Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важнейших задач строительства нового общества продолжает оставаться задача создания материально-технической базы, которая обеспечивала бы гармоническое развитие человека. Полнота удовлетворения потребностей членов общества обусловлена как совершенством технологий производства материальных ценностей, так и совершенством механизма управления общественным производством, которые непрерывно развиваются.
Одно из эффективных направлений повышения качества механизма управления производством связано с созданием эффективных математических моделей и применением электронных вычислительных машин.
Задача управления производством с использованием ЭВМ разрабатывалась в СССР и за рубежом с использованием ЭВМ П-го поколения, то есть с начала ЄО-х годов, и с тех пор данный вопрос остается чрезвычайно важным для нашего общества.
Эффективность использования дорогостоящих средств вычислительной техники зависит от разработанного для них программно-алгоритмического обеспечения, в основе которого лежит формально -математическое представление об объекте.
Проблемы математического моделирования объектов применения ЭВМ, в частности автоматизированного управления, продолжают оставаться в поле зрения большого круга ученых и специалистов в СССР и за рубежом. Учитывая, что эффективность сущест.вувщих комплексов автоматизированного управления производством оставляет желать лучшего, считать проблему создания математических моделей управления производством решенной, вероятно, рано. Огромная важность проблемы математического описания объектов управления и методов ее реаения привлекала внимание и остается в поле зрения ведущих ученых и специалистов страны, среди которых основополагающими являются труды А.А.Вавилова, А.А.Воронова, И.М.Бобко, Н.П.Еусленко, А.Г.Бутховского, Д.Н.Гвишиани, В.М. Глупкова, С.В.Емельянова, А.А.Красовского, Н.Н.Красовского, А.Г.Мамиконова, Г.И.Марчука, В.А.Ыясникова, С.Б.Михалева, Н.Н. Моисеева, А.А.Первозванского, В.И.Плескунина.Г.С.Поспелова, В.А.Рейнера, В.Н.Скурихина, Б.Я.Советова, В.А.Трапезникова,
В.Н.Четверикова, В.В.Шкурбы, В.Б.Яковлева и других ученых.
К настоящему времени оформилось несколько направлений разработки систем математических моделей управления производством.
Наибольшее внимание в исследованиях, связанных с построением моделей управления в материально-производственных и сложных системах в целом, уделяется методам синтеза управления.
Вопросам же исследования структуры модели сложной системы как объекта управления, анализа с позиций теории управления переменных состояния, возмущающих воздействий, возможных управлений, исследованию динамических свойств сложных объектов как проистранственно-временных систем, внимания уделяется недостаточно. Можно констатировать, что уровень модельно-алгоритмичес-кой проработки управляющей части сложных систем существенно превосходит соответствующую проработку модели объекта управления. Это фактически соответствует чрезмерно упрощенному, неадекватному по уровню описания модели об ьекта, модели системы управления. Это может служить причиной недостаточной эффективности исследуемых и разрабатываемых систем управления.
Известные работы советских и зарубежных авторов, посвященные исследованиям моделей объектов сложных систем - П.л.Ватник, С.А.Думлер, Л.Л.л(ельцер, В.Л.Николаев, ш.л.Лервин, Н.Ф.Сытник, Б.С.Флейшман, А.Д.цвиркун, Дж.Клир, Д.Форрестер, С.Джонсон, Х.Штан- посвящены, как правило, разработке избранной ими концепции представления сложной материально-производственной системы; полученные в направлениях исследований этих раэот результаты до настоящего времени не позволили получить целостного, интегрированного восприятия модели материально-производственных систем. В работах л.н.Первозванского, Б.С.Флейшмана, В.Б.Яковлева разрабатываются модели сложных обьектов динамического характера. Данная работа в значительной мере является развитием исследований, проводимых в ЛЭТИ школой академика Российской инженерной академии профессора Советова Б.Я.
Основные направления исследований, выполненных в работе, связаны с решением следующих задач:
I. Построение интегрированной структуры модели материально-производственной системы, позволяющей решать задачи связанного управления на основных традиционных уровнях управления
производством - межцеховом, внутрицеховом.
-
Выбор формально-математических методов описания, отражающих пространственно-временные динамические свойства объекта и отношения между его компонентами
-
Синтез управления объектом на базе адекватного модельно-математического описания, удовлетворяющего достаточно слокной системе критериальных композиций.
Таким образом, учитывая недостаточное развитие формально-математических и структурных методов описания производственных объектов, и в целях построения эффективного автоматизированного управления производством, в диссертационной работе ставится задача разработки интегрированной структуры математической модели функционирования и управления материально-производственной системы.
Целью диссертационной работы является разработка интегрированной системы моделей динамики процесса производства и алгоритмов эффективного управления на уровне предприятия и структурного подразделения.
Для достижения поставленной цели в работе были репены следующие задачи:"
-
Разработана структура интегрированной модели системы функционирования и управления производствоц.
-
Выявлены основные аналитические. задачи управления производством, обеспечивающие адекватное описание функционирования производства и управления им.
-
Решена задача управления натериально-производственньм потоком кок динамическая задача теории управления с яеньгші управляющими и возмущающими факторами в детерминированной и стохастической постановке.
-
В рамках интегрированной модели поставлены и решены задачи дискретной оптимизации распределения материальных потоков и ресурсов, обеспечивающих выполнение операций в структурных подразделениях предприятия.
-
Разработана структура информационного обеспечения задач управления производством средствами СУБД (системы управления базами денных).
Методы исследования. В основу резения поставленных задач полоне:: выполненный на базе кибернетического подхода анализ
- 4 -функционирования материально-производственной системы на примере предприятия машиностроительного профиля и синтез структуры модели производства и управления. Модель строится на основе введенных в рассмотрение системы переменных и формально-математических соотношений между ними в рамках синтезированной структуры, допускающей постановку классических задач теории управления. Использование для описания пространственно-временных отношений меаду компонентами модели формализмов механики сред и систем управления с распределенными параметрами позволило поставить и решить группу задач управления производством как динамических и распределенных в пространстве. Синтезированная интегрированная структура модели позволила также реаить задачи классической дискретной оптимизации в постановке, связанной по критериям с задачаїии непрерывной макродинамики. Экспериментальная часть работы и внедрение выполнено на ЭБЫ серии ЕС, Сій v. PC с использованием СУБД типа Банк ОС, ДЛСОД, Мирно, Ребус, ла-рат.
Научная новизна к основные защищаемые положения. Ь диссертационной работе дана структура интегрированной модели системы функционирования и управления предприятием, не имеющая аналогов в отечественной и зарубежной литературе. В рамках введенной структуры поставлен и решен ряд задач управления производством в классе моделей пространственно-временной динамики и дискретно-комбинаторных задач распределения ресурсов для управления производством, объединенных единой системой переменных и критериев. Тем самым снято имєешєє место противоречие мекду дискретными и непрерывными подходами при построении модельных представлений в задачах управления производством и созданы предпосылки для дальнейшего развития теории управления сложными объектами типа материально-производственных систем промышленных предприятий.
Принципиальный вклад в развитие исследований в области построения математических моделей функционирования и управления производством включает следующие научные результаты, полученные автором:
I. Разработана структура интегрированной модели системы функционирования и управления производством с единой системой
- 5 -переменных состояния: система операций преобразования переменных при решении комплекса задач управления производством;комплекс критериальных оценок, обеспечивающих связанное решение задач управления производством на макро (мекцеховом) и локальном (внутрицеховом) уровнях управления.
-
Поставлены и решены задачи управления на межцехов.ш уровне в классе пространствзнно-временных распределенных моделей с детерминированными и случайными возмущениями, обеспечивающие синтез управления, гарантирующего выполнение заданного плана в установленный срок.
-
Поставлены и решены задачи управления распределением производственных потоков на стадиях запуска и сборки изделий в рамках интегрированной модели управления производством, гарантирующие заданные характеристики выходных потоков при минимуме запасов деталей на складах. Разработаны системы моделей рационачьного распределения ресурсов в структурном подразделении с целью выполнения сменно-суточного задания, обеспечивающие компромисс между требованиями макроуправления по выпуску изделий предприятием в целом и целями локального управления цехом-участком с учетом интересов последнего.
-
Разработана методика создания интегрированной структуры базы данных управления предприятием, представляющей информационную модель системы переменных, отражающих состояние производства. Структура базы данных реализована в виде связанной маршрутно-технологической сети и древовидного комплекса организационного управления.
Практическая значимость работы состоит в разработке математических моделей и алгоритмов управления в рамках интегрированной постановки, обеспечивающих эффективное управление производством и гарантирующее выполнение предприятием плана по выпуску изделий.
Разработанные модели и алгоритмы получены на основе вскрытия закономерностей материального баланса массы материалов и деталей, находящихся в движении на технологических маршрутах, что позволило обнаружить ряд эффектов, пренебрежение которыми может приводить к негативным явлениям в производственной практике.
Некоторые явления отрицательного характера, имеющие место
в современном производстве, могут быть объяснены с позиций построенной в работе теории.
Предложенные в работе решения по созданию интегрированной структуры информационного обеспечения управления производством позволяют средствами современных СУБД создать компактные, удобные и достаточно динамичные в условиях диалоговых режимов работы комплексы информационного обеспечения задач управления производством.
Внедрение результатов. Разработанные модели управления и репения по структуре информационного обеспечения применены при выполнении хоздоговорных научно-исследовательских работ, выполненных на кафедре автоматизированных систем управления Пермского политехнического института. Алгоритмы оперативного управления ходом производства и технические решения по рациональной структуре базы данных внедрены на Производственном объединении Моторостроитель Сг. Пермь), заводе Камкабель, НИЙУИС г.Пермь в ходе выполнения хоздоговорных тем 77/122, Ы/25-2, Ы/44-5, сб/19-ІЗ в течение 10, II и 12 пятилеток.
Суммарный экономический эффект по выполненным работа;.! составляет около 400 тысяч рублей.
Апробация работы. По результатам диссертационной работы автором опубликовано 36 печатных работ, в т.ч. более 10 в центральных изданиях, получено 3 авторских свидетельства.
Автором читается курс проектирования АСУ для специальности "Автоматизированные системы обработки информации и управления (22.02)", в котором используются материалы диссертации. По материала;.! диссертации выполнены 4 методические разработки, которые такде используются при подготовке специалистов в области автоматизированных систем управления.
Основные результаты диссертационной работы докладывались автором на:
Всесоюзной научно-технической конференции "Тренажеры в формировании профессиональных навыков при подготовке специалистов (г. Пермь, І9&2);
Всесоюзной школе-семинаре "Управление распределенными системами с подвижным воздействием" (АН СССР, ИПУ, КПИ, Куйбышев, І9ВЗ);
Всесоюзной научно-технической конференции "Применение
era. і г.-.т-:еских методов в управлении производство;,;" (ВС НТО, ПТУ г. Пермь, 19Ь4);
*- семинаре "Управление при наличии расплывчатых категорий" (ЦП НТО РХ им. А.С.Попова, I9c2,I9L3, г. Пермь);
республиканской НТК "Автоматизированное управление в слоимых системах", (г. Уфа, I9L5);
всесоюзной НТК "Проблемы ч перспективы автоматизации производства и управления на предприятиях приборос -роения и машиностроения" (г. Пермь, 19Ь7, НПО "Парма");
всесоюзной конференции "Электроника и информатика в гибких автоматизированных производствах (ГАП),(АН СССР, ГКНТ
г. Пермь, 19с7);
- 1-й региональной НТК "Г.етоды и средства создания САПР
и экспертных систем" (Союз НИЗ СССР, комитет по проблемам уп
равления ОС НПО, НПО "Парма", г. Пермь, I9t9).
Объем и структура работы.Диссертация состоит из введения, 7 разделов и приложений. Список литературы включает 249 наименований, в том числе работы автора. Основна.» часть работы изложена на 2L9 машинописных страницах. Работа содержит 31 рисунок и 3 таблицы.
