Содержание к диссертации
Введение
1. Системный анализ задач автоматизации технологических процессов предприятий промышленности и транспортного комплекса 10
1.1. Системный анализ задач автоматизации производственной деятельности предприятий 10
1.2. Анализ методов аналитического и имитационного моделирования производственных процессов 22
1.3. Методы многокритериальной оптимизации в задачах управления производством 35
1.4. Анализ средств и методов построения систем поддержки принятия решений 42
1.5. Анализ средств и методов построения систем поддержки принятия решений 49
Выводы по главе 1 56
2. Стратегическое планирование производственной деятельности предприятий промышленности и транспортного комплекса 57
2.1. Компоненты моделей производственного плана предприятий, связанных с реализацией внутризаводских транспортных и разгрузочно-погрузочных работ 57
2.2. Вероятностная сетевая модель планирования производственных процессов 59
2.2.1. Рекуррентная модель сетевого планирования реализации проекта...59
2.2.2. Параметризация этапов сетевого графика 63
2.2.3. Вероятностное моделирование процессов сетевого планирования...66
2.2.4. Методика интеграции ресурсов 71
2.3. Модели хранения и запасов сетевого планирования 73
2.3.1. Рекуррентная модель запасов 74
2.3.2. Модель хранения 76
2.3.3. В Модели страхового риска 77
2.4. Методика корректировка план-графика инновационного проекта 78
Выводы по главе 2 83
3. Разработка методов и моделей оптимизации вероятностного сетевого планирования 85
3.1. Критерии эффективности производственных процессов 85
3.2. Алгоритм оптимизации внутризаводской транспортировки сырья и комплектующих в условиях стохастической неопределенности 96
3.2.1. Детерминированная вариация цены 97
3.2.2. Стохастическая вариация цены 101
3.2.3. Многокритериальная постановка задачи оптимизации транспортировки 105
3.3. Разработка метода тактического планирования производственных процессов 112
Выводы по главе 3 120
4. Разработка методов сбора и обработки информации в системе поддержки принятия решений сетевого планирования 121
4.1. Концепция программной реализации системы сбора, аналитической обработки и визуализации данных сетевого планирования 121
4.1.1. Структура программных приложений системы мониторинга 121
4.1.2. Функционал программных приложений 122
4.2. Методическая поддержка подготовки, аналитической обработки и сбора информации 129
4.2.1. Методика формирования и передачи отчетных материалов 129
4.2.2. Методика сбора и анализа отчетных материалов 141
4.3. Апробация и внедрение методики сетевого планирования 142
Выводы по главе 4 148
Заключение 149
Литература 150
Приложение 1. Документы о внедрении 159
- Системный анализ задач автоматизации производственной деятельности предприятий
- Компоненты моделей производственного плана предприятий, связанных с реализацией внутризаводских транспортных и разгрузочно-погрузочных работ
- Критерии эффективности производственных процессов
- Концепция программной реализации системы сбора, аналитической обработки и визуализации данных сетевого планирования
Системный анализ задач автоматизации производственной деятельности предприятий
При формировании проектов автоматизации технологических производственных процессов промышленных предприятий, которые имеет собственные средства транспортировки грузов и средств механизации погрузочно-разгрузочных работ, необходимо включение соответствующих компонент и в систему поддержки принятия решений по управлению производственной деятельностью. В настоящее время, при разработке моделей перевозок и погрузочных работ, большое внимание уделяется вопросам системного анализа деятельности предприятия. С учетом особенностей работы предприятий партнеров в настоящих условиях, необходимо решение задач оценки гарантий выполнения договорных условий со сторонними организациями. А это в свою очередь приводит к нестационарности поставок материалов, техники и других компонент, сопутствующих выполнению производственных работ в требуемые сроки и с требуемым качеством. Оценка гарантий своевременной поставки материалов и комплектующих приводит к задаче ведения базы данных по всем потенциальным поставщикам с указанием цен, максимальных и минимальных объемов поставок и других необходимых сведений о возможности заключения договоров с интересующими предприятиями.
При осуществлении перевозок материалов от поставщиков к производственным участкам помимо выбора транспортных средств, всегда стоит задача согласования погрузочно-разгрузочных средств. Такое согласование средств транспортировки и механизации погрузочно-разгрузочных работ позволит наиболее эффективно управлять производственным процессом с точки зрения времени и затрат.
Общей проблемой при одновременном выполнении работ сразу по нескольким направлениям является распределение кадрового состава. Для выполнения ряда высококвалифицированных работ нецелесообразно держать высококвалифицированных специалистов на одном производственном участке. Желательно составление плана-графика использования таких специалистов по всем объектам и их своевременная переброска с одного объекта на другой вместе с необходимым оборудованием.
Таким образом, встают вопросы складирования и охраны материалов. Решение этих задач связано с оценкой риска и ущерба от пропажи или вывода из работоспособного состояния соответствующих компонент. Следует различать стратегии складирования дорогостоящих материалов и недорогих, но объемных материалов. Стратегия закупок Основной целью закупочной стратегии является удовлетворение производственных потребностей в материалах с максимально возможной экономической эффективностью. В общем случае задачи, связанные с повышением эффективности закупок можно сгруппировать следующим образом: 1. Обоснование сроков закупки сырья и комплектующих изделий (материалы, закупленные ранее намеченного срока, ложатся дополнительной нагрузкой на оборотные фонды предприятия, а опоздание в закупках может сорвать общий план-график работ). 2. Обеспечение точного соответствия между количеством поставок и потребностями в них (избыток или недостаточное количество материалов также негативно влияет на баланс оборотных фондов предприятия и устойчивость выполнения строительных работ). 3. Соблюдение производственных требований по качеству сырья и комплектующих. Основу экономической эффективности закупок составляют поиск и закупка необходимых материалов удовлетворительного качества по минимальным ценам. В изучении рынка, которое проводится соответствующими отделами фирмы, вопрос цен - главный, но существенную роль также играет анализ других факторов, в том числе сроков поставок, гарантий поставщика и др. Цель проведения исследований рынка закупок сырья и материалов определяет одновременно и тип рынков, которые должны быть исследованы. К ним относятся: непосредственные рынки (обеспечивающие в настоящее время потребности в сырье и материалах); опосредованные рынки (рынки, используемые поставщиками); новые рынки. Анализ каждого такого рынка включает решение ряда вопросов: моментальный снимок рынка; динамика изменения конъюнктуры рынка; прогнозы изменения рынка. Определение потребностей основывается на стратегии управления запасами. Способы поставки закупаемых материалов весьма разнообразны. Материалы не допускающие длительного хранения, закупаются, как правило, в сроки, близкие к их потреблению. Материалы длительного хранения закупаются на условиях договорной поставки с указанием точного времени поставки. При рациональном выборе стратегии закупок объем запасов на фирме уменьшается. При этом связанные с его хранением издержки сокращаются. Резкому снижению запасов также способствуют регулярные поставки партий материалов, которые доставляются потребителю через определенные интервалы времени в соответствии с графиком потребности в них на тот или иной период.
Транспортные расходы также находятся в поле зрения органов материально-технического обеспечения. Принимается во внимание не только дальность перевозок, но и вид транспорта, скорость доставки, способ их упаковки, а в случае разнородных средств транспортировки смешанных сообщений методы их перегрузки.
Помимо транспортных расходов значительные затраты вызывает хранение материалов. Здесь снабженческая деятельность имеет однозначную цель - обеспечить эффективное выполнение строительных задач за счет сведения, по возможности до минимума, объема запасов.
Необходимо отметить, что в настоящее время, в отсутствии дефицита на подавляющую долю сырья, полуфабрикатов и различных комплектующих элементов, органы снабжения не ощущают потребности в создании излишних запасов. Тем не менее, было бы неправильно считать, что отсутствуют побудительные причины создания излишних запасов. Конъюнктурные и сезонные колебания цен, инфляция, изменение политико-экономической обстановки могут быть такими стимулами.
Компоненты моделей производственного плана предприятий, связанных с реализацией внутризаводских транспортных и разгрузочно-погрузочных работ
Проведенный в первой главе анализ задач управления предприятиями промышленности и транспортного комплекса показал, что рассматривая эффективность работы всей организации в целом, необходимо в комплексе учитывать деятельность всех ее компонент.
В результате своей деятельности предприятие получает заказы на производство определенного вида продукции, которые в дальнейшем обозначаются Ох.
Рассматривая каждую компоненту в отдельности, необходимо разделение внутренних характеристик и параметров, которые необходимы для анализа ее функционирования, и внешние, которые определяют взаимодействие с остальными компонентами системы.
Основной целью моделирования является параметризация запросов на ресурсы при организации производства: Q\ х - потребность і-го этапа в материалах q-ro типа на момент t; //чд - потребность в средствах механизации; R\{ - потребность в трудовых ресурсах. Определяющими факторами являются W, Е - структура план-графика производства; 7й, 1 - плановые времена начала и окончания этапов. Кроме того, ресурсы Q, Н и R выступают не только как характеристика подсистемы, но и как параметры, поскольку существует расхождение в требуемых и предоставляемых ресурсах на каждый момент времени. Реализация модели закупочной стратегии дает динамический ряд: ZQq,t - реализация запросов на производство. При реализации используется характеристика: Cq - стоимость единицы материала. В результате должна рассматриваться задача распределения свободных финансовых средств Ф( на реализацию закупок. Необходимо моделирование задержки между запросом и реализацией выпускаемой продукции. Основными характеристиками транспортного звена являются: Ах - количество средств транспортировки грузов і-го типа. При реализации модели учитывается: &гг - коэффициент технической готовности; Кпог - коэффициент простоя под погрузкой; -Кисп -. коэффициент использования ТС. Цель транспортного звена - оптимальная реализация транспортировки сырья ZQqt на производственные участки Ох.
Модель является связующим звеном (демпфером) между заявками производственные участки ) чД и его реализациями ZQ\tt- Рассматривается пассивная модель хранения. Проводится лишь ее анализ (без синтеза) в зависимости от стратегии остальных компонент.
Основными задачами при реализации производственной деятельности любого промышленного предприятия являются: создание новых, реконструкция и расширение существующих хозяйственных объектов для реализации поставленных программ и задач; выполнение новых услуг в рамках действующего производства, внедрение новой техники на предприятии.
В диссертации предлагается расширение модели сетевого план-графика инновационного проекта в условиях неопределенности, которая обычно всегда имеет место как в сроках реализации этапов, так и в ресурсах, необходимых для его реализации. Каждый этап план-графика предполагает либо затраты, что выражается в потребностях ресурсов (кадры, финансы, материалы и др.), либо прибыль от реализации данного этапа. В работе предлагается универсальная рекуррентная модель, учитывающая возможности моделирования вероятностной и лингвистической неопределенностей как во временах выполнения этапов, так и ресурсов, необходимых для выполнения каждого этапа.
Пусть имеется множество этапов инвестиционного проекта {Wt} \=\..I. Время реализации этапа обозначим Г,. Полагается, что параллельно может выполняться несколько этапов. Между реализацией этапов существует определенная логическая взаимосвязь, что и определяется структурой графа, который определяет общий план. Таким образом, формальная модель представляет взвешенный граф (рис.2.1.), как пару G- W , Е : G W j: j=l..J,}, {E J1J2 : jl,j2=l..J,} (2.1) где {Wj: j=l..J,} - множество вершин G1, характеризующая этапы; {Ejij2: jl j2=l..J,} - множество дуг графа G1, характеризующая связность этапов; J, - количество этапов план-графика G1. Вершины графа взвешены количеством необходимых ресурсов на соответствующем этапе. Этап Wx не может начаться, пока не завершатся этапы W}, для которых ,,=1, т.е. существует дуга. Предполагается, что время реализации каждого этапа может быть как случайной величиной, полученной в результате прогноза временного ряда, так и лингвистической переменной, полученной на основе экспертных оценок. Задача заключается в разработке алгоритма, позволяющего выполнить расчет временной последовательности реализации этапов для детерминированного, вероятностного и нечеткого вариантов формализации.
Критерии эффективности производственных процессов
Как отмечалось выше, в качестве критериев эффективности выступают чисто экономические и технологические показатели. Непрерывность. Этот критерий можно сопоставить с возможность замораживания производства: где Т0 - начало этапа. Параллельность. 7 АР - расчет по структуре план-графика. ?юс - расчет по последовательной схеме (7І10С=ІГJ, АЛАР=7ПАР/7Л0С). Качество работ определяется расхождением между требуемой и фактической квалификации рабочих. Кроме перечисленных критериев эффективности возможна и формализация таких показателей, как ритмичность, надежность, гибкость и других, приведенных в главе 1. Завершенность производственного цикла Завершенность производственного цикла определяется на основании завершенности его этапов. Пусть SW - признак завершенности j-ro этапа і-го участка. iSWJ=l - этап завершен; 5 =0 - этап не начинался; 0 WJ 1 - этап в процессе выполнения. Для последнего случая признак завершенности определяется на основании соотношения: tR sw"}=-j , (3-1) где ТВ4 - момент начала j-ro этапа. Завершенность работ на производственном участке определяется тремя показателями: завершенность по структуре план-графика; завершенность по времени; завершенность по материалам. завершенность по расходам на трудовые ресурсы. Ниже приведены процедуры и соотношения для вычисления количественных значений перечисленных показателей. Завершенность по структуре план-графика Для формирования критерия завершенности план-графика множество вершин план-графика разбивается на три множества: Ж =m?vWBlvWT, (3.2) WE = {W?J: SW 3-!} - множество завершенных этапов; WBl = {JV,]: SW i=0} - множество не начатых этапов; WT = {if J: 0 SWl,i \} - множество текущих этапов. Предполагается, что для любого текущего состояния существует план-график завершения, оптимальный по тому же обобщенному критерию, что и исходный. Этого предположение дает возможность для любой ситуации, сложившейся на участке, сформировать план-график выполнения оставшихся работ по тому же критерию эффективности, что и исходный. Представление план-графика Рис.3.1. Завершенность по времени Пусть ТО0 - момент начала производственного цикла. Имея все признаки завершенности этапов и алгоритм построения плана-графика по аналогичному критерию имеется возможность расчета времен выполнения каждого этапа на каждом участке и остаточного времени.
Время завершенности можно рассматривать как по оптимальному графику в смысле минимизации времени, так и план-графику, составленному на основании подобия выполнения предыдущих этапов. Эти план-графики могут существенно различаться.
Завершенность по материалам Для принятия решений по стратегии завершения производственного цикла необходимы показатели его завершенности по вложенным средствам на производство, таких как произведенные расходы на материалы, заработную плату, транспортные расходы и др.
Критерий завершенности по заработной плате определяется на основании функции R\t - потребности j-ro этапа і-го объекта в работах к-ой специализации. Соотношение для вычисления показателя полностью соответствует (3.2) с точностью до переименования затрат на материалы на затраты на трудовые ресурсы.
Влияние срыва сроков опорного плана Пусть имеется множество объектов {(9,} i=l../o. Время выполнения всех этапов строительных работ на объекте обозначим ТОх (единицей времени считается день). Пусть количество текущих объектов равно числу дней на реализацию проекта объектов Vi Щ=/о. Пусть также 7 ,+1=7 ,+1. Тогда аналогично эргодической теореме для случайных процессов (среднее по времени равно среднему по реализации): Vt 0q,t=Const= Qq. (3.4) Т.е. на всем планируемом интервале ежедневный запрос на ресурсы от всех производственных участков равен суммарному запросу предприятия. Это весьма благоприятная ситуация для ведения работ. В этом случае транспортное звено также имеет постоянную загрузку. Поставим задачу оценки влияния возмущающих факторов на реализацию сразу всех объектов при фиксированной стратегии распределения ресурсов (кадры, средства автоматизации) на весь плановый период. При фиксированном план-графике работы уникальных бригад сбой на одном объекте ведет: либо к сбою на тот же период и на остальных участков; либо замораживанию работ на данном объекте на весь цикл Г,. Результаты моделирования (имитационного) показали влияние возмущений на каждом этапе на весь производственный цикл. Определение объемов транспортировки Пусть выбран плановый период ТШ=[Т \ 7 ], соответствующий совокупности этапов плана проведения работ. Модель производственного цикла дает суммарные потребности материалов, необходимые на этот плановый период: Q, = Zite- w (3-5) teT. /=1 ;=I Кроме того, по каждому этапу известны потребности в q-ом типе ресурсов: Q\ = t I2"V (3-6) Выбор поставщиков материалов и наличие у них складских помещений определяет первичную структуру транспортировку, в которой определены исходные складские помещения $. В результате имеем Is отправителей (склады) и 1о получателей (производственные участки) по q=l..Iq типам материалов. Классическая транспортная задача линейного программирования формулируется следующим образом. Имеется m пунктов отправления (складов): S\, S2 , ... , Sm , в которых сосредоточены запасы некоторого однородного груза с количеством а\, а2 , ... , ат .
Концепция программной реализации системы сбора, аналитической обработки и визуализации данных сетевого планирования
Концепция программной реализации системы мониторинга технико-экономических показателей предполагает открытость структуры программных приложений, что позволяет в процессе эксплуатации системы наращивать функциональные возможности и отрабатывать наиболее информативные формы визуализации с точки зрения принятия оперативных решений. В соответствии с разработанными методами и моделями комплексной автоматизации предприятий в диссертации создана структура программного комплекса. Для организации открытой структуры в процессе его апробации и внедрения, комплекс имеет отдельные приложения, которые носят самостоятельный характер, а методы аналитической обработки данных базируются на интерфейсном взаимодействии с пакетом Statistica. Statlnt - приложение для работы со Statistica. Позволяет создавать, редактировать и работать с макросами Statistica, а также просматривать и сохранять полученные результаты (таблицы и графики), которые затем можно использовать как фрагменты презентационных отчетов. Headlink - программа организации интерфейса с пакетом Statistica с целью формирования таблиц факторных планов, которые используются для аналитических исследований влияния чувствительности факторов на интегральные показатели оценки качества функционирования предприятий промышленности и транспортного комплекса. ConOt - конструктор отчетов, который предназначен для создания и редактирования сценария отчета. ConStru - конструктор структуры отчетов, который собирает все отчеты в единую базу данных с целью их структуризации, а также оперативного просмотра отчетов. РгоРге - проигрыватель отчетов и проигрыватель структуры отчетов (презентаций). FTPInOut - приложение для работы с FTP-сервером. Позволяет копировать и обновлять информацию с FTP-сервера предприятия, удалять информацию из локальной сети предприятия несоответствующую информации, находящейся на FTP-сервере предприятия, выкладывать информацию на FTP-сервер предприятия из локальной сети головной структуры.
Такая распределенная структура программных приложений позволяет динамично подстраиваться к конкретным требованиям каждого лица, принимающего решения, отрабатывая для него индивидуальные формы визуализации и представления аналитических исследований.
В силу интеграции системы мониторинга с общесистемными пакетами аналитической обработки и визуализации данных, а также разделения функций между пользователями системы, количество функций каждого приложения является минимальным. Пакет Statistica предназначен для статистической обработки данных, в нем формализованы математические методы и модели, а также средства визуализации полученных результатов. Как приложение, предназначенное для демонстрации возможностей взаимодействия внешней программы с пакетом Statistica, был разработан программный продукт Statlnt, который реализует: подготовку исходных данных, их передачу на обработку соответствующему модулю пакета Statistica, получение результатов обработки, их отображение или дальнейшую обработку. Для реального использования этой программы необходимо выделить пользователей, которые непосредственно будут реализовывать функции программы Statlnt на практике. Категории пользователей программой Statlnt: 1. Администратор Statlnt, 2. Пользователь Statlnt. Для каждой категории пользователей необходимо разработать свой интерфейс взаимодействия с программой Statlnt. Таким образом, было разработано 2 приложения: StatInt_Admin и StatInt_User. Конструктор отчетов предназначен для создания и редактирования сценария, по которому проигрывается отчет. Отчет состоит из последовательного проигрывания мультимедийных файлов с информационными материалами и звукового сопровождения к ним. Методика создания отчета состоит в последовательном выполнении ряда шагов: 1. Продумать последовательность воспроизведения собственных мультимедиа компонентов в составе одного из тематических разделов. 2. Подготовить компоненты в одном из перечисленных форматов (текстовые документы (.html, .rtf, .txt); графические компоненты (.bmp, .jpg, .gif); анимированные графические компоненты (.swf, .gif); видео компоненты (.avi, .mpg, .mov); аудио компоненты (.wav, .трЗ); графики Statistica 6.0 (stg)). 3. С помощью разработанного инструментального средства подключить их в соответствии с продуманной последовательностью. 4. Выполнить комплексные проверки правильности воспроизведения заданной последовательности и модифицировать в случае необходимрсти используемые мультимедиа компоненты. 5. Нажать клавишу «Сохранить» на графическом интерфейсе индивидуальных творческих композиций. Встроенные функции (возможности): 1. Создание автопрезентации. 2. Подключение звукового файла к каждому фрагменту. 3. Условные переходы. 4. Отображение замечаний и аннотаций к фрагментам. 5. Поддержка форматов: swf, bmp, sta, stg, jpg, html, gif и др. Конструктор презентаций Конструктор презентаций предназначен для создания структуры проигрывания отчетов. Окно программы представлено на Рис. 4.3. Презентация состоит из двух уровней и двух основных элементов: модуль и отчет.
