Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ процесса воспроизводства машин и оборудования на промышленных предприятиях 5
1.1. Структурная модель системы воспроизводства 5
1.2. Динамическая модель системы воспроизводства 25
1.3. Обзор моделей воспроизводства и методов их решения 32
2. Метод выбора оптимального варианта воспроизводства машин и оборудования 38
2.1. Формализация процесса воспроизводства 38
2.2. Алгоритм выбора оптимального варианта воспроизводства 45
2.3. Метод имитационного моделирования для решения задачи выбора 50
3. Программная и практическая реализация 56
3.1. Программная реализация метода выбора оптимального варианта воспроизводства на основе пакета PowersimStudio 56
3.2. Описание интерфейса информационной системы 72
3.3. Результаты апробации на ОАО «Красноярский Машиностроительный Завод» 82
Основные результаты и выводы работы 89
Библиографический список
- Структурная модель системы воспроизводства
- Динамическая модель системы воспроизводства
- Формализация процесса воспроизводства
- Программная реализация метода выбора оптимального варианта воспроизводства на основе пакета PowersimStudio
Введение к работе
Актуальность работы. Технические возможности и экономическая эффективность функционирования и развития машиностроительного комплекса во многом определяются техническим уровнем, состоянием и использованием активной части его основных производственных фондов (ОПФ). Основные производственные фонды непосредственно влияют на уровень производственных издержек и производительность труда. Кроме того, воздействие на прибыль и прибыльность предприятия делает основные производственные фонды важнейшим фактором, определяющим содержание стратегий развития предприятий. Таким образом, принятие и реализация управленческих решений в области воспроизводства основных производственных фондов непосредственно относятся к стратегическим аспектам функционирования предприятия.
Постоянно возрастающая сложность и многофакторность задач управления воспроизводством основных фондов на разных уровнях хозяйственного руководства, необходимость обработки в этой связи большого объема информации при высокой точности, трудоемкости, сжатых сроках выполняемых расчетов и многократности их проведения предопределяют широкое развитие автоматизации управления в этой области [9; 40; 58].
В настоящее время на машиностроительных предприятиях используются системы АСУ класса ERP, а также целый ряд специализированных систем, созданных специально для управления отдельными процессами (MES, SCP, БАМ, СЭД и т.д.) [12; 21; 88]. ERP-система выполняет центральную роль, консолидируя в себе данные по всей деятельности компании, система отвечает за финансы, логистику, отношения с поставщиками и клиентами, управление персоналом, предоставление консолидированных отчетов по основным параметрам деятельности компании топ-менеджменту [47; 98]. ERP-системой интегрируются специализированные решения, MES осуществляет оперативное управление производством, SCP занимается планированием и оптимизацией цепочки поставок и производства, ЕАМ управляет основными фондами.
Однако существует ряд процессов, которые не поддаются автоматизации с помощью традиционных систем принятия решений (класса ERP). Традиционные системы не позволяют учитывать многовариантность решений задач, учитывать риски и неопределенность, осуществлять сценарное планирование, делать выводы об устойчивости систем, выявлять неочевидные зависимости и временные лаги между исследуемыми характеристиками. К таким процессам относится и управление, воспроизводством ОПФ, что и определяет актуальность данного исследования.
Цель работы. Повышение обоснованности и оперативности управленческих решений по воспроизводству ОПФ на машиностроительных предприятиях.
Поставленная цель достигается путем решения следующих задач:
анализ существующих моделей управления воспроизводством ОПФ;
исследование реальной системы воспроизводства ОПФ;
построение формальной модели системы воспроизводства ОПФ на машиностроительных предприятиях;
формализация процесса оценки эффективности вариантов (выбора варианта воспроизводства ОПФ) воспроизводства ОПФ;
программная реализация моделей системы воспроизводства и процесса оценки эффективности вариантов воспроизводства;
апробация модельно-алгоритмического обеспечения процесса управления воспроизводством ОПФ.
Методы исследования. При выполнении работы использовались методы системного анализа, методы оптимизации, методы формального и имитационного моделирования, пакет Powersim.
Научная новизна работы состоит в следующем:
На основе предложенной системы моделей структурирован процесс воспроизводства ОПФ.
Предложена формальная модель системы воспроизводства ОПФ, позволяющая производить расчет основных параметров варианта воспроизводства.
Построена оптимизационная модель оценки эффективности вариантов воспроизводства ОПФ.
4. В среде Powersim, на основе метода имитационно-динамического моделирования, выполнена программная реализация предложенного модельно-алгоритмического обеспечения, позволяющая автоматизировать процесс управления воспроизводством ОПФ.
Значение для теории. Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу для разработки моделей специального математического и программного обеспечения систем поддержки принятия решений.
Практическая ценность. Создан инструмент, обеспечивающий автоматизацию управления воспроизводством ОПФ промышленных предприятий.
Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием методологии системного анализа при обосновании полученных результатов, выводов, а также верификацией разработанного модельно-алгоритмического обеспечения на ретроспективных фактических данных.
Реализация результатов работы. Разработанное модельно-алгоритмическое обеспечение для автоматизации управления воспроизводством ОПФ принято в опытную эксплуатацию на ФГУП «Красмаш-завод».
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты проведенных исследований представлены в материалах Всероссийской научной конференции «НТИ-2008» (Новосибирск, 2008), Международной научно-технической конференции «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (Курск, 2008), Международной научно-практической конференции «Логистика и экономика регионов» (Красноярск, 2009), опубликованы в форме докладов и статей.
Публикации. По материалам исследования опубликовано 7 работ общим объемом 2,8 п. л., из них 2 работы объемом 0,9 п. л. в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, библиографического списка.
Структурная модель системы воспроизводства
Прежде чем начать исследование процесса индивидуального воспроизводства основных производственных фондов предприятия как системы, необходимо определить, к системам какого класса относится изучаемый процесс. Для этого воспользуемся одним из вариантов классификации систем [2; 35; 36; 49; 72], в котором системы принято подразделять на материальные и абстрактные, простые и сложные, естественные и искусственные, с наличием управления и без управления, динамические и статистические, непрерывные и дискретные, детерминированные и стохастические, открытые и закрытые.
Во-первых, определим, к материальным или абстрактным системам относится процесс воспроизводства ОПФ предприятия.
Процесс воспроизводства средств труда в натуральной форме относится к особому классу материальных систем - социально-экономическим системам. Социально-экономические системы - это системы, в которых люди осуществляют хозяйственную деятельность по производству и реализации продукции. Воспроизводство ОПФ является составной частью этой хозяйственной деятельности, так как люди используют конкретные машины, оборудование, здания и сооружения для производства товара. Между тем процесс воспроизводства средств труда в стоимостной форме является проекцией движения натуральной формы и относится к абстрактным системам, так как он отражает процесс постепенного переноса стоимости ОПФ, используемых в производстве, на конечный продукт [29; 37].
Во-вторых, установим, является ли индивидуальное воспроизводство ОПФ сложной (большой) системой. В соответствии с [2; 16; 20; 69; 93] сложные системы должны характеризоваться тремя основными признаками: робастностью, наличием неоднородных связей и эмерджентностью (целостностью). Робастность — это способность сохранять частичную работоспособность (эффективность) при отказе отдельных элементов или подсистем. Машиностроительные предприятия для осуществления производственного процесса используют большое количество основных производственных фондов, имеющих сложную видовую структуру, поэтому временное нарушение воспроизводства отдельных зданий, машин или станков не приведет к полной остановке всего процесса, следовательно исследуемая система обладает свойством робастности.
В процессе индивидуального воспроизводства ОПФ присутствуют многочисленные и разные по типу, т. е. неоднородные, связи между элементами: — структурные, в том числе иерархические связи (воспроизводство осуществляется по взаимосвязанным стадиям: привлечения, использования и восстановления, в натуральной и стоимостной формах, являясь составной частью индивидуального воспроизводства всего капитала, оно связано с воспроизводством предметов труда и рабочей силы и иерархически соединено с общественным воспроизводством ОПФ); — функциональные связи (каждая стадия и каждая форма индивидуального воспроизводства средств труда имеет свое назначение и связаны функционально); — информационные связи (эффективное воспроизводство ОПФ невозможно без процесса коммуникации); — пространственно-временные связи (процесс воспроизводства осуществляется во времени и пространстве).
В процессе воспроизводства ОПФ происходит воспроизводство их потребительной стоимости как совокупности технико-эксплуатационных свойств, характеризующих способность ОПФ производить нужный продукт, экономить и облегчать труд [3; 45; 46; 66; 67]. Потребительная стоимость конкретной единицы оборудования, станка, машины определяется ее производительностью - способностью выпускать (обрабатывать) в единицу времени данное количество продукции с соответствующими качественными параметрами.
Потребительная стоимость основных фондов предприятия (цеха, подразделения) не является суммой потребительных стоимостей отдельных составных единиц. Это агрегированная потребительная стоимость, характеризующая способность данной системы основных фондов производить максимальное количество товаров при оптимальной технологии и режиме функционирования. Величина потребительной стоимости предприятия ограничивается уровнем сопряженности оборудования по стадиям технологического процесса. Представителем потребительной стоимости данной системы основных фондов выступает производственная мощность. Значит, система воспроизводства ОПФ предприятия обладает свойством эмерджентности (целостности).
Основываясь на приведенном анализе, можно сказать, что процесс воспроизводства основных производственных фондов предприятия представляет собой сложную систему [2; 16; 51; 93; 70].
В-третьих, процесс воспроизводства ОПФ представляет собой искусственную систему, т. е. систему, созданную человеком. Искусственные системы отличаются от природных наличием определенных целей функционирования (назначения) и наличием управления.
В-четвертых, воспроизводство ОПФ предприятия является динамической системой, так как в ней с течением времени происходят качественные и количественные изменения: в процессе эксплуатации ОПФ изнашиваются, теряя свою потребительную стоимость; средства труда переносят свою стоимость на готовый продукт по частям в течение нормативного срока использования; полностью изношенные ОПФ заменяют новыми и т. д.
В-пятых, важнейшей особенностью процесса воспроизводства основных фондов является его непрерывность во времени [45; 46; 66; 67; 78]. Непрерывность воспроизводства основных фондов понимается как периодически повторяющийся процесс. Эта периодичность воспроизводства основных фондов является замкнутой, т. е. круговой. Круговой характер воспроизводства ОПФ, совершающегося непрерывно, проявляется в том, что в своем движении основные фонды проходят через одни и те же фазы.
Однако управление индивидуальным воспроизводством средств труда осуществляется на основе дискретных событий: факта продажи продукции, перечисления денежной суммы на расчетный счет, начисления амортизации оборудования, осуществления ремонта основных фондов. Все эти события учитываются за определенный период времени (месяц, квартал, год), а внутри этих временных интервалов значения не определяются. Отсюда можно сделать вывод, что воспроизводство ОПФ представляет собой дискретно-непрерывную систему.
В-шестых, система воспроизводства ОПФ является стохастической в виду того, что она под влиянием различных случайных факторов изменяет во времени свое состояние или характеристики, например случайные колебания спроса на выпускаемую продукцию могут повлиять на изменение производственной программы и, соответственно, на выбор вида воспроизводства ОПФ.
В-седьмых, процесс воспроизводства ОПФ предприятия является открытой системой, так как постоянно взаимодействует с внешней средой: приобретаются новые ОПФ; продаются в виде металлолома старые, изношенные ОПФ; денежные средства в виде амортизационных отчислений поступают в реновационный фонд после реализации произведенной продукции и т. д.
Таким образом, воспроизводство ОПФ предприятия представляет собой социально-экономическую, сложную, искусственную, управляемую, динамическую, дискретно-непрерывную, стохастическую, открытую систему..
Для исследования систем такого класса необходимо применение методологии системного анализа [2; 16; 22; 69; 93]. Но универсальной методики по проведению системного анализа не существует, так как любое исследуемое явление, процесс или объект всегда обладает специфическими особенностями, которые необходимо учитывать. Однако при проведении системного анализа любой системы в конкретных условиях необходимо следовать таким его общим принципам, как целенаправленность, обособленность, декомпозируемость, функциональность, развитие [2; 16; 69; 93].
Динамическая модель системы воспроизводства
При описании различают два типа динамики системы: ее функционирование и развитие. Под функционированием подразумевают процессы, которые происходят в системе (и в окружающей ее среде), стабильно реализующей фиксированную цель. Развитием называют то, что происходит с системой при изменении ее целей [2; 16; 30; 56].
Построение динамической модели системы начинается с изучения места и роли каждого элемента модели внутренней структуры в процессе функционирования объекта, что позволяет определить перечень элементарных процессов (функций), происходящих в исследуемом объекте [80; 91]. Перечень этапов процесса воспроизводства оборудования и соответствующих им функций представлен в табл. 1.2.
Рассмотрим этапы и соответствующие им функции процесса воспроизводства оборудования более подробно, чтобы ответить на следующие вопросы [38; 41; 84]: — для чего предназначен данный этап, какие функции он выполняет, какого рода потоки (информационные, материальные и т. п.) он перерабатывает или преобразует; — как реализуется данный этап и соответствующие ему функции: автономно или совместно с другими этапами и функциями - и каков порядок их взаимодействия; — взаимодействуют ли функции этапов между собой по получению того или иного выхода канонической модели.
Доставка. На этом этапе осуществляется транспортировка приобретенного оборудования на предприятие. Также на этом этапе перерабатывается информация о необходимом количестве оборудования по технологическим группам. Этап выполняется совместно с другими этапами: учетом затрат на приобретение и формированием и использования реновационного фонда (функция использования реновационного фонда). Эти этапы выполняются в следующей последовательности: сначала из реновационного фонда, в соответствии с информацией о количестве необходимого оборудования и ценах на него, выделяются денежные средства, потом на эти средст ва приобретается и транспортируется на предприятие оборудование, одновременно с приобретением и транспортировкой учитываются затраты на выполнение этих функций.
Установка. На этом этапе осуществляется следующий комплекс функций: строительные работы по установке фундамента, монтаж и наладка машин и обору дования для использования в процессе производства. На этом этапе материальный поток оборудования преобразуется из товарной формы в производительную форму. Этап выполняется совместно с этапом учета затрат на установку и его функциями. Данные этапы и их функции выполняются параллельно.
Эксплуатация. Это использование установленного оборудования для производства продукции [76]. Этап выполняется совместно со следующими этапами: технического обслуживания, ремонта и модернизации, амортизационных отчислений, учета балансовой стоимости. Эти этапы и их функции выполняются параллельно.
Ремонт и модернизация. На этом этапе в соответствии с графиком планово-предупредительных ремонтов (ППР) реализуется совокупность запланированных организационных и технических мероприятий по текущему, среднему и капитальному ремонтам, а также модернизации оборудования [76].
Демонтаж и ликвидация. На этом этапе осуществляется выбытие машин и оборудования с предприятия (снятие с фундамента, разборка на запчасти). Этап выполняется совместно с этапом учета балансовой стоимости оборудования. В результате выполнения этого этапа материальный поток изношенного оборудования преобразуется в металлолом. Данные этапы выполняются параллельно.
Учет затрат на приобретение. Это учет расходов на покупку оборудования и транспортировку его к месту назначения [76].
Учет затрат на установку. Это учет затрат на строительно-монтажные и пуско-наладочные работы [76].
Учет балансовой стоимости оборудования. На этом этапе учитываются изменения балансовой стоимости установленного оборудования за счет вновь приобретенных и выбывающих средств труда.
Амортизационные отчисления. Это отчисления на полное возмещение износа и ремонт от балансовой стоимости оборудования по установленным предприятием нормативам [76]. На этом этапе на основе информации о балансовой стоимости оборудования и нормах отчисления определяются денежные отчисления на ремонт и реновацию. Этап выполняется совместно с этапом учета балансовой стоимости. Эти этапы выполняются параллельно.
Использование ремонтного фонда. На этом этапе осуществляется расходование денежных средств на все виды ремонта и модернизацию оборудования.
Формирование и использование реновационного фонда. Оно позволяет аккумулировать денежные средства и расходовать их на приобретение нового оборудования.
Функционирование воспроизводства оборудования, когда действующее предприятие имеет техническую базу, по количеству, качеству, уровню использования и технологии производства соответствующую номенклатуре и объему выпускаемой продукции (см. варианты 1.1 и 1.2 на рисунок 1.8), осуществляется в следующем порядке.
Формализация процесса воспроизводства
Машиностроительное предприятие для осуществления процесса производства имеет различные технологические группы оборудования (токарное, фрезерное, сверлильное, шлифовальное). Для производства, планируемого объема продукции, необходимо осуществить выбор и реализацию оптимального варианта воспроизводства ОПФ, который обеспечит выполнение производственного плана в заданные сроки с минимальными затратами [18; 23].
При реализации этой задачи необходимо учитывать разнообразные варианты воспроизводства ОПФ, каждый из которых характеризуется набором определенных показателей, исходным состоянием и уровенем использования ОПФ предприятия [10; 68; 97].
Существуют следующие варианты воспроизводства ОПФ: простое нормативное, простое ускоренное, расширенное экстенсивное нормативное, расширенное экстенсивное ускоренное, расширенное интенсивное нормативное, расширенное интенсивное ускоренное, расширенное экстенсивно-интенсивное нормативное, расширенное экстенсивно-интенсивное ускоренное [1; 24; 65].
Каждый из вариантов воспроизводства ОПФ характеризуется следующими параметрами: мощностью установленного оборудования, коэффициентом прогрессивности приобретаемого оборудования, режимом сменности работы предприятия и методом начисления амортизации. Мощность установленного оборудования необходима для определения избытка или недостатка установленного оборудования для выполнения заданной производственной программы. Коэффициент прогрессивности приобретаемого оборудования показывает, какой тип воспроизводства, экстенсивный или интенсивный, используется для покрытия дефицита мощности. Режим сменности работы предприятия и метод начисления амортизации показывают уровень эксплуатации оборудования во времени и определяет его срок службы и интенсивность амортизационных отчислений [13; 71; 75].
Для старого оборудования коэффициент прогрессивности принимается равным 1, а для современного коэффициент прогрессивности приобретаемого оборудования- 1 &, 2.
Машиностроение - уникальная отрасль промышленного производства, определяющая уровень развития не только всех остальных отраслей промышленности, но и всей экономики в целом. Другими словами, машины (продукция машиностроения) - являются экономической базой для повышения эффективности производства всех остальных секторов и отраслей народного хозяйства.
Технические возможности и экономическая эффективность функционирования и развития машиностроительного комплекса во многом определяется эффективностью процесса воспроизводства его основных производственных фондов (ОПФ).
При формулировании цели функционирования системы индивидуального воспроизводства ОПФ необходимо помнить о двойственности форм кругооборота основных производственных фондов (натуральная и стоимостная), это обусловливает одновременное осуществление двух относительно независимых целей воспроизводства [30; 60].
Цель для кругооборота в натуральных формах заключается в обеспечении наличия в необходимое время в определенном месте средств труда с такими потребительскими свойствами, которые соответствуют рыночным потребностям в количественных и качественных параметрах конкретного продукта [25; 73]. Следовательно, цель воспроизводства средств труда в натуральной форме - обеспечение достаточной для производства продукции величины производственной мощности.
Цель для кругооборота основных производственных фондов в стоимостных формах заключается в обеспечении наличия требуемого объема авансируемого основного капитала и обеспечения средств для текущих расходов по стадиям натурального кругооборота основных производственных фондов [38; 55; 92].
Программная реализация метода выбора оптимального варианта воспроизводства на основе пакета PowersimStudio
Имитационная модель воспроизводства ОПФ состоит из двух подмоделей взаимодействующих фондовых потоков [34; 100]: подмодели воспроизводства ОПФ в натуральной форме и подмодели воспроизводства ОПФ в стоимостной форме. Ведущей является подмодель воспроизводства в натуральной форме.
На первом этапе дается описание основных рефлексивных контуров причинно-следственных связей возникающих в процессе воспроизводства ОПФ.
Основу имитационной модели воспроизводства оборудования предприятия в натуральной форме составляет рефлексивный контур обратной связи «Уравновешивание под воздействием лага реализации решений» (рисунок 3.1). Он интерпретируется следующим образом. Величина необходимой производственной мощности оборудования предприятия должна соответствовать производственной программе. При изменении производственной программы необходимо принимать решения по соответствующему изменению и производственной мощности оборудования. Это может быть увеличение мощности за счет приобретения нового оборудования. Но сразу приобретать оборудование нецелесообразно. Необходимо подождать, так как возможно увеличение количества оборудования в эксплуатации, а соответственно, и производственной мощности за счет находящихся в ремонте и монтаже машин. Основой модели воспроизводства ОПФ в стоимостной форме также является рефлексивный контур обратной связи «Уравновешивание под воздействием лага реализации решений» (рисунок 3.5). Он описывается следующим образом. Величина денежного фонда, необходимого для реновации и ремонта оборудования, должна соответствовать текущим и стратегическим потребностям предприятия. При недостаточном уровне денежный фонд должен пополняться как за счет внутренних (амортизация, прибыль и т. д.), так и за счет внешних (кредиты, бюджетные средства и т. д.) источников. Но сразу заимствовать недостающие денежные средства на приобретение нового оборудования или ремонт имеющегося нецелесообразно, так как возможно поступление денежных средств из внутренних источников: амортизационных отчислений или отчислений от прибыли. Такая задержка - лаг адаптации - позволяет приспособить фонд к изменениям факторов, определяемых процедурой принятия решения. Принимаемое решение не сразу скажется на текущем уровне денежного фонда предприятия, а с задержкой в один такт модельного времени.
Представленные выше контуры обратной связи являются основными в модели, остальные контуры обеспечивают их работу.
На втором этапе осуществляется программная реализация процесса воспроизводства ОПФ.
Наиболее распространенными программными продуктами, используемыми для реализации моделей системной динамики на ЭВМ являются PowerSim и Ithink.
PowerSim и Ithink — это компактные, объектно-ориентированные пакеты прикладных программ с Deskop-внешним интерфейсом, обеспечивающие графическую, вычислительную и информационную поддержку процедурам высокоуровневого системного анализа сложных процессов организации управления, бизнеса, финансов, политики и др.
PowerSim обладает наиболее развитыми инструментами моделирования сложных процессов организации по сравнению с Ithink. Кроме того, в операционную среду пакета PowerSim встроен инструмент оптимизации моделируемых процессов [26]. Так же пакет PowerSim интегрирован в широко распространенную систему (класса ERP) SAP. Поэтому данный пакет был выбран нами для реализации на ЭВМ имитационной модели управления воспроизводством ОПФ [26; 52; 74; 99].
Имитационная модель воспроизводства основных производственных фондов состоит из двух подмоделей взаимодействующих фондовых потоков: подмодели воспроизводства основных производственных фондов в натуральной форме (рисунок 3.2, 3.3) и подмодели воспроизводства ОПФ в стоимостной форме (рисунок 3.6). Основной является подмодель воспроизводства в натуральной форме.
Какой бы сложной и полной ни была модель, она все равно является приближенным отображением реального объекта и отражает его при определенных принятых допущениях. Однако до тех пор пока не доказана адекватность модели реальной обстановке, нельзя с уверенностью утверждать, что с ее помощью получатся те результаты, которые действительно характеризуют функционирование исследуемого объекта [5; 31; 90; 94].
Один из способов проверки адекватности математической модели -это воспроизведение данных о прошлом развитии системы с помощью имитационной модели и сравнение полученных результатов с известной информацией [4; 5; 6]. На этом этапе оценки пригодности можно проверить, насколько данные, которые были использованы для определения характеристик распределений, параметров и взаимосвязей (отношений), являлись совершенными, а непредставительные данные исключены и т. д. Для проверки пригодности имитационно-динамической модели используется сравнение расчетных данных, полученных с помощью модели, со значениями того же показателя, наблюдавшимися в действительности ранее.
Для верификации имитационно-динамической модели воспроизводства парка оборудования предприятия были использованы данные за 2003—2004 гг. производства нефтегазоэнергетической продукции крупного машиностроительного предприятия. Для проверки ИДМ на адекватность были рассчитаны коэффициенты несоответствия по следующим показателям: коэффициенту загрузки, коэффициенту сменности и фондоотдаче.
