Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1: Модели конкурентоспособности в научной литературе 11
1.1 Феноменологические и математические модели конкуренто-способности у различных авторов, их обсуждение и критика 11
1.2 Модель А.И. Левина и Е.В. Судова - достоинства и недостатки 27
1.3 Выводы по главе: формулирование целей и задач исследования 36
ГЛАВА 2: Разработка и развитие математической модели управления конкурентоспособностью 39
2.1 Категория конкурентоспособности как объект управления 39
2.2 Разработка собственной модели конкурентоспособности (развитие и совершенствование модели А.И. Левина —Е.В. Судова) 46
2.3 Матрица конкурентоспособности — основной инструмент объективного анализа 53
2.4 Прогнозирование конкурентоспособности новых образцов техники 56
2.5 Модель динамики конкурентоспособности 59
2.6 Основные технологии управления, влияющие на конкурентоспо собность 66
2.7 Выводы по главе 2 81
ГЛАВА 3: Модели и методы автоматизированного управления основными процессами, влияющими на конкурентоспособность
3.1 Модель автоматизированной системы управления качеством 85
3.2 Модель управления конфигурацией машиностроительного изделия
3.2.1 Контексты управления конфигурацией 96
3.2.2 Информационные аспекты управления конфигурацией 101
3.2.3 Модель процесса управления конфигурацией ПО
3.3 Модели управления процессами послепродажного сопровождения машиностроительного изделия 124
3.3.1 Модель для планирования периодичности работ по техническому обслуживанию 126
3.3.2 Модель для планирования материально-технического обеспечения процессов эксплуатации и технического обслуживания изделий 138
3.3.3 Освязи предлагаемых моделей 147
3.4 Показатель пригодности к поддержке — частный случай показателя конкурентоспособности 149
3.5 Выводы по главе 3 158
ГЛАВА 4: Практические приложения методов и моделей 160
4.1 Составление и анализ матрицы конкурентоспособности легковых автомобилей (по данным рынка) 160
4.2 Алгоритм автоматизированного расчета периодичности планово-профилактических контрольно-восстановительных работ 167
4.3 Алгоритм автоматизированного расчета потребности в запасных частях 173
4.4 Пример управления конфигурацией сложного изделия
4.5 Выводы по главе 4 199
Основные результаты и выводы по работе 202
Список использованной литературы
- Модель А.И. Левина и Е.В. Судова - достоинства и недостатки
- Прогнозирование конкурентоспособности новых образцов техники
- Модель управления конфигурацией машиностроительного изделия
- Алгоритм автоматизированного расчета периодичности планово-профилактических контрольно-восстановительных работ
Введение к работе
Актуальность работы. Конкурентоспособность - один из важнейших вызовов XXI века. В последние годы в выступлениях президента РФ Д.А. Медведева, премьер-министра В.В. Путина, других официальных лиц все чаще звучит настоятельное требование перехода от экономики, основанной на добыче и экспорте полезных ископаемых (в первую очередь - нефти и газа), к инновационной экономике. На практике это означает жизненную необходимость опережающего развития наукоемких отраслей промышленности, в первую очередь, машиностроения и приборостроения (авиационная промышленность, судостроение, энергетическое и транспортное машиностроение, производство средств производства, производство средств связи и телекоммуникаций, вычислительной техники и т.д.).
Общая проблема конкурентоспособности продукции российского машиностроения сводится к двум более частным, но тесно взаимосвязанным проблемам:
к обеспечению качества этой продукции, превосходящего качество продукции потенциальных конкурентов;
к снижению стоимости жизненного цикла изделий.
Настоящая диссертационная работа посвящена исследованию методов и моделей количественной оценки конкурентоспособности как технико-экономической категории, анализу технологий автоматизированного управления некоторыми бизнес-процессами, которые, по мнению автора, оказывают существенное влияние на формирование показателя конкурентоспособности, разработке и апробации предлагаемых решений.
Из вышеизложенного следует, что в свете современных тенденций развития российского машиностроения тема диссертации является актуальной.
Цель диссертационной работы - создание методического аппарата и комплекса математических моделей, призванного обеспечить возможность автоматизированного управления процессами формирования конкурентоспособности изделий машиностроения (преимущественно сложных и наукоемких) с учетом динамики процесса, технических и экономических аспектов, его определяющих.
Методы исследования. В работе использованы методы и основные положения теории автоматического управления, исследования операций, теории вероятностей и математической статистики, линейной алгебры (теория матриц), теории графов, вычислительной математики, компьютерного имитационного моделирования и программирования. Для выполнения ряда расчетов использована современная компьютерная среда Mathcad.
Научная новизна работы
Разработана математическая модель конкурентоспособности, предназначенная для оценки интегрального параметра - показателя конкурентоспособности (ПКС), отличающаяся введением зависимостей показателя качества Q и показателя затрат L в ходе жизненного цикла (ЖЦ) изделия от расходуемых ресурсов R. Предложена математическая модель показателя поддерживаемое, как частного случая ПКС, которая позволяет сравнивать эти показатели как для различных изделий, относящихся к одному классу, так и для одного и того же изделия при различных способах организации системы послепродажного сопровождения.
Предложен эффективный инструмент объективного анализа - матрица конкурентоспособности, которая может быть построена для нескольких сравниваемых между собой изделий по описанной в работе оригинальной методике.
Методика оценки динамики ПКС дополнена приближенной оценкой потребных ресурсов, введено понятие эффективности использования ресурсов. Выявлено, что потенциально достижимый (прогнозируемый) ПКС следует определять с учетом относительного объема располагаемых ресурсов и оптимального значения относительного расхода ресурсов.
Разработан оригинальный комплекс частных математических моделей, включающий модель, которая позволяет оценивать рациональную длительность периодов между планово-профилактическими работами, а также модель для планирования материально-технического
обеспечения (МТО) процессов эксплуатации, технического обслуживания и ремонта (ТОиР
машиностроительного изделия.
Практическая значимость работы определяется:
1. результатами анализа конкурентоспособности автомобилей, которые свидетельствуют о ton
что предложенная математическая модель конкурентоспособности может быть успешно и
пользована на практике:
2. возможностью автоматизации процесса построения матрицы конкурентоспособности
оценки ПКС с помощью стандартных инструментов Microsoft Office;
2. установлением ряда закономерностей процесса управления запасами на имитационной м дели, позволившей, в частности, выявить зависимости уровня риска от объема запасов и заві симость относительной стоимости запчастей (размеров инвестиций) от уровня риска.
Реализация результатов работы. Разработанные методики, результаты работы и пр граммное обеспечение используются в научной работе кафедры технологии машиностроени металлорежущих станков и инструментов РУДН при выполнении магистерских диссертаций, учебном процессе в курсах «Управление качеством продукции», «Квалиметрия и управлени качеством», в научно-исследовательской работе студентов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обе ждены на XI международной научно-практической конференции XXXIV (2008 г.) и XXX (2009 г.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава инж нерного факультета «Современные инженерные технологии»; на заседаниях кафедры технол гии машиностроения, металлорежущих станков и инструментов Российского университ дружбы народов.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 6 печатных работах, том числе 3работы опубликованы в изданиях,рекомендованных перечнем ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четь рех глав, основных выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изл жена на 207 страницах машинописного текста, содержит 58 рисунков, 8 таблиц, 137 форму списка использованных источников из 60 наименования, 3 приложений. Общий объём работ 244 страниц.
Модель А.И. Левина и Е.В. Судова - достоинства и недостатки
Далее сообщается следующее: «Не всякий товар полностью удовлетворяет возникшие потребности; чаще всего приходится сталкиваться с тем, что товар лишь в некоторой степени удовлетворяет потребности потребителя. Товар, который полностью их удовлетворяет, можно назвать идеальным. Обозначим потребительские свойства идеального товара через Пи. Тогда для каждого товара можно определить, насколько он далек от идеала: А = Пи - П (1.2)
«Легко убедиться в том, что чем ближе разность (1.2) к нулю, тем ближе товар к идеальному, а значит, тем большую цену потребитель готов заплатить за него. Очевидно также, что чем дальше товар от идеала, чем меньшими потребительскими свойствами он обладает, чем выше значение разности (1.2), тем ниже цена, за которую потребитель готов приобрести данный товар. Аналогично и производитель несет большие издержки, чем выше потребительские свойства товара, которые он производит. Поэтому указанная взаимосвязь является универсальной для товара, выступающего на рынке».
В этой несколько чрезмерной по объему цитате содержатся, по крайней мере, два принципиально неверных высказывания: - О готовности потребителя платить большую цену за некую близость товара к «идеальному», поскольку эта «готовность» определяется платежеспособностью потребителя, а «близость к идеалу» никак не метризована (это же относится и к обратному утверждению); - ниоткуда не следует, что «производитель несет большие издержки, чем выше потребительские свойства товара, которые он производит», поскольку высокие потребительские свойства могут быть следствием применения инновационных технологий, которые могут обеспечить меньшие издержки и, следовательно, меньшую себестоимость товара.
С учетом высказанных замечаний весьма сомнительными выглядят и дальнейшие построения авторов на базе представления (1.1). Так, например, предлагается всю совокупность товаров, предложенных на рынок разными производителями, удовлетворяющих одну и ту же потребность (или совокупность одинаковых потребностей) в различной степени и по разной цене, называть потребительской товарной линией и описывать зависимость между потребительскими свойствами и ценой комплексным числом: К = (Пи-П) + іЦ (1.3) для которого должно выдерживаться условие: (Пи - П)2 + Ц2= К2 = const. (1.4) Справедливость этого условия, вообще говоря, ниоткуда не следует, в связи с чем последующие рассуждения и выкладки выглядят вполне схоластическими. Понимая это обстоятельство, авторы усложняют свою модель, вводя в качестве одного из возможных вариантов выражение: К = аІп(Пи-П) + і(Ц + ЬЦ2 +с) а5) Далее предлагается «вид каждого комплексного числа и коэффициенты моделей находить с помощью методов регрессионно-корреляционного анализа», т.е., по сути, эмпирическим путем. Здесь также следует заметить, что в прикладной математике и математической статистике такого вида анализа попросту не существует (существуют отдельно регрессионный и отдельно - корреляционный анализ!).
Учитывая крайнюю неубедительность исходных предпосылок, можно предположить, что и дальнейшие построения авторов, основанные на этих предпосылках, столь же неубедительны. Итоговый вывод — модели, предлагаемые в [56], не могут быть положены в основу дальнейших исследований.
В работе [58] для определения конкурентоспособности предлагается использовать три метода и, соответственно, три модели:
1. Определение конкурентоспособности продукции методом расчета единичных и групповых показателей.
В основе данного метода лежит расчет единичных и групповых показателей, на базе которых определяется интегральный показатель конкурентоспособности. Метод рассмотрен достаточно подробно и не вызывает принципиальных возражений. Похожий метод используется в модели, описанной в разделе 1.2.
Прогнозирование конкурентоспособности новых образцов техники
Описанная в разделе 1.2 модель конкурентоспособности основана на общепринятой оценке конкурентоспособности по критерию «цена — качество», а предлагаемые ее авторами математические построения отличаются простотой, ясностью и технико-экономической обоснованностью. Поэтому именно эта модель принята за основу дальнейших исследований.
Как показал изложенный в упомянутом разделе анализ этой модели, одним из основных ее недостатков является условное постоянство параметров качества и стоимости ЖЦ, что препятствует ее использованию при исследовании возможностей управления конкурентоспособностью. Ниже сделана попытка усовершенствовать модель, избавив ее от указанного недостатка.
Предположим, что некоторый образец изделия машиностроения обладает показателем качества Qo, рассчитанным по формулам (1.9 - 1.13) раздела 1.2. Предположим, далее, что предприятие, выпускающее указанный образец, намерено повысить его качество, затратив на это некоторые ресурсы (в общем случае - финансовые средства как универсальный эквивалент физически разнообразных ресурсов). В этих предположениях можно записать: Q(R) = Qo(Ro) + AQ(R) (2.1) где: R0 - объем ресурсов, израсходованных для обеспечения показателя качества Q0; AQ(R) - приращение качества, обусловленное расходом ресурсові?. Относительно функции AQ(R) предположим, что она является монотонно возрастающей (по крайней мере, в некотором интервале [0, Ri\). Кроме того, из практических соображений можно утверждать, что при увеличении расхода ресурсов эта функция стремится к «насыщению», т.е. существует такое значение RH, начиная с которого рост функции AQ(R) является незначительным или вовсе отсутствует. Очевидно, что увеличение расхода ресурсов свыше величины RH экономически и технически нецелесообразно.
Установление точного вида функции AQ(R) является предметом самостоятельного исследования, выходящего за рамки данной работы. Здесь же, исходя из высказанных выше утверждений, можно предположить, что эта функция имеет, например, следующий вид: AQ(R )=Q1(l-e R ) (2.2) где: Qi— предполагаемая величина приращения показателя качества; к - коэффициент, определяющий «крутизну» нарастания величины Q(R). Исходя из свойств функции (2.2) можно утверждать, что величина RH «(4...5)4-. к Подставляя (2.2) в (2.1), получим: Q(R)=Qo+Qid-e R ) (2.3) Далее естественно предположить, что величина стоимости ЖЦ будет возрастать по мере увеличения расхода ресурсов, по крайней мере, за счет роста себестоимости и, как следствие, цены изделия, т.е.: L(R) = L0(l + X -) (24) где к 1 - коэффициент, зависящий от доли стоимости создания изделия в общей стоимости ЖЦ (см. формулу (1.8)). Теперь, пользуясь формулами (1.15) раздела 1.2, определим относительные показатели качества q(R) и стоимости ЖЦ ЦК) вновь разрабатываемого изделия по сравнению со «старым»: (Л) = ес Г - - Чг- сад где 6 =(Q!/Q0). IW = = г (2-6) 0(1 + Л—) 1 + Л — Вводя обозначение р =—, из (2.5) и (2.6) получим: g(p S)=i+s[i-Lp(-kP)] 2л /(/M)=TTV (2 8) Подставив (2.7) и (2.8) в формулу (1.16) и выполнив элементарные преобразования, получим значение показателя конкурентоспособности нового изделия по сравнению со старым: (2.9) KC(P,x,s,k)=I+s[l exp( kp)] 1 + Яр Даже поверхностный анализ выражения (2.9) показывает, что величина КС(руХуд,к) при определенных сочетаниях параметров Х,д,к может иметь экстремум (максимум) по аргументу/) в интервале 0 р рн .
Об этом свидетельствует график на рис. 2.3, построенный при различных значениях параметров к,Х,дв среде MathCad [38]. КС(р) 1 ___ 4 5 /Л/ 1/ I КС1(р) КС2(р ) 2 % І - КСЗ (р ) і і ііі — !і КС4(р) — 0.5 0 0.5 1 1.5 о 2 2.5 Рис. 2.3 График функции (2.9) при различных значениях параметров к, X, 3:1- к =1,0, X = 0,5, д = 2,0; 2- = 0,5,;і = 0,5, д = 2,0; 3 - = 0,5, Л = 0,5, д = 1,0; 4 - к = 0,5, X = 0,5, д = 3,0; 5 -к =1,0, X = 0,5, 5 = 3,0. Чтобы найти значение р, доставляющее максимум выражению (2.9), продифференцируем его частным образом по р и приравняем производную нулю: дКС(р,Х,8) _ ехр(-кр) л 1 + d[l - ехр(-кр)} = др 1 + Лр (1 + Лр/ (2.10) К сожалению, точное аналитическое решение уравнения (2.10) не представляется возможным, а приближенное решение, получаемое при разложении экспоненты в степенной ряд, при двух членах разложения дает слишком грубые результаты, а при трех - чересчур громоздкую формулу, не пригодную для практических расчетов. Поэтому рациональным представляется численное решение этого уравнения, например, с помощью функции Root системы MathCad.
В табл. 2.1 приведены примеры таких численных решений, показывающих значения величины р, обращающие в 0 выражение (2.10) и, соответственно, доставляющие максимум выражению (2.9), а также значения величины max[KC(pJ.,S,k)].
Модель управления конфигурацией машиностроительного изделия
Далее мы дадим краткое описание некоторых из этих технологий, на основе которых в главе 3 будут представлены соответствующие модели.
Управление конфигурацией (УК - Configuration Management) -управленческая технология, связанная с разработкой, выпуском и поддержкой ЖЦ сложных изделий, производимых во многих вариантах, в том числе — по конкретным требованиям заказчика. Эта технология, являющаяся частью СМК, призвана решать противоречивые по своей сути задачи: с одной стороны, обеспечивать максимальное удовлетворение требований заказчика к изделию в течение всего ЖЦ, а с другой — обеспечивать максимально возможный в этих условиях уровень унификации компонентов выпускаемых изделий. В российской промышленности этой технологии до недавнего времени не уделялось должного внимания, в то время как в промышленно развитых странах ей посвящены многочисленные нормативные документы [см., например,49,50].
Стартовой точкой для УК является установление, согласование между заказчиком и поставщиком и формализация контрактных требований, из которых ясно следуют обязательства поставщика. Важным результатом УК является тот факт, что потребителю поставляется не только само изделие, но и документированные доказательства того, что изделие и все его компоненты соответствуют заданным требованиям. Это, с одной стороны, служит основой гарантии качества, а с другой - защищает поставщика от необоснованных претензий. Технология УК обеспечивает целостность и документирование всех данных об изделии, «прослеживаемость» (tracebility) всех шагов, связанных с внесением изменений в структуру, состав и конструкции отдельных компонентов изделия. Это позволяет в любой момент воспроизвести процесс изготовления экземпляра изделия с гарантией получения его требуемых характеристик.
Согласно определению, приведенному в [44], конфигурация (configuration) - совокупность функциональных, эксплуатационных и физических атрибутов (характеристик) изделия.
Конфигурация представляется древовидной (иерархической) структурой, элементами которой являются объекты управления конфигурацией (в дальнейшем, для краткости — объекты конфигурации (configuration items)). Каждый объект конфигурации (ОК) представляет собой изделие или его часть, осуществляющую в этом изделии какую-либо функцию.
Конфигурация в целом (и составляющие ее ОК) могут быть соответствующим образом документированы и утверждены.
Документация, позволяющая определить и идентифицировать функциональные, физические и эксплуатационные характеристики изделия, называется документацией конфигурации (configuration documentation). В качестве документации конфигурации (ДК) принято рассматривать технические требования (условия), чертежи изделия или электронные данные аналогичного назначения.
Утвержденную в установленном порядке документацию конфигурации принято называть базовой конфигурацией (baseline). Существует несколько видов базовых конфигураций (БК).
На стадии технического задания и технического предложения формируется функциональная ДК, описывающая требования потребителя (заказчика) к функциональности изделия, его эксплуатационным свойствам, возможностям взаимодействия с внешней средой, а также проверки, необходимые для демонстрации выполнения этих требований. Утвержденный комплект ДК называется функциональной базовой конфигурацией (ФБК).
В ходе и по завершении разработки проекта создается проектная ДК. Утвержденный комплект ДК называется проектной базовой конфигурацией (ПБК). ПБК, помимо чертежей и иных документов, должна содержать сведения, подтверждающие выполнение требований к изделию и его компонентам на стадии проектирования (результаты расчетов, математического и/или натурного моделирования и т.п.).
Алгоритм автоматизированного расчета периодичности планово-профилактических контрольно-восстановительных работ
В дополнение к определениям, уже введенным в разделе 2.6, здесь мы рассмотрим еще насколько важных понятий.
Структура: полное множество компонентов (объектов конфигурации -ОК), входящих в состав изделия (или его выделяемой части), и связывающих их отношений. Любая структура может быть представлена графом, вершины которого соответствуют компонентам, а ребра - отношениям. В контексте данной работы под отношениями подразумеваются отношения принадлежности (входимости) ( «изделие А входит в состав изделия В» -прямое отношение, «изделие В состоит из изделий А» - обратное отношение).
Свойство: качественный или количественный признак, по которому изделие или любой его компонент (ОК) можно отличить от другого изделия (ОК).
К числу качественных свойств (признаков) относятся форма, цвет, материал, химический состав, перечень компонентов, описание поведения и.т.д. К количественным свойствам относятся геометрические размеры, масса, допустимая нагрузка, мощность, рабочая температура, уровень вибрации и т.д. Количественные свойства могут быть измерены, выражены численно в принятых единицах измерения и обычно именуются характеристиками. Любое требование, предъявляемое к изделию (ОК), является желаемым свойством. Такое определение позволяет сопоставлять требования с фактическими свойствами изделия (ОК) и устанавливать различия между ними (отклонения от требований).
Содержание понятий конфигурации и управления конфигурацией (УК) приобретают некоторые особенности в зависимости от того, в каком контексте они применяются. Рассмотрим некоторые из этих контекстов.
Потребительский контекст. Главная задача заказчиков сложных технических систем - формулирование и отслеживание требований, которые обязан выполнить поставщик. В этом контексте УК выглядит как многоступенчатый процесс формирования и анализа многообразных требований к свойствам и структуре изделия, а также многократное подтверждение того, что эти требования выполняются на разных стадиях ЖЦ изделия. На начальных стадиях этого процесса формируется и анализируется укрупненная информационная модель (ИМ), отображающая структуру изделия и входящие в нее основные ОК - функциональные узлы изделия (например, для металлорежущего станка - станина (несущая система), привод главного движения, приводы подач, система ЧПУ и т.п.). Задача УК в контексте требований заказчика состоит в следующем: - в «декомпозиции» общих требований к изделию таким образом, чтобы выделить из них группы, которые можно однозначно сопоставить конкретным ОК; эти группы включаются в состав ИМ в форме желаемых свойств; - в формировании ИМ функциональной структуры изделия, состоящей из выделенных ОК, оформлении и утверждении соответствующей БК (создании функциональной БК6); - в сопоставлении требований к ОК, входящих в функциональную БК, со свойствами конкретных технических решений, реализующих ОК, в т.ч. посредством расчетных методов и моделирования; - в выявлении отклонений и принятии решений о внесении изменений в конструкцию технических решений с целью обеспечения совпадения заданных требований и получаемых характеристик; - в проверке эффективности принятых решений с точки зрения требований, установленных в БК; - в проверке правильности построения ИМ, относящейся к принятым изменениям.
Для выполнения перечисленных действий заказчик и поставщик (разработчик) назначают уполномоченных лиц — менеджеров по конфигурации.
После реализации и соответствующего документирования изменений процесс оценки свойств и характеристик повторяется, равно как может повторяться и весь описанный цикл. В результате, при необходимости, первоначальная функциональная БК может быть скорректирована и заменена новой функциональной БК.
