Содержание к диссертации
Введение
1. Системный анализ методов и моделей функционирования предприятий сервисного обслуживания 9
1.1. Анализ функций и задач построения распределенной системы управления предприятием сервисного обслуживания 9
1.2. Общие принципы эксплуатации ДСМ, влияющие на особенности организационной структуры предприятия сервисного обслуживания,
1.3.2. Описание основных типов ремонтных предприятий и предприятий
сервисного обслуживания 14
1.3.3. Особенности организации процесса производства работ на
ремонтном предприятии 15
1.2. Анализ методик определения экономической эффективности функционирования предприятий сервисного обслуживания в условиях неопределенности 21
1.3. Формализованные методы и модели описания случайных процессов и потоков 35
1.3.1. Статистическое оценивание спектральной плотности спектральной функции 37
1.3.2. Методы прогнозирования временных рядов :40
1.3.3. Анализ трендов и сглаживание 46
1.4. Организация технологического процесса на предприятиях сервисного обслуживания 50
Выводы по главе 1 60
2. Разработка формальных методов и моделей функционирования предприятия сервисного обслуживания 62
2.1. Формализованное описание технологических процессов функционирования ПСО 62
2.1.1. Основные конструкции и операции над процессами 62
2.1.2. Система, объекты, задание процесса 67
2.1.3. Алгоритмическая модель процесса 70
2.2. Спектральный анализ входных потоков заказов 76
2.3. Дискретно-событийная модель функционирования предприятия сервисного обслуживания 79
2.4. Разработка рекуррентных моделей хранения и запасов 82
Выводы по главе 2 87
3. Разработка алгоритмов оптимизации управления на имитационной модели по интегральному критерию экономической эффективности 88
3.1. Анализ чувствительности критерия эффективности к аннуитетам и расчет вероятностных характеристик 88
3.2. Формализованное представления алгоритма оптимизации на имитационной модели 99
3.2.К Принципы построения алгоритма управления 100
3.2.2. Алгоритм построения управляемого имитационного процесса
3.2.3. Анализ алгоритма управления 106
3.3. Марковская цепь алгоритма оптимизации на имитационной модели функционирования ПСО 114
Выводы по главе 3 122
4. Программная реализация имитационной модели функционирования ПСО и алгоритмов управления моделью 123
4.1, Реализация моделирующего алгоритма сканирующего типа 123
4.2. Линейная модель реализации алгоритма управляемого имитационного эксперимента 127
4.3 Оценка вычислительной эффективности алгоритма управления 130
Выводы по главе 4 131
Заключение 132
Литература 134
- Анализ функций и задач построения распределенной системы управления предприятием сервисного обслуживания
- Основные конструкции и операции над процессами
- Анализ чувствительности критерия эффективности к аннуитетам и расчет вероятностных характеристик
- Реализация моделирующего алгоритма сканирующего типа
Введение к работе
В настоящее время распределенные информационные системы, а также современные методы организации и управления производственными процессами, основанные на математических моделях, приобретают все большее распространение при организации работы различных предприятий, в том числе предприятий сервисного обслуживания (ПСО). В условиях конкуренции на рынке поставок дорогостоящей дорожностроительной текники (ДСТ) организации вынуждены уделять все больше внимания вопросам повышения эффективности политики предварительных заказов и хранения дорогостоящей ДСТ. Все это приводит к необходимости внедрения новых информационных технологий в сферу управления их деятельностью, разработки и использования автоматизированных систем управления различного класса и назначения.
Требования к оперативности реализации запросов на ДСТ, комплектующие, изделия и их транспортировку заставляют все более серьезно относиться к вопросам повышения производительности труда, что ставит задачи непрерывного совершенствования и развития автоматизации и управления всем циклом, начиная от заказа ДСТ, поставки и, заканчивая, гарантийным и сервисным обслуживанием.
Сложность реализации деятельности ПСО в области автоматизации и управления процессами поставки и обслуживания ДСТ приводит к необходимости разработки новых аналитических и имитационных моделей, которые отражают весь жизненный цикл функционирования ПСО»
Предметом исследования является структура управления ПСО, включающая процессы внедрения новых информационных технологий, современные методы мониторинга и прогнозирования стратегии поставок дорогостоящей ДСТ, а также компоненты математического, лингвистического и программного обеспечения АСУ ПСО и системы поддержки принятия решений по организации устойчивой работы ПСО.
Целью работы является повышение эффективности и качества управления предприятиями сервисного обслуживания дорожно-строительной техники за счет создания методики комплексного анализа и моделирования процессов автоматизации и управления ПСО в условиях неопределенности.
Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:
Системный анализ методов и моделей управления ПСО, Анализ сезонности и тренда потоков заказов на ДСТ, Разработка рекуррентных стохастических моделей потоков заказов.
Разработка формализованного описания процесса формирования потока заказов в условиях стохастической неопределенности с учетом вероятностей отказов.
Разработка гибридной аналитико-имитационной модели функционирования ПСО» дискретно-событийных алгоритмов генерации выборочных траекторий развития ПСО и методики обработки данных имитационных экспериментов.
Формирование критериев интегральной экономической эффективности функционирования ПСО и анализ их чувствительности к параметрам алгоритмов, реализующих стратегию управления заказами.
Разработка методов и алгоритмов оптимизации стратегии управления заказами и анализ сходимости управляемых случайных процессов, реализуемых имитационной моделью.
Формирование структуры системы мониторинга и разработка программно-моделирующего комплекса поддержки принятия решений по управлению ПСО,
При разработке формальных моделей компонент в диссертации использовались методы общей теории систем и классический теоретико-множественный аппарат. Системный анализ функционирования ПСО проводился на базе реальных статистических данных, с использованием математических и статистических пакетов (Statistics MatLab и др.). При разработке моделей и алгоритмов управления ПСО использовалась теория
графов, методы математического программирования, теория случайных процессов, имитационное моделирование, теория массового обслуживания и
Др.
Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, методик и алгоритмов.
В первой главе проведен анализ математических методов и процедур автоматизации ПСО. Основу экономической эффективности деятельности ПСО составляют поиск и закупка необходимого количества дорогостоящей ДСТ и комплектующих. 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. Рассмотрены проблемы современного развития работ в области создания информационного обеспечения для автоматизации и управления ПСО, Анализ показал, что большинство работ характеризуется ориентацией на их практическое использование при решении задач анализа и синтеза, возникающих на этапах проектирования, разработки и эксплуатации распределенных систем управления.
Во второй главе реализована модель анализа политики распределения заказов на различные типы машин в условиях стохастической неопределенности. На основе проведенного анализа показана необходимость декомпозиции общей модели управления ПСО на компоненты потока заказов на ДСТ; вероятности отказов в зависимости от гарантированных сроков поставок; прогнозирования заказов; перераспределения финансовых ресурсов и другие,
В третьей главе диссертации разработаны методы и алгоритмы синтеза стратегии управления заказами, основанные на формировании алгоритмов прогноза потока заказов на различные виды ДСТ с учетом сезонной составляющей,
В четвертой главе решается вопрос построения программного комплекса, реализующего предложенные методы и алгоритмы.
Разработанные алгоритмы синтеза стратегии управления заказами являются параметрическими, поэтому в зависимости от прогнозируемого количества потенциальных заказов дает различные варианты. Программный комплекс включает имитационную модель стратегии заказов и поставок техники ПСО, С одной стороны, эта модель дает основу сравнительному анализу и проверке робастности предлагаемых в диссертации методов и алгоритмов. С другой стороны, в нее включен алгоритмом управления заказами ДСТ и запасных частей, что дает возможность имитировать процесс управления, В заключении представлены основные результаты работы, В приложении приводятся акты внедрения результатов диссертационной работы.
Научную новизну работы составляют:
формализованное описание функционирования ПСО в условиях стохастической неопределенности;
алгоритм прогнозирования и управления стратегией заказов с учетом отказов от поставщиков;
модели анализа влияния неопределенности потока заказов на интегральный показатель экономической эффективности;
методика моделирования и аналитической обработки имитационных экспериментов в системе мониторинга ПСО.
Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов определяется корректным использованием современных математических методов и моделей, предварительным статистическим анализом потоков заказов на действующих ПСО, согласованностью результатов аналитических и имитационных моделей. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения результатов работы на нескольких ПСО.
Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Они представляют непосредственный интерес в области моделирования и управления крупными ПСО-
Методы и алгоритмы, а также программные средства могут быть использованы при решении задач анализа и синтеза управления предприятиями, деятельность которых непосредственно связана с организацией поставок на дорогостоящую дорожно-строительную технику и комплектующие.
Разработанные методы и алгоритмы прошли апробацию и внедрены для практического применения на предприятиях ЗАО «ЛОНМАДИ», ООО «Интерсервис М», ОООг«МегаСтройЛайн», а также используются в учебном процессе на кафедре АСУ МАДИ(ГТУ).
Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:
на Российских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах (2002-2005гг.);
на заседании кафедры АСУ МАДИ(ТУ).
Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований в области автоматизации ГТСО.
По результатам выполненных исследований опубликовано б печатных работ.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, опубликованных на 149 страницах машинописного текста, содержит 19 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 129 наименований и приложения.
Анализ функций и задач построения распределенной системы управления предприятием сервисного обслуживания
Дорожно-строительные машины (ДСМ) используются при строительстве, содержании, ремонте автомобильных дорог, а также в гражданском, гидротехническом, промышленном, аэродромном строительстве. ДСМ можно классифицировать следующим образом [61]: - автогрейдеры; - автомобильные краны — сооружения, механизмы для подъема и перемещения грузов; - бетоносмесители — машины для приготовления бетона; - бульдозеры - приспособления у трактора в виде рамы с широким ножом для земляных работ, а также трактор с таким приспособлением; - дорожные катки - машины со специальными валами для уплотнения и выравнивая фунта, дорожных покрытий; - кусторезы; - навесное оборудование для дорожностроительных работ (ДСР) (корчеватели, рыхлители, поливомоечное оборудование, снегоуборочное оборудование и т.д.) - прицепное оборудование для ДСР (асфальтоцементоукладчики и т.д.) - скреперы - землеройно-транспортные машины для копания, перевозки и укладки грунта; - тракторы — самоходные машины для тяги. Предприятие имеет возможность для создания ремонтных мастерских и организации ремонтных групп, выезжающих по вызову на крупное дорожное строительство, но помимо этого, оно осуществляет и ряд более сложных задач, таких как капитальный ремонт [50], Для проведения ремонта дорожно-строительных машин существует сеть ремонтных предприятий, тесно связанных как с заказчиками на проведение ремонта, так и с предприятиями, снабжающими ремонтные предприятия запасными частями. В роли заказчиков могут выступать как предприятия - владельцы дорожно-строительных машин, так и центры по диагностике техники, В качестве предприятий-снабженцев выступают производственные предприятия и базы (склады). Для данного предприятия необходима база данных обо всех элементах производственной сети, как-то заказчики, снабжение и дорожностроительная техника [61,68]. Среднее предприятие может ремонтировать 75(Н-800 машин (агрегатов, узлов и т.д.) в год [44]. Такому количеству машин соответствует большое количество документации, поэтому возникает необходимость в автоматизации процесса обработки документов. ИС предприятия, работающая в вычислительной сети, избавит сотрудников от сложной рутинной работы с документами, поможет быстро найти и воспользоваться необходимой информацией. Кроме того, ИС поможет создавать необходимые отчеты, которые необходимы для составления статистики с последующим планированием деятельности предприятия [45] Техническое обслуживание (контроль) производится в принудительном порядке через определенные промежутки эксплуатации машин по заранее установленным объемам, а ремонт выполняется по потребности. Организации, на балансе которых находятся машины, разрабатывают годовые планы и месячные планы-графики технического обслуживания и ремонта машин. При полной потере эксплуатационных качеств или по истечении предельно максимального срока службы необходимо проведение капитального ремонта. Прием машины в ремонт осуществляется в соответствии с ГОСТ 19504-74. Передавая в ремонт машину, представитель заказчика должен предъявить технический паспорт машины, сопроводительный лист и опись снятых с машины сборочных единиц и деталей. Также заказчик передает ремонтной организации паспорт или формуляр, также акт на аварию, если машина направлена в ремонт по этой причине. Детали и узлы перед проведением ремонта поступают на участок сортировки и контроля. Цель контроля - определение технического состояния деталей и сортировка их на группы: детали годные, размеры которых лежат в допустимых без ремонта пределах с учетом их сопряжения с новыми деталями; детали годные, размеры которых лежат в допустимых без ремонта пределах с учетом их сопряжения с деталями, бывшими в эксплуатации; детали, подлежащие ремонту; детали негодные. После проведения сборки машины в рамках контролирующего этапа проходят обкатку и испытание. При обнаружении неисправностей дефектные агрегаты вскрываются, и устраняется неисправность, а затем проводятся повторные испытания. Для проведения испытаний назначается приемочная комиссия. Общие принципы эксплуатации ДСМ, влияющие на особенности организационной структуры предприятия сервисного обслуживания Дорожно-строительные машины (ДСМ) используют при строительстве, содержании, ремонте автомобильных дорог, а также в гражданском, гидротехническом, промышленном, аэродромном строительстве. Парк дорожно-строительных машин и тракторов, находящихся в эксплуатации, исчисляется миллионами штук, В период эксплуатации работоспособность машин поддерживается путем проведения технического обслуживания или текущего ремонта. Однако при длительной эксплуатации машины достигают такого состояния, когда восстановить их работоспособность можно только путем проведения капитального ремонта на ремонтных специализированных предприятиях. Необходимость такого ремонта дорожно-строительных машин и тракторов предопределяется изменением во времени их технического состояния, а экономическая эффективность данного вида ремонта обосновывается возможностью использовать 25-30% бездефектных деталей и 45-50% деталей, которые подлежат восстановлению. Так, годная без ремонта деталь требует затрат, составляющих 7-10% от стоимости запасной детали. Затраты на восстановление деталей, как правило, не превышают 60-70% стоимости аналогичных запасных частей.
На современных ремонтных предприятиях используют индустриальные методы ремонта, в том числе агрегатный, базирующийся на замене вышедших из строя сборочных единиц и деталей отремонтированными в заводских условиях. Оборудование этих предприятий аналогично применяемому в машиностроительной промышленности.
Дорожно-строительпая техника предполагает интенсивную сезонную эксплуатацию, в результате которой из-за износа, поломок, аварий производственных и конструктивных дефегсгов наступает полная или частичная неработоспособность.
Условия эксплуатации машин оказывают большое влияние на износ деталей. Все дорожные машины работают в неблагоприятных условиях по сравнению с автомобилями, работающими на усовершенствованных дорогах при условиях наименьшей пыльности, так как пыль, попадая в сочленения деталей, способствует абразивному износу трущихся поверхностей.
Кроме того, износ деталей машин в условиях эксплуатации зависит от качества топлива, смазочных материалов, от влажности, температуры воздуха, квалификации обслуживающего персонала, условий хранения, своевременного и качественного ухода за машинами.
Основные конструкции и операции над процессами
Комплектование деталей осуществляют в комплектовочном отделении, которое оснащено соответствующим оборудованием для складирования. В комплектовочное отделение поступают все годные детали. Крупные (базовые) детали и узлы поступают на сборку, минуя комплектовочное отделение. Сборочные единицы комплектуются деталями по спецификациям, приведенным в картах типовой технологии ремонта машин на сборку, или по комплектовочным картам.
Сборка является заключительным этапом ремонта. При сборке соблюдается последовательность выполнения операций, приведенная в типовой технологии на сборку машин. При ремонте машин сборка бывает узловой, когда собирается узел или агрегат, и общей, когда собирается машина целиком. Во время сборки узлов, агрегатов и машин применяются те же подъемно-транспортные средства, что и при разборке. Обкатка и испытание
После проведения сборки машины в рамках контролирующего этапа проходят обкатку и испытание. Для проведения испытаний назначается приемочная комиссия.
Испытания узлов, агрегатов и машин могут быть производственные и контрольные. Производственные испытания проводят для проверки качества ремонта и сборки узла или агрегата и для взаимной приработки собранных деталей. Контрольные испытания производят для проверки качества продукции, выпускаемой ремонтным предприятием.
После испытания машина подвергается тщательному наружному осмотру. Не допускаются поломки, следы остаточных деформаций и разрушений, возникшие во время испытаний. При обнаружении неисправностей дефектные агрегаты вскрываются и устраняется неисправность, а затем проводятся повторные испытания.
Задача технического контроля на ремонтном предприятии заключается в обеспечении высокого качества выпускаемой продукции. В задачи контроля качества ремонта машин входят: предупреждение брака; проведение мероприятий по повышению качества ремонта; выявление, учет и анализ брака и обеспечение выпуска высококачественной продукции. Качество ремонта зависит от качества ремонтной документации, ремонтного оборудования и инструмента, запасных частей и материалов, а также от качества труда людей, производящих ремонт.
Существуют три формы организации технического контроля при ремонте машин: зависимая, полузависимая и независимая. Выводы по главе 1 1. Проведен анализ основных особенностей объекта исследования, каковым является предприятие по диагностике и ремонту дорожностроительных машин. 2. Проведена классификация дорожно-строительных машин, определены их основные особенности и виды их ремонта. 3. Описаны основные виды неисправностей и схемы технического обслуживания и ремонта ДСМ. 4. Формализована общая схема ремонта ДСМ, являющаяся основой для проведения процесса формализации информационных требований пользователей ИС. 5. Определены основные функции по обработке данных распределенной информационной системы ремонтного предприятия. 6. Проведен системный анализ задач автоматизации и комплексного анализа расчета технико-экономических показателей ПСО. Проведен сравнительный анализ методов проектирования и моделирования распределенных информационных систем ПСО. Определены основные тенденции развития информационных технологий на ПСО. 7. Проведен анализ основных математических методов в целях моделирования процессов развития и функционирования ПСО.
Анализ чувствительности критерия эффективности к аннуитетам и расчет вероятностных характеристик
Если все логические условия в столбце 1 равны 0 и нет ни одного условия, равного 1, управление передается программе КАЛЕНДАРЬ так как исчерпаны все события текущего КОС и необходим переход к новому КОС, начинающемуся с активного события (см. теорему 5.) Как видно из рис. 4.1., подпрограммы событий после своего выполнения передают управление в алгоритм АПУ- Каждая подпрограмма h\ в ходе своего выполнения меняет состояние системы и определяет условие продвижения инициатора своего процесса по треку. Если подпрограмма содержит условие типа h\ то hl заполняет строку в ТБВ, определяет момент активизации инициатора. Навигационный оператор h" в составе // определяет адрес следующей по треку подпрограммы событий. В эту же таблицу помещается и значение текущего инициатора (ссылка на локальную среду). Если подпрограмма h\ содержит условие типа к4, то № заносит строку в ТУ, помещая в столбец 1 логическое условие, а в остальные - инициатор и адрес V следующей по треку подпрограммы событий аналогично вышеописанному. Таким образом, предложенный моделирующий алгоритм реализует все необходимые действия в соответствии с разработанной в диссертации алгоритмической моделью процесса. При этом задача генерации трека по ходу моделирования возлагается на подпрограммы событий. Линейная модель реализации алгоритма управляемого имитационного эксперимента Показано, что высокая затратность сканирующего алгоритма вызвана необходимостью многократного просчета логических условий в ТУ для автоматизации генерирования КОС, Таким образом, чтобы сократить чрезмерные затраты машинного времени на сканирование ТУ, необходимо изменить способ генерирования КОС. В данном разделе предлагается процедуры генерации КОС разместить непосредственно в подпрограммах событий и исключить АПУ из моделирующего алгоритма. Такой модернизированный моделирующий алгоритм назовем моделирующий алгоритмом лилейного гпипа его структурная схема приведена на рис.4.4, В этом алгоритме КАЛЕНДАРЬ выбирает ближайшее активное событие из ТБВ по тому же алгоритму, что и для моделирующего алгоритма сканирующего типа, и передает управление соответствующей подпроірамме активного события. Далее подпрограмма активного события после своего выполнения передает управление той подпрограмме пассивного события, которое должно выполняться в соответствии с графом КОС- Эта подпрограмма, в свою очередь, передает управление следующей по графу КОС подпрограмме пассивного события и т.д. до тех пор, пока не будут
Реализация моделирующего алгоритма сканирующего типа
В случае, когда моделирующий алгоритм содержит небольшое количество подпрограмм событий, и каждая из подпрограмм имеет достаточно большой объем, то Р«а и значения L невелики, В этом случае значение q будет не намного отличаться от 1.
Однако если моделирующий алгоритм содержит большое количество достаточно коротких подпрограмм событий, то Р а и значение L велико. В этом случае q »1: так, при L—JO, q=6 а при L-50 значение q превышает 25. Выводы по главе 4 1, Разработан программно-моделирующий комплекс, реализующий предложенные методы и алгоритмы управления ПСО. Сформирована методика сбора, передачи и аналитической обработки данных в системе мониторинга ПСО, основанная на интеграции имитационной модели и программных модулей многомерного статистического анализа. 2. Разработанные методы, алгоритмы и программы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ЗАО «ЛОНМАДИ», ООО «Интерсервис М», 000 «МегаСтройЛайн», а также используются в учебном процессе на кафедре АСУ МАДИ(ГТУ). 1. Проведен сравнительный анализ методов проектирования и моделирования распределенных информационных систем обработки информации и управления предприятиями сервисного обслуживания. Определены основные тенденции развития информационных технологий, 2. Проведен анализ сезонности и тренда потоков заказов на ДСТ. На основе спектрального анализа показан их циклический характер и разработаны рекуррентные стохастические модели потоков заказов. 3. Разработано формализованное описание процесса обслуживания и поставки ДСТ в условиях стохастической неопределенности заказов и с учетом вероятностей отказов. 4. Разработана гибридная аналитико-имитационная модель управления запасами ДСТ, основу которой составляют дискретно-событийные алгоритмы генерации выборочных траекторий случайных процессов и методики обработки данных имитационных экспериментов. 5. Сформированы критерии интегральной экономической эффективности функционирования ПСО и проведен анализ их чувствительности к параметрам алгоритмов, реализующих стратегию управления заказами. Предложена методика прогнозирования потока заказов, использующая экстраполяцию на основе цифрового линейного фильтра. Рассмотрены факторы, влияющие на глубину прогноза. 6. Разработаны методы и алгоритмы оптимизации стратегии управления заказами и на основе управляемых случайных процессов проведен анализ их сходимости. Выполнено формализованное описание процесса управления в виде марковской цепи, получены аналитические выражения стационарных вероятностей, 7. Разработан программно-моделирующий комплекс, реализующий предложенные методы и алгоритмы управления ПСО- Сформирована методика сбора, передачи и аналитической обработки данных в системе мониторинга ПСО, основанная на интеграции имитационной модели и программных модулей многомерного статистического анализа. 8. Разработанные методы, алгоритмы и программы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ЗАО «ЛОНМАДИ», ООО «Интерсервис М», ООО «МегаСтройЛайн», а также используются в учебном процессе на кафедре АСУ МАДИ(ГТУ).
