen:(1) (2) componenta de pe linia de flux (2) influeneaz operaia x de pe linia (1)

Exemplu:Registru

formularul (fia) de pe aceast linie de flux provoac o adugare n registru

- aciuni simultane pentru dou componente: Exemplu: control simultan (dou simboluri)

41


- aciuni alternative (dou variante posibile) (aciunea normal se indic pe linia de flux regulat): - linia alb (pentru sincronizarea cronologic): Schemele de tip colectiv sunt scheme paralele, cu simbolurile activitilor diferitelor persoane (alctuind de regul o echip) amplasate unul sub altul. Schemele de acest tip conin ntrzieri (ateptri), dar nu pot conine depozitri. Schemele conin i o legend, n care sunt descrise diferitele activiti (se atribuie un numr fiecrei activiti, cu excepia ntrzierilor, la care se face apoi referin n legend). Un exemplu de astfel de schem este prezentat n Anexa 2.7. Analiza schemelor n flux urmrete reducerea sau eliminarea ntrzierilor prin rearanjri ale activitilor, avnd ca efecte eliberarea de personal excedentar (pentru alte operaii) i reducerea ciclului de producie. Se pot face eventual i combinri ale diferitelor activiti.

2.2.5. Scheme de activiti multipleSchemele de activiti multiple, numite i scheme om-main sau pentru planificarea muncii, sunt reprezentri grafice ale timpului coordonat de lucru i de ateptare (repaus), ntocmit pentru doi sau mai muli oameni (de tip schem colectiv vezi 2.2.4) sau pentru orice combinaie de oameni i maini. Se utilizeaz urmtoarele dou tipuri de scheme: 1) Scheme cu simboluri pentru timpii de lucru i ntrzieri (de tip schem colectiv, deci fr scar de timp), urmrindu-se echilibrarea ct mai bun a intervalelor de lucru efectiv i de ateptare; 2) Scheme cu indicarea duratei aciunilor (determinat prin studiul timpului), reprezentat prin bare cu lungime reglat dup o scar de timp, cu diferenierea timpilor de munc independent sau combinat. Schemele de tipul 2) utilizeaz urmtoarele trei elemente: Munc independent: un operator lucrnd singur (fr alt operator sau main), care execut operaii de pregtire, mnuire, control etc.; o main n lucru far intervenia unui operator. Acest element este simbolizat pe schem

42


printr-o bar de culoare neagr. Timpii muncii independente pot fi deplasai n mod independent. Munc combinat: un operator lucrnd la o main sau cu un alt operator (n cooperare), care execut operaii de pregtire, ncrcare a mainii, comand manual etc.; o main lucrnd cu un operator (n comand manual) sau care este pregtit, ncrcat sau descrcat. Acest element este simbolizat pe schem printr-o bar de culoare alb. Ateptare (de exemplu a mainii cnd operatorul execut o munc independent ce mpiedic ns funcionarea mainii). Acest element este simbolizat pe schem printr-o bar de culoare roie sau o bar haurat. Dac se rearanjeaz timpii de munc independent ai operatorului, se pot reduce timpii de ateptare ai mainilor. Un exemplu de schem de activiti multiple de tipul 2) este prezentat n Anexa 2.4. Analiza unor astfel de scheme conduce la obinerea de economii importante prin eliminarea timpilor de ateptare (timpii mori), ca rezultat al rearanjrii ciclului de munc.

2.2.6. Scheme ale locului de munc (pentru mna dreapt i mna stng)Schema locului de munc este reprezentarea grafic a activitilor coordonate executate att cu mna stng ct i cu mna dreapt, numit i schem de proces pentru un operator. O astfel de schem se realizeaz sub forma unei diagrame de flux cu dou coloane verticale, cte una pentru fiecare mn. Un exemplu de astfel de schem este prezentat n Anexa 2.5. n aceste scheme, unele simboluri au noi semnificaii: de exemplu, simbolul activitii de depozitare are semnificaia de inere (cu mna). Schemele conin, ntre altele, scurte descrieri ale activitilor, un tabel rezumativ (utilizat pentru a compara diferitele variante de lucru, ca numr de operaii ns i nu ca timp de execuie), o schem a dispoziiei locului de munc i, eventual, indicaii privind distanele de deplasare. Analiza unor astfel de scheme urmrete dac operaia studiat are un caracter suficient de repetitiv, ncercndu-se ameliorarea execuiei prin compararea similaritii muncii efectuate cu fiecare mn, prin combinri etc.43


Se utilizeaz cele 20 de principii ale economiei micrii (indicate, n form prescurtat, i pe formularele tipizate pentru scheme vezi Anexa 2.5), enunate de Gilbreth i care vor fi discutate n paragraful 2.4.5.

2.3. Analiza operaionalAmeliorarea unei activiti i automatizarea sa nu se pot obine dac se face un studiu global al acesteia. Pentru a se obine rezultate ale analizei prin ingineria metodelor, este necesar mprirea activitii n elementele sale componente, fiecare fiind analizat separat, n mod sistematic, mpreun cu factorii care o influeneaz. O astfel de analiz, critic, aplicat tuturor factorilor ce concur la realizarea unei activiti, este analiza pe operaii (operaional), care urmrete obinerea metodei optime posibile pentru executarea fiecrui element, eventual cu introducerea de noi metode. Scopul final este aducerea operaiilor ct mai aproape de o realizare continu i automatizat. Analiza pe operaii const deci n studiul sistematic al factorilor care influeneaz metoda de execuie a unei operaii, prin aplicarea sistematic a intuiiei (bunului sim), n scopul realizrii unui maxim de economie general. Astfel, se examineaz o serie de puncte de analiz primar, din care pot rezulta unele propuneri de ameliorare.

2.3.1. Introducere. Etapele metodei de analizOrice metod de lucru manual sau parial manual (caracterizat de prezena omului i a mainii) este perfectibil pn la mecanizare n aa msur nct atenia uman (definit mai jos) este eliminat complet, iar dispozitivele utilizate sunt de o simplitate elementar. Principiul Exist o posibilitate continu de mbuntire este esenial pentru a progresa i mbunti continuu procesul de producie. Este necesar i o atitudine interogativ, bazat pe ntrebrile Ce?, Cum? etc. (prezentate n tabelul 9.1). Nivelul de aplicare al metodei este general, nu este limitat de natura muncii efectuate, profunzimea studiului depinznd ns de o serie de factori. Metoda nu este limitat la producia de mas, la care ns se realizeaz un44


studiu foarte aprofundat. Scopul final fiind o reduce a costurilor de producie, nivelul estimat al acesteia se compar cu costul analizei, rezultnd perioada de amortizare a acestuia, care trebuie s fie ct mai redus. Munci aparent diferite, reduse la elementele lor constitutive, evideniaz multe aspecte comune i, ca urmare, pot fi tratate similar, iar multe operaii au un pronunat caracter repetitiv. Etapele metodei de analiz pe operaii, n scopul ameliorrii i automatizrii activitilor, sunt urmtoarele: 1. Examinarea (observarea fizic) a operaiei; 2. Formularea de ntrebri (Ce?, Cum?, Cine?, Unde?, Cnd?); 3. Estimarea gradului posibil de ameliorare sau automatizare; 4. Elaborarea i examinarea de soluii pentru ameliorare / automatizare. Examinarea se realizeaz sub urmtoarele 10 aspecte: 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9. structura piesei sau ansamblului, caracteristicile materialului, procesul (procedeul) de fabricaie, scopul operaiei analizate, tolerane i condiii cerute la control, scule i regimuri de achiere sau similar, analiza echipanentului (utilaje, instalaii etc.), analiza dispoziiei locului de munc i a micrilor, fluxul de materiale la locul de munc,

4.10. planul de amplasament al echipamentului; 5. Compararea noii metode (ce include noile soluii propuse la etapa 4) cu cea veche.

2.3.2. Gradul de profunzime al studiuluiGradul de profunzime i implicit costul studiului ntreprins asupra unei operaii (cost cu att mai mare cu ct studiul realizat este mai detaliat) depind de urmtorii factori: a) Gradul de repetiie al muncii sau categoriei de activiti analizate. n funcie de acest grad, activitile se mpart n urmtoarele patru categorii (reperele indicate pentru ncadrarea activitilor au un caracter pur orientativ):

45


grad de repetiie nalt, pentru activiti ce se repet de cel puin 2000 ori/an i au un timp total de execuie de cel puin 1000 ore; grad de repetiie mediu, pentru activiti ce se repet de cel puin 500 ori/an i prezint o durat de 1 - 6 luni; grad de repetiie sczut, pentru activiti ce se repet de cel puin 50 ori/an i au o durat de la dou sptmni la o lun; activiti ntmpltoare, care se repet de mai puin de 50 ori/an, au o durat mai mic de dou sptmni i nu se vor mai repeta, cel puin n viitorul apropiat. b) Atenia uman, prin definiie cuprinde orice parte a unei munci (categorie de activiti) care se execut manual sau timpul n care un operator observ un echipament (main) pentru a se asigura c acesta funcioneaz corespunztor. Atenia uman se clasific n urmtoarele categorii: nalt, cnd cuprinde peste 75% din durata total a muncii (de exemplu, lucrul cu scule manuale, fr energie auxiliar); medie, cnd cuprinde o proporie de 25 ...75% din durata total; redus, cnd cuprinde mai puin 25% din durata total (de exemplu, n cazul unei operaii complet automatizate). c) Durata unei munci, care se mparte n trei categorii: durat de peste 12 luni, ntre 6 i 12 luni, mai mic de 6 luni. Observaie: La determinarea gradului de repetiie (punctul a), cel mai greu de apreciat, trebuie s se in seama de frecvena cu care munca analizat revine (numrul de ori n care se repet anual), de lungimea ciclului de munc (orele necesare pentru a-l efectua) i de durata total a muncii (orele necesare efecturii tuturor ciclurilor dintr-un an). n funcie de cei trei factori i de condiiile specifice fiecrei munci, pe baza experienei, intuiiei i folosind unele reguli orientative, se alege una din cele ase categorii de metode de lucru de mai jos (enumerate n ordinea descresctoare a preciziei i gradului de profunzime al analizei): 1. Analiz scris, folosind scheme pe operaii i n flux. Analiza detaliat a S.D.V.-urilor (scule, dispozitive, verificatoare) i a elementelor de automatizare;

46


2. Analiz scris, folosind scheme pe operaii. Analiza S.D.V.-urilor i a echipamentelor; 3. Analiz mintal, pe baza informaiei cuprinse n schema pe operaii; 4. Analiz scris (ca la pct. 1), doar pentru muncile reprezentative; 5. Analiz mintal pe baza schemei pe operaii, la examinarea general a categoriei de munc; 6. Utilizarea de date referitoare la timpi predeterminai.

2.3.3. Fia de analiz pe operaii. Puncte primordiale de analizPunctele primordiale (factorii principali) de analiz sunt necesare pentru asigurarea unei analize sistematice, consecvente, care s nu piard din vedere nici o problem important (de exemplu, nainte de a ameliora o activitate, ne ntrebm dac nu cumva se poate elimina). Cei 10 factori principali, care trebuie examinai n amnunt, mintal sau scris, pentru orice operaie i care sunt interdependeni, sunt prezentai mai jos, mpreun cu cteva precizri referitoare la fiecare: 1. Scopul operaiei: Modificri, chiar minore, ale unui proiect sau legate de materiale pot face ca o operaie a unui procedeu tehnologic s devin inutil sau incorect sau s i influeneze eficiena i, ca urmare, trebuie analizat necesitatea operaiei. 2. Structura elementar a operaiei (proiectul piesei): Implic verificarea corectitudinii proiectului piesei i dac ndeplinete cerinele, eventual cu eliminarea unor detalii prea costisitoare sau a unor caracteristici inutile, avnd ca efect economii la costul de producie. 3. Analiza procesului: Nici o operaie nu se studiaz n mod izolat, ci ca parte integrant ntr-un proces unitar, deoarece modificri ale unei operaii au efect asupra ntregului proces. Se pot propune combinri de operaii, rearanjri, eliminri ale operaiilor inutile etc. 4. Condiiile de control (inspecie): Condiiile calitative impuse piesei determin metodele i operaiile de execuie i control. De aceea, se urmrete s se stabileasc dac condiiile calitative prescrise corespund utilizrii produsului (de exemplu, dac nu sunt prea costisitoare).

47


5. Materiale utilizate:

Acestea se aleg n funcie de condiiile de

exploatare i natura piesei, avnd un cost important. Se examineaz dac materialul specificat iniial mai este optim sau poate fi nlocuit cu unul mai ieftin, mai performant sau cu un raport mai bun ntre performan i pre (n acest scop, este necesar s se cunoasc noutile din domeniul materialelor). 6. Mnuirea materialelor: Se analizeaz fluxul de materiale din unitatea productiv, urmrindu-se optimizarea, accelerarea i automatizarea acestuia, n vederea obinerii unor reduceri importante de cost. 7. Amenajarea i pregtirea locului de munc, a sculelor, echipa

B.I.S.P. Dumitrescu [SEM 2]

Documents

Transcript of B.I.S.P. Dumitrescu [SEM 2]