Содержание к диссертации
Введение 4
ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ТЕЛОДВИЖЕНИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ СКЛАДИРОВАНИЕМ ПРОДУКЦИИ 13
1.1. Место и особенности развития складов в системах грузодвижения 14
1.2. Основные направления исследований в области складского хозяйства 19
1.3. Система грузодвижения как объект управления 24
Выводы по главе 28
Задачи исследования 30
ГЛАВА 2. ФОРМАЛИЗАЦИЯ И АНАЛИЗ СИСТЕМ ГРУЗОДВИЖЕНИЯ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ СКЛАДИРОВАНИЕМ 32
2.1. Содержательное описание системы грузодвижения 32
2.2. Простейшая система грузодвижения 38
2.3. Формализация структуры СГ ПСП 43
2.4. Модели элементов СГ ПСП и их композиция 46
Выводы по главе 54
ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ ГРУЗОДШЖЕНИЯ В СГ ПСП С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ СТРУКТУРОЙ 55
3.1. Задача структурной идентификации СГ ПСП 55
3.2. Разработка математической модели грузодвижения. 67
3.3. Постановка задач управления грузопотоками 78
3.4. Преобразование модели к двухмерной форме представления 79
Выводы по главе 84
ГЛАВА 4. СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ГРУЗОПОТОКАМИ 86
4.1. Обоснование разрешимости задачи управления грузопотоками в системах грузодвижения с промежуточным складированием продукции 86
4.2. Алгоритм управления грузопотоками ( общий случай ) 88
4.3. Алгоритм управления грузопотоками в СГ ПСП с одинаковыми характеристиками элементов ( частный случай ) 91
4.4. Оптимизация интенсивностей загрузки - выгрузки накопителей продукции 97
Выводы по главе 106
ГЛАВА 5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГРУЗОДВИЖЕНИЯ ДЛЯ СИНТЕЗА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ГРУЗОПОТОКАМИ 107
5.1. Прогнозирование возмущений на СГ ПСП НО
5.2. Имитационное моделирование процессов грузодвижения в СГ ПСП .117
5.3. Использование математической модели грузодвижения в системах управления производственными и транспортно-складеними процессами 126
Выводы по главе 134
ОБЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ. ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 136
ЛИТЕРАТУРА 139
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Введение к работе
Ритмичность и сбалансированность процессов производства, транспортирования и хранения продукции - важнейшие требования, предъявляемые к сферам производства и потребления товарно-материальных ценностей в свете решений ХХУІ съезда КПСС и Продовольственной программы, принятой майским Плену -мом ЦК КПСС в 1982 году. Значительную роль в обеспечении ритмичности и сбалансированности производственных процессов призваны сыграть транспортно-складские системы, осуществляющие процесс перемещения продукции от места ее производства к местам потребления.
В последние годы, в связи с усилением концентрации и углублением специализации производства, объемы грузовых перевозок возрастают как по прямым хозяйственным связям, так и через систему складов. Значительно увеличивается, в частности, доля складских поставок: к 1990 г. объем поставок грузов через склад должен превысить уровень 1975 г. почти в 3 раза [99, стр. 15] . Высокие темпы интенсификации складского грузооборота обусловлены сущностью складской формы поставок, основу которой составляет возможность концентрации запасов и оперативного маневрирования ими, что способствует повышению эффективности основного производства.
Одновременно с возрастанием объемов складского грузооборота увеличиваются затраты на осуществление процессов транспортирования и складирования грузов, которые уже сейчас в масштабах страны составляют 10-15 млрд. рублей ежегодно [86, стр. 26 ] . Увеличивается и доля работ по управлению складским хозяйством. На отдельных предприятиях она составляет 30-60% объема работ по управлению основным производством.
Характерная особенность исследований, выполненных в части анализа и синтеза систем управления грузопотоками и запасами, - ориентация на выделенный класс объектов с известными структурно-параметрическими характеристиками, которые предполагаются, как правило, не изменяемыми во времени и идентичными в разрезе классов. В современной инженерной практике принято предполагать, подчеркивает Р.Калман [44, стр. 64 J , что большинство данных о структуре объекта известно априори, а данные о входных воздействиях и выходных величинах получаются в результате измерений в реальном масштабе времени. В действительности же, как отмечает академик В.А.Трапезников [ 103, стр. ], "объекты, на первый взгляд представляющиеся типовыми, на практике оказываются не идентичными , требуют дополнительного обследования, изменяют свои характеристики в процессе эксплуатации". В этом видится одна из важных причин, сдерживающих практическую реализуемость имеющихся научных результатов. Например, в области управления материально-техническим снабжением только на привязку типовых решений при их изменении требуется, согласно типовых норм времени на программирование задач на ЭВМ, до 112 чело -веко-дней.
Стремление к повышению уровня автоматизации транспортно-складских процессов, объективно вытекающее из запросов практики, требует устранения причин, препятствующих практической реализуемости имеющихся научных результатов. В связи с этим вопросы синтеза алгоритмов управления для складских систем с изменяемой структурой приобретают важное научное и практическое значение.
Объектом исследования в данной работе является система грузодвижения, обеспечивающая перемещение продукции от места ее производства к местам потребления через промежуточные накопители продукции (через склад).
К числу характерных особенностей объекта исследования , выявленных в результате анализа реальных транспортно-складских систем и определивших область данного исследования , относится:
- вероятностный характер процесса поступления грузов для загрузки в накопители продукции;
- вероятностный характер процесса поступления требований на отгрузку хранимой продукции;
- многокомпонентное грузопотоков и запасов;
- изменчивость взаимосвязей между элементами системы грузодвижения в соответствии с изменением качественных характеристик поступающих и требуемых грузов.
Целью исследования, вытекающей из наукометрического анализа основных направлений исследований, выполненного в области автоматизации управления транспортно-складскими процесса ми, является разработка эффективных алгоритмов управления грузопотоками в условиях изменения структуры системы грузодвижения при действии возмущений в виде поступающих грузов и требований на отгрузку.
Основная задача исследования - разработка математической модели, отражающей структурную динамику системы грузодвиже -ния, и создание на ее основе методики синтеза оптимальных алгоритмов управления грузопотоками в системах с промежуточным складированием продукции, связи между элементами которых изменяются при взаимодействии с внешней средой.
Поставленная задача исследования решается в традиционной для задач синтеза оптимального управления постановке: идеи -тификация объекта управления - разработка модели - формализация критерия оптимальности - создание методики синтеза алгоритмов управления. Ее решение обеспечивается решением следующих задач:
- идентификация структуры системы грузодвижения по характеристикам возмущений, действующих на нее в виде поступающих грузов и требований на отгрузку, а также по характе ристикам, определяющим состояние ее элементов;
- разработка математической модели грузодвижения з системах с промежуточным складированием продукции, отражающей динамику их структуры;
- синтез алгоритмов управления грузопотоками в системах грузодвижения с промежуточным складированием продукции;
- разработка прогностических средств для управления гру -зопотоками с предсказанием возмущений, действующих на систему грузодвижения с внешней среды;
- имитационное моделирование процессов грузодвижения с целью экспериментальной проверки эффективности разработанных алгоритмов управления;
- анализ возможностей использования предложенных алгоритмов для управления производством и запасами.
При решении поставленных задач использовалась методология исследований, изложенная в работах А.А.Первозванского [75] , М.А.Гаврилова [22] , В.Г.Лазарева [56 ] , Д.А.Поспелова [79] , С.А.Юдицкого [120] , Е.Е.Дудникова [37] , А.В.Нетушила [l02], В.Г.Трегуба [105] , В.И.Скурихина [95] , Н.П.Бусленко [l5] , А.А.Бакаева [б] , А.А.Воронова [2l] , К.Д.Жука [39] , А.А.Сме-хова [9б] , Н.Н.Моисеева [бі] .В ходе исследований получены новые результаты, представляющие определенное теоретическое и практическое значение.
Новыми научными результатами являются:
X. Алгоритм структурной идентификации систем грузодвижения с промежуточным складированием продукции.
В ранее известных результатах [3,8,13,37,4-7,52,58] структура системы грузодвижения определялась исследователем и предполагалась не изменяемой на рассматриваемом временном интервале. В отличие от такого подхода, впервые предложена формализованная процедура расчетов для определения структуры системы грузодвижения по характеристикам возмущений, действующих на нее со стороны внешней среды, и характеристикам, идентифицирующим состояние ее элементов.
2. Математическая модель грузодвижения в системах с промежуточным складированием продукции.
Новизна полученной модели, в отличие от известных ре -зультатов [75,90,86,107,117] , состоит в том, что впервые , используя выходной алфавит автомата структурной идентификации объекта управления, построена модель, отражающая логику изменения структуры системы грузодвижения.
3. Расчетные формулы для отображения пятнадцатимерного индексного пространства математической модели грузодвижения в двухмерное пространство индексных множеств задач линейного программирования.
В известных ранее моделях [52,53,107,119,29] для решения задач управления грузопотоками использовались преобразования над трех-, четырех- и пятимерными пространствами; подобные преобразования над пространствами большей размерности в литературе не описаны.
4. Алгоритмы управления грузопотоками (общий и частный случаи) в системах грузодвижения с промежуточным складированием продукции.
Новизна алгоритмов определяется тем, что впервые получена процедура формирования оптимальных решений по загрузке накопителей продукции поступающими грузами и отгрузке продукции в соответствии с поступающими требованиями, отражающая логику изменения взаимосвязей между элементами системы грузодвижения.
5. Формулы для расчета интенсивностей обработки грузо -потоков на входе и выходе системы грузодвижения, минимизирующих издержки складского грузооборота.
В отличие от известных результатов [90,93,111] , для
расчета интенсивностей обработки грузопотоков использованы решения по ввозу-вывозу продукции, формируемые в соответ -ствии с заданным алгоритмом управления,
В ходе исследований осуществлен синтез автомата структурной идентификации системы грузодвижения, доказаны теоремы о существовании и оптимальности решений по управлению грузопотоками, созданы программы имитационного моделирования уп -равляемого процесса перемещения продукции в системах с промежуточным складированием и прогнозирования возмущений, действующих на систему в виде поступающих грузов и требований на отгрузку.
ОБЪЕКТАМИ ЗАШИТЫ ЯВЛЯЮТСЯ:
1. Алгоритмы управления грузопотоками в системах грузодвижения с промежуточным складированием продукции (общий и частный случаи).
2. Алгоритм структурной идентификации системы грузо -движения.
3. Математическая модель грузодвижения в системах с промежуточным складированием продукции.
АВТОР ЗАЩИЩАЕТ СЛЕДУЮЩИЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ: I. Предложенный алгоритм структурной идентификации системы грузодвижения отражает изменчивость связей между ее элементами, что позволяет автоматизировать процесс идентификации в условиях структурной динамики объекта управления.
2. Разработанная математическая модель грузодвижения отражает логику изменения структуры объекта управления, что позволяет использовать ее для автоматизации управления грузопотоками в производственных и транспортно-складских системах изменяемой структуры.
3. Решения по управлению грузопотоками в системах грузодвижения с промежуточным складированием продукции, получае -мне с использованием разработанных алгоритмов управления, являются оптимальными, что способствует минимизации издержек складского грузооборота.
Публикации ( 9 работ, в том числе б статей, 2 тезиса докладов и пакет алгоритмов и программ ) охватывают основные разделы диссертации. Материалы диссертации обсуждались на Всесоюзной и республиканских научно-технических конференциях (г. Северодонецк, ІУ79 г.; г. Одесса, 1979 г.; пгт Н.Ялта , 1982 г.), на секции "Кибернетика и автоматическое управле -ние" научного совета по проблеме "Кибернетика" АН УССР (г. Одесса, 1978 г.), на научных конференциях профессорско-преподавательского состава ОТИПП им. М.В.Ломоносова (г.Одесса, 1977-1983 гг.).
Результаты работы прошли проверку в промышленных уело виях. По результатам имитационного моделирования грузопотоков для условий работы хлебзавода № 5 (г. Одесса) создана и внедрена методика совершенствования централизованного уп равления производством, транспортировкой и сбытом хлебо булочных изделий. Годовой экономический эффект от внедрения составил 25 тыс. рублей. Разработанные алгоритмы управления и программы используются в комплексе задач "Грузы" для прогнозирования спроса на грузовые перевозки и маршрутизации грузопотоков на сети авиалиний гражданской авиации. Место внедрения - ЦНИИ АСУ ГА, г. Рига. Годовой экономический эффект от внедрения составил 50 тыс. рублей.
Пакет алгоритмов и программ принят Всесоюзным научно-техническим информационным центром (г. Москва) и внедрен в отраслевой фонд алгоритмов и программ при НПО " Пищепром -автоматика ".
Общность полученных результатов позволяет использовать их при управлении производственными и транспортно-складекими процессами не только в пищевой промышленности, но и в других отраслях, там, где склады являются промежуточным звеном системы грузодвижения. В настоящее время, согласно плану науч -но-исследовательских работ кафедры автоматизации производственных процессов Одесского технологического института пищевой промышленности, который осуществляется под руководством д.т.н., профессора П.Н. Платонова, ведутся исследования по использованию полученных результатБВ для моделирования процесса грузодвижения, осуществляемого в аграрно-промышленном объединении "Одессаплодоовощхоз". Полученные результаты планируется использовать также для имитации работы типовых складских комплексов, проектируемых Всесоюзным промышленным объединением подъемно-транспортного машиностроения (г. Москва), с целью выбора рациональной структуры и оптимальных режимных параметров работы проектируемых складов.
