Введение к работе
Актуальность работы. В современных рыночных условиях при управлении производственными предприятиями на первый план выходит снижение себестоимости продукции с одновременным сохранением и повышением ее качества. Одним из ключевых вопросов, напрямую влияющих на обеспечение снижения затрат в машиностроении, является организация управления материальными ресурсами . Основой этих процессов является выработка управленческих решений лицом или группой лиц, принимающих их (ЛПР). Зачастую критериями, на основе которых ЛПР вырабатывает управленческое решение (УР), являются: уровень затрат (материальные, трудовые затраты и т.п.), которые возникают в процессе производства и могут быть сокращены; сроки выполнения процесса производства (будет ли выполнен план в срок). Однако машиностроительной отрасли (в частности, авиастроению) присущи некоторые особенности: сложность структуры конечного изделия (состав изделия, представленный в виде древовидной иерархической структуры, достигает несколько десятков уровней вложения); многономенклатурность используемых материальных ресурсов (количество наименований стандартных деталей достигает несколько десятков тысяч); огромное количество дискретных технологических процессов, состоящих из еще большего количества технологических операций с разной их протяженностью во времени; параллелизм технологических процессов.
Эти особенности делают процесс принятия решения затруднительным, а иногда и невозможным без дополнительной информационной поддержки. Такую поддержку способны обеспечить автоматизированные системы имитационного моделирования, которые позволяют проигрывать различные сценарии развития процесса и выявлять наилучший из них. Основу подобных средств составляют дискретно-событийные модели. В качестве теоретического базиса в таких моделях могут быть применены: теория автоматов; сети и системы массового обслуживания; системы временной логики; методы структурно-функционального анализа бизнес-процессов и др. Несмотря на достаточную проработку указанных выше методов построенные на их основе средства информационной поддержки не получили широкого распространения в управлении движением материальных ресурсов машиностроительного производства (и авиационной отрасли в частности). Среди основных причин данного факта можно выделить: сложность для понимания моделей лицами, незнакомыми с теоретическими основами методологии, отсутствие наглядного способа представления моделируемого процесса, невозможность представления четких количественных критериев для выработки УР, отсутствие проработанных технологий реализации модели в рамках автоматизированной системы управления предприятием (АСУП).
Имеются ввиду не только непосредственные материалы и сырье, но и объекты незавершенного производства, например: детали, сборки и пр., движение которых также играет немаловажную роль в дискретном производстве.
На сегодняшний день достаточно хорошо проработана теория сетей Петри (СП). Данный математический аппарат позволяет проводить формальный анализ (классические сети Петри) и процедуру имитационного моделирования (расширенные сети Петри). Графическое представление сети и возможность разметки графа естественным образом представляют движение ресурсов в процессе производства. Переходы СП позволяют смоделировать технологический процесс или технологическую операцию. Такое представление производства могло бы решить ряд вышеназванных проблем. Систематическое изучение свойств СП началось на рубеже 60-х и 70-х гг. и продолжается до сих пор. Среди авторов, в разное время занимавшихся исследованиями в области СП, можно отметить Н. А. Анисимова, О. Л. Бандман, И. Б. Вирбицкайте, В. Е. Котова, И. А. Ломазову, В. А. Соколова, Л. А. Черкасову, Дж. Питерсона, К. Йенсена, Л. Кристенсена и многих других. Предложенный теоретический инструментарий на практике получил широкое распространение в области моделирования и верификации протоколов связи, а также в моделировании алгоритмов параллельного программирования, но в силу ряда ограничений (например, отсутствие в моделях четких количественных критериев оценки процесса) не используется при построении систем имитационного моделирования производства и при создании модулей АСУП.
В этих условиях несомненна актуальность развития средств имитационного моделирования дискретного производства и методов реализации на их основе модулей АСУП, обеспечивающих поддержку принятия решений (ППР) при управлении.
Целью исследования является создание высокоуровневого интуитивно понятного средства анализа систем управления производственными материальными ресурсами, позволяющего учесть объективные количественные факторы при управлении дискретным производством, а также разработка методики их применения при создании АСУП.
Задачи исследования:
разработка методики построения имитационных моделей процессов движения материальных ресурсов, способной обеспечить учет количественных критериев для поддержки принятия решений при управлении дискретным производством с учетом объективных количественных факторов;
проверка применимости методики моделирования в процессе создания математической модели реального производственного процесса;
разработка и реализация в виде готовой программы алгоритмов, позволяющих автоматизировать процессы построения математических моделей для их применения в оперативном управлении и диспетчеризации производства.
Объект исследования - процессы движения материальных ресурсов дискретного машиностроительного производства. Предмет исследования -методы имитационного моделирования и анализа процессов движения материальных ресурсов дискретного машиностроительного производства, обеспечивающие информационную поддержку при оперативном управлении и диспетчеризации.
Методы и методики исследования базируются на применении:
системного анализа (структурно-функциональный анализ бизнес-процессов предприятия, имитационное моделирование систем и др.);
математического аппарата расширенных СП;
средств проектирования и разработки реляционных баз данных для АСУП;
инструментов разработки модулей АСУП (средства разработки программного обеспечения).
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты, выносимые на защиту:
-
Расширена область применения математического аппарата Цветных сетей Петри (ЦСП), за счет использования не натуральной, а вещественной кратности элементов мультимножества, прикрепленного к маркеру ЦСП. Использование вещественной кратности позволяет формализовать наличный запас любого материального ресурса.
-
Предложена новая методика подсчета стоимости производственного процесса, основанная на введении в структуру ЦСП дополнительных элементов: конечного множества компонент себестоимости М, определяющего статьи расхода; функции D:T —»М, назначающей количество и структуру затрачиваемых ресурсов каждому из переходов сети.
-
Разработана новая математическая модель процесса дискретного производства, основанная на применении ЦСП, в которой: для отображения наличного запаса используются мультимножества с вещественной кратностью элементов; для введения стоимостного критерия оценки процесса производства используются дополнительные элементы ЦСП: множество Ми функция D.
-
Разработан алгоритм автоматического построения структуры СП на основе данных о составе изготавливаемого изделия и технологии производства. Данный алгоритм позволяет автоматизировать процесс создания имитационной модели производственного процесса.
На защиту выносятся следующие положения, полученные в рамках исследования:
-
Использование вещественной кратности элементов мультимножества позволяет распространить область применения мультимножеств на задачи, требующие формализации состояния материальных объектов (в частности производственных ресурсов).
-
Введение в структуру ЦСП конечного множества компонент себестоимости М и функции D:T —»М позволяет ввести стоимостные факторы в имитационную модель процесса дискретного производства для обеспечения объективных количественных показателей при управлении.
-
Математическая модель процесса дискретного производства, в основу которой положена ЦСП, в которой для отображения наличного запаса используются мультимножества с вещественной кратностью элементов и для введения стоимостного критерия оценки процесса производства используются дополнительные элементы ЦСП (множествоМи функция D), позволяет:
наглядно представить сложную иерархическую структуру процесса, при помощи декомпозиции отдельных блоков;
формализовать параллелизм;
представить состояние материальных ресурсов в заданный момент времени;
оценить объективные количественные, стоимостные и временные показатели процесса производства;
реализовать интерактивное средство поддержки принятия решений при управлении дискретным производством.
4. Алгоритм автоматизированного построения структуры СП на основе состава изделия и технологии производства позволяет значительно упростить процесс разработки имитационной модели и делает её доступной для использования при оперативном управлении производством и диспетчеризации.
Практическая ценность полученных результатов обуславливается возможностью их использования при построении модулей АСУП, предназначенных для поддержки принятия решений при планировании и оперативном управлении производственным предприятием.
Внедрение. Научные и практические результаты диссертационной работы были использованы при проектировании модуля АСУП, внедренного в филиале ОАО «Компания «Сухой» «КнААЗ им. Ю.А. Гагарина».
Апробация. Основные научные результаты работы обсуждались на следующих конференциях:
-
Десятая всероссийская научно-техническая конференция «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (ТиПВСИТ), г. Улан-Удэ, 2009 г.
-
Теория и практика механической и электрофизической обработки материалов, г. Комсомольск-на-Амуре, 2009 г.
-
Первая научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Исследования и перспективные разработки в машиностроении», ОАО «КНААПО», г. Комсомольск-на-Амуре, 2010 г.
-
Вторая научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Исследования и перспективные разработки в машиностроении», ОАО «КНААПО», г. Комсомольск-на-Амуре, 2012 г.
-
Итоговая региональная конференция по программе «УМНИК-2012», «Передовые идеи Дальнего Востока - XXI веку», г. Хабаровск, 15-16 ноября 2012 г.
-
Третья научно-практическая конференция «Молодежь. Проекты. Идеи» иркутский авиационный завод - Филиал ОАО «Корпорация «Иркут», г. Иркутск, 9-11 октября 2013 г.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка из 89 наименований и 4 приложений. Материал работы изложен на 121 страницах, содержит 26 иллюстраций и 58 таблиц.
