Введение к работе
Актуальность проблемы
Повышение эффективности производства за счет автоматизации управления является важной научно-практической проблемой, решение которой становится особенно актуальным в неопределенных условиях перехода к рыночным отношениям.
Современное автоматизированное производство представляет собой
сложную динамігческуіо систему, характеризующуюся большим числом
изменяемых параметров, сильной их взаимозависимостью, наличием
обратных информационных и материальных связей, адаптивностью,
нелинейностью и нестационарностью поведения. Функционируя в
неопределенных условиях рыночных отношений и дефицита ресурсов,
производственные системы постоянно находятся под влиянием внешних и
внутренних возмущений, снижающих кх эффективность и приводящих к
неустойчивому функционированию. Актуальной становится проблема
исследования и разработки эффективных методов автоматизации управления
функционированием систем производства и сбыта продукции в условиях
неопределенности и ограничений по ресурсам методами имитационного
моделирования. Актуальность ".. .экономико-математического
мсдглирсвгния механизма перехода к рыночной экономике и ее функционирования" сформулирована в "Ноеых приоритетах науки и техники" Министерства общего и профессионального образования Российской Федерации и подтверждена поручением Правительства Российской Федерации от 27,07.96 № ВК-П8-26252; Актуальность проблемы моделирования производственных систем (ПС) определяется их особенностью, состоящей в том, что эксперименты над системами невозможны в реальном масштабе времени, результаты экспериментов не воспроизводимы и несравнимы, в ходе экспериментов можно получить лишь ретроспективную информацию, использование которой для прогнозирования не всегда возможно.
Объективная сложность решения задач анализа и синтеза иерархических многофункциональных и многосвязных динамических производственных систем, функционирующих в условиях рынка, снижение их эффективности при ошибках управления, невозможность проводить физические эксперименты над системой с целью прогнозирования развития неблагоприятных ситуаций, плохо формализуемые свойства отдельных элементов системы, в том числе и человека как управляющего элемента, определяют необходимость, важность и значимость проблемы анализа, синтеза и моделирования взаимообусловленного функционирования производственных и сбытовых (рыночных) подсистем в условиях неопределенности рынка на основе имитационного моделирования.
Таким образом, работа посвящена решению актуальной комплексной научной проблемы, состоящей в разработке теоретических и методологических основ моделирования и автоматизированного управления сложными динамическими производственно-рыночными системами (ПРС) с учетом неопределенностей, возмущений внешней среды и ограничений по ресурсам, с целью повышения эффективности их функционирования.
Проблема моделирования динамически неравновесных состояний производственных систем и построения автоматизированной системы управления, способной обеспечить устойчивый переход из одного динамически равновесного состояния в другое по требуемой траектории, является малоизученной сложной проблемой и включает в себя выбор критериев отбора альтернативных вариантов системы, разработку ее структур, моделей и алгоритмов автоматизированного управлення, в том числе и алгоритмов интеллектуального управления. Все эти задачи также явились предметом данного исследования.
При решении вышеуказанной комплексной проблемы автор в своих исследованиях опирался на труды отечественных и зарубежных ученых, внесших значительный вклад:
в развитие методов оптимального планирования и управления производством (В 3 Леонтьев, Л.В .Канторович, Н.Н.Моисеев, Ю.В.Гермейер, С.А.Ашманов, ЭЛ.Вилкас, Р.Кини, Х.Райфа, Я.З.Цыпкин, Н-Я.Петраков);
в автоматизацию процессов организационного управления путем обработки информации с помощью компьютеров и создания функционально-ориентированных автоматизированных рабочих мест и информационных систем (Ф.ИЛерегудов, БЛ.Советов, Г.С.Поспелов);
в создание моделей, описывающих экономические законы и закономерности функционирования систем, используемых при упразяении (В.НБурков, Р.Аллен, В.М.Глушков, Дж.Греіісоц, Я.Р.Рейльян, Н.Е.Кобринский, П.Самуэльсон, В.Л.Макаров, Д.С.Львов);
в выбор и разработку интеллектуальных алгоритмов принятия решений по управлению (К.А.Багриновский, В.Ф.Венда, ИХЛоспелов, Д.АЛоспелов, А.В.Тимофеев, Р.М.Юсупов) и экспертных систем (Э.В.Попов, В.Ф.Хорошевский, ЮЛЛюбарский, ЕЛ-Ефимов);
в имитационное моделирование производственных систем (А.А.Вавилов, Б.Г.Тамм, Н.С.Райтман, В.МЧадеев), в том числе с использованием динамических подходов (Дж.Форрестер, Л.Вальрас, А.Вальд, Э.М.Браверман, А.Г.Гранберг, Дж. фон Нейман);
в создание и применение корпоративных информационных систем для управления производством, разработанных зарубежными фирмами, таких как R/3, CA-MAN-MAN/X, Timeline, WorkFlow, LinkWorks и др., а также отечественных комплексных программных средств учета, управления и моделирования, таких как БОСС, БЭСТ, Аккорд, Парус и др.
Выделенные направления в той или иной степени согласуются с проводимыми исследованиями и учитываются при анализе проблем автоматизированного управления.
Проблемы описания динамики неравновесных состояний исследуются в последних работах А.А.Петрова, А.А.Шанашша, И.Г.Поспелова, А.А.Колобова, ШЗ.Чепурных и др.
Однако к настоящему времени до конца не разработана общая методология исследования, моделирования и автоматизированного управления производственно-рыночной системой как единым динамическим объектом, функционирующим в условиях рынка, находящимся под воздействием внешних и внутренних возмущений и управляемым человеком в условиях неопределенности, ограничений по ресурсам и нестабильности среды. Среди большого разнообразия моделей экономической динамики не удается выделить одну или несколько, способных в целом отразить особенности Функционирования ПС в условиях пыночных отношений и обеспечить разработку и применение алгоритмов, повышающих эффективность управления.
Цель и задачи исследований
Цель работы - теоретическое обобщение методов исследования, моделирования и управления производственными системами, функционирующими в условиях рынка, направленное на решение проблемы, имеющей важное научно-практическое значение и состоящей в разработке методологических и теоретических основ анализа, синтеза и автоматизированного управления многопродуктовьши производственно-рыночными системами на основе имитационного моделирования и в применении полученных результатов для решения практических задач повышения эффективности функционирования данного класса систем за счет автоматизации процессов управления.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-
Разработать методологию анализа, моделирования и автоматизированного управления сложными динамическими плохо формализуемыми производственно-рыночными системами, позволяющую проектировать интеллектуальные системы автоматизированного управления производством, которые способны обеспечить эффективность функционирования ПРС в неопределенных условиях рынка.
-
Разработать математические модели динамики функционирования одно- и многопродуктовых производственно-рыночных систем и их подсистем с учетом ограничений по ресурсам и случайных возмущений, действующих со стороны внешней среды.
-
Разработать теоретические основы моделирования и построения эффективных структур системы автоматизированного управления производством и сбытом как единым динамическим объектом, а также
методы синтеза непрерывно-логических динамических алгоритмов управления поведением системы в условиях неопределенности.
-
Разработать систему принятия решений для автоматизированного управления ПРС, основанную на логических моделях представления знаний, ситуационном анализе, алгоритмах интеллектуального управления и процедурах логического вывода.
-
Разработать автоматизированную информационную систему имитационного моделирования и поддержки принятия решений по управлению и создать для нее программное обеспечение, реализующее непрерывно-логические и интеллектуальные алгоритмы управления.
-
Разработать комплексную методику анализа и проектирования системы автоматизированного управления производственно-сбытовой деятельностью, включающую в себя методику исследования поведения производственной системы в условиях рынка и методику обучения ситуационному управлению производством в форме деловой игры. Провести исследования эффективности предлагаемых моделей, структур и алгоритмов, а также выработать на основе результатов экспериментальных исследований практические рекомендации для ситуационного управления поведением динамических ПС в изменяющихся условиях рынка.
Методы исследования
При разработке теоретических и методологических основ моделирования и автоматизации управления производством и сбытом используются методы системного анализа. Разработка моделей проводится с использованием методов общей теории систем, теории автоматического управления, теории иерархических систем. Синтез непрерывно-логических и интеллектуальных алгоритмов осуществляется с использованием методов искусственного интеллекта, ситуационного управления и теории алгоритмов. Для разработки имитационных моделей применяются численные методы моделирования и методы проектирования информационных систем. Результаты, выносимые на защиту
На защиту выносятся следующие научные положения и практические результаты:
-
Методология анализа, моделирования и автоматизированного управления производственными системами, функционирующими в условиях рыночных отношений, основанная на системологических принципах и общенаучных подходах, сформулированных применительно к описанию динамических плохо формализуемых ПС, и на многоэтапной процедуре структуризации процессов достижения целей на всех уровнях создания и существования системы.
-
Математические модели однопродуктовой и многопродуктоБой производственно-рыночных систем и их элементов, отражающие динамику систем, описывающие процессы их функционирования и автоматизированного управления и учитывающие влияние случайных возмущений со стороны внешней среды на эффективность систем.
-
Теоретические основы построения структур и математических моделей управляемых производственно-рыночных систем, разрабатываемых на принципах обратной связи, управления по модели, комбинированного управления, а также методы синтеза непрерывно-логических алгоритмов управления в условиях неопределенности, возмущений и ограничений по ресурсам.
-
Интеллектуальная автоматизированная система поддержки принятия решений по управлению производством, базирующаяся на логической модели ситуационного управления поведением производственно-рыночной системы в условиях неопределенности, учитывающая многовариантность решений и основанная на процедуре логического вывода.
-
Автоматизированная система имитационного моделіфования и поддержки принятия решений по управлению, реализованная в форме интерактивного
управления, для анализа и прогнозирования поведения системы в изменяющихся условиях внешней среды.
6. Комплексная методика анализа и синтеза системы управления
производством и методика обучения ситуационному управлению в форме
деловой игры, а также результаты исследования зффекпгвности
управления одно- и многопродуктозой производственно-рыночной
системой в неопределенных условиях ПГ.ШКЯ, шмгученные с
использованием разработанной системы имитационного моделирования.
Научная новизна результатов Новизна решения проблемы заключается:
в методологии анализа, моделіфования и автоматизированного управления производственно-рыночной системой как сложным динамическим объектом, основанной на объединении принципов и o6rrrSH2v4Kb!x по7тхо7тов с^юпмулипованных применительно к описанию плохо формализуемых ПРС, и на многоэтапной процедуре структуризации процессов достижения целей на всех уровнях создания и существования систем;
в разработке динамических математических моделей взаимообусловленного функционирования производственной и рыночной подсистем как единого объекта управления, объединенных в комплекс моделей на основе предложенной методологии анализа, моделирования и автоматизированного управления;
в разработке функциональных и структурных схем управляемых ПРС, отражающих гетерогенные свойства системы и обеспечивающих синтез эффективных алгоритмов управления;
в предложенных в результате синтеза непрерывно-логических и интеллектуальных алгоритмах автоматизированного управления производством в условиях неопределенности рыночных ситуаций, ограничений по ресурсам и многовариантности решений.
Практическая ценность н внедрение результатов
Практическая ценность выбранного пути решения проблемы заключается в том, что выполненные теоретические исследования позволили разработать и внедрить в практику:
модели, структуры и алгоритмы оперативного управления производством в условиях рыночных отношений;
автоматизированную систему имитационного моделирования и поддержки принятия решений по управлению производством, позволяющую строить эффективную, в смысле получения прибыли, тактику поведения ПРС в условиях неопределенности и дефицита ресурсов;
программное обеспечение для моделирования процессов функционирования и исследования поведения однопродуктовых и многопродуктовых производственных систем в условиях рынка;
комплексную методику применения автоматизированной системы имитационного моделирования и принятия решений при анализе систем, управлении производством и сбытом продукции и при обучении в форме деловой игры методам принятия решений.
Математические модели, алгоритмы, программное обеспечение и методики проведения компьютерных деловых игр по управлению производством в условиях рынка (свидетельства РосАПО об официальной регистрации программ для ЭВМ № 950426, № 960289 и №970506) внедрены в учебный процесс Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) и Башкирской Академии госслужбы и управления.
Результаты, полученные в работе, внедрены на предприятиях военно-промышленного комплехса (ВПК) Республики Башкортостан (РБ), осуществляющих программу конверсии. Комплексная методика проектирования систем оперативного управления производством, включающая в себя процедуру формирования расчетных планов выпуска изделий, алгоритмы эффективного поведения предприятия в изменяющихся условиях рынка и программное обеспечение поддержки решений при управлении внедрены в АО "Уфимское агрегатное производственное объединение" (УАПО) и в АО "Концерн БЭТО" (г.Уфа).
Методология исследования и моделирования ПРС использована в Министерстве экономики РБ при разработке "Концепции социально-экономического развития Республики Башкортостан".
Основания для выполнения работы
Работа выполнена в период 1980-1998 гг. на кафедре технической кибернетики УГАТУ и связана с выполнением хоздоговорных научно-исследовательских работ (НИР) с СКТБ "Искра" по теме № К-01-85/7 (1985-1987гг.), с АО "Концерн БЭТО" - НИР № ИФ-ТК-24-91 (1991-1993гг.), а также НИР, финансируемых по заказ-наряду Минвуза РСФСР, тема № 34, 52 (1989-1990ГГ.) и госбюджетных НИР № ИФ-ТК-51-93-03 (1993-1998гт.).
Работа поддержана в рамках научно-исследовательской программы "Математические методы моделирования сложных систем и применение их
7 в народпом хозяйстве Башкортостана", проводимой в Институте математики с ВЦ Уфимского научного центра (УНЦ) РАН в 1993-1995гг.; в плане Федеральной целевой программы "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000гг." - проект 'Тазвитие научно-учебного комплекса по фундаментальным проблемам математики и теории управления (УГАТУ, ВЦ УНЦ РАН)", контракт №21-76, а также Государственной программой "Информатизация РСФСР" (1991-1992гг.) и программой "Информатизация РФ" - проект "Информатизация УГАТУ" (1993-1996ГГ.).
Апробация работы п публикации
Основные положения, представленные в диссертации, регулярно докладывались и обсуждались на научных мероприятиях различного уровня. В их числе:
Республиканская межотраслевая научно-техническая конференция "Применение ЭВМ, математических моделей и методов в автоматизации управления организационными и техническими системами" (Уфа, 1981);
Всесоюзный IX научно-технический семинар "Планирование эксперимента при эксплуатации аппаратуры и оценка надежности ее элементов" (Минск, 1981);
Республиканская научно-практическая конференция "Автоматизация н механизация трудоемких процессов на предприятиях республики" (Уфа, 1984);
III Всесоюзная конференция "Программное, алгоритмическое и техническое обеспечение АСУ ТП" (Ташкент, 1985);
Всесоюзная научная конференция "Проблемы теории чувствительности электронных и электромеханических систем" (Москва, 1985);
Всесоюзная научно-техническая конференция "Станки с числовым программным ^правлением н гибкие автоматизированные металлообрабатывающие комплексы" (Новгород, 1985);
Всесоюзный семинар "Техническая подготовка гибкого автоматизированного производства в машино- и приборостроении" (Киев, 1986);
Научно-техническая конференция "Математические и программные методы проектирования управляющих и информационных систем" (Пенза, 1986);
Всесоюзное научно-техническое совещание "Создание и внедрение систем автоматического и автоматизированного управления технологическими процессами" (Москва, 1986);
Всесоюзная научно-техническая конференция "Теория и практика оценки народнохозяйственной эффективности НТП" (Новосибирск, 1986);
Всесоюзная научно-техническая конференция "Прогрессивные техпроцессы, механизация и автоматизация ручных и трудоемких работ" (Ижевск, 1986);
IV и V Республиканские научно-технические конференции "Теория и практика внедрения средств автоматизации и роботизации технологических и производственных процессов" (Уфа, 1987,1989);
Всесоюзный научно-технический семинар "Современная технология производства приборов, средств автоматизации и систем управления" (Суздаль, 1989);
Всесоюзное научно-координационное совещание представителей вузов-исполнителей работ по проблеме: "Разработка и внедрение многоуровневых интегрированных АСУ в народном хозяйстве" (Ташкент, 1990);
Всесоюзная научно-методическая конференция "Проблемы качества высшего образования" (Уфа, 1991);
Всероссийская научная конференция "Непрерывная логика и ее применение в технике, экономике и социологии" (Пенза, 1994);
II Международная конференция "Непрерывно-логические методы и модели в науке, технике и экономике" (Пенза, 1995);
Международная научно-техническая конференция "Непрерывно-логические модели и нейронные сети" (Ульяновск, 1995);
Международная конференция "Информационные технологии в моделировании и управлении" (С.-Петербург, 1996);
II Международная научно-практическая конференция
"Математические методы и компьютеры в экономике" (Пенза, 1997);
Международная научно-техническая конференция "Конверсия, приборостроение, рынок" (Владимир, 1997);
Международная конференция по информатихе и управлению ICI&C97 (С.-Петербург, 1997).
Результаты диссертационной работы непосредственно отражены в 80 публикациях, в том числе в 2 монографиях (12п.л. и 20п.л), 26 статьях, в 38 трудах конференций, 3 свидетельствах о регистрации программ РосАПО, 8 депонированных научно-технических отчетах, а также в 3 опубликованных методиках проведения деловых игр по моделированию динамики производственных систем.
Структура работы
Работа включает введение, б глав основного материала, заключение, библиографический список и приложения. Работа изложена на 309 страницах машинописного текста, кроме того, содержит 65 рисунков и 24 таблицы, размещенных на 65 страницах. Библиографический список включает 242 наименования.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность научному консультанту заслуженному деятелю науки и техники РФ и РБ, профессору Ильясову Б.Г. за постоянное и заинтересованное обсуждение совместно проводимых в течение многих лет исследований, а также за ценную методическую и организационную помощь в подготовке диссертации к защите. Автор выражает искреннюю благодарность единомышленнику и
соавтору многих опубликованных работ доцеїпу Валеевой Р.Г. за полезное сотрудничество в области исследования проблем управления производством, канд.тех.наук Макаровой Е.А. и канд.тех.наук Сильновой СВ. за помощь в проведении имитационных экспериментов над моделями.
