Введение к работе
1. Актуальность темы
По данным различных исследований на крупных машиностроительных предприятиях в запасах может быть заморожено до 50% оборотных средств. Для решения проблемы производственных запасов на Западе появились такие технологии как ERP, MRP (MRP II), SCM, ЛТ и другие, направленные на минимизацию запасов предприятия, на совершенствование систем поставок и учета движения материальных потоков. Основная цель при этом состоит в минимизации затрат, обусловленных необходимостью хранения товаров, расходных материалов, заготовок и готовой продукции на складах, организацию закупки, транспортировки и доставки указанных ресурсов с учетом колебаний потребительского спроса, сезонности и других факторов.
В то же время задача управления запасами для предприятий, эксплуатирующих технику, простой которой приводит к убыткам, измеряемым сотнями тысяч и миллионами рублей в единицу времени, или влечет за собой серьезные военно-политические последствия, в отечественной научно-технической литературе практически не освещается. На таких предприятиях имеет место управление многономенклатурными запасами узлов, агрегатов и изделий для восстанавливаемой (ремонтируемой) техники в распределенной (обычно иерархической) среде. Речь идет о сложных, дорогостоящих технических изделиях1, обладающей длительным жизненным циклом, характерными примерами которой являются многокоординатные и высокоточные обрабатывающие центры, элементы гибких производственных систем, магистральные пассажирские и транспортные самолеты, самолеты ВВС, простои которых обусловливают снижение обороноспособности государства, магистральные электровозы, танкеры и другие изделия.
Для таких предприятий основной целью содержания запасов является поддержание работоспособности эксплуатируемых КИ, поскольку от их бесперебойной работы (и от скорости восстановления при отказах) зависит конкурентоспособность предприятий и величина убытков в случае простоев. Требуемый коэффициент готовности КИ лежит в пределах от 80 до 99,99%.
Сложность изделий и особенности функционирования указанных предприятий требуют создания системы управления многономенклатурными распреде-ленными запасами ремонтируемых узлов (СУЗ). Такая СУЗ должна соблюдать оптимальный баланс между количеством и номенклатурой хранимых узлов в каждой точке расположения в распределенной структуре предприятия с учетом таких факторов, как:
1 В тексте в качестве синонима технического изделия используется термин конечное изделие (КИ).
2 В тексте вместо термина «запчасть» здесь и далее используется «узел», чтобы подчеркнуть ремонтиру-
емость не только самого изделия, но и его составных частей, и по возможности, избежать тавтологий (запасы -
запасные части).
наличие ремонтных возможностей;
количество КИ и интенсивность их использования;
удаленность от центрального обслуживающего подразделения;
стоимость изделий и время их ремонта.
Сложность задачи усугубляется стохастической природой отказов и восстановлений работоспособности изделий и их узлов, что предопределяет необходимость использования имитационного моделирования как основного средства исследования. Указанные требования существенно усложняют задачу управления запасами (УЗ) по сравнению с ее традиционной постановкой для «обычных» товаров и расходных материалов.
Все вышесказанное свидетельствует об актуальности темы диссертации. Объект исследования
Объектом исследования является система управления многономенклатурными распределенными запасами узлов и агрегатов для сложной ремонтируемой техники. Предмет исследования
Предметом исследования является изучение и оптимизация зависимости коэффициента готовности совокупности КИ от затрат, связанных с запасами, и оценка влияния случайных отказов техники на эту зависимость в рамках системы управления запасами. Цель и задачи работы
Целью диссертации является создание методики анализа и проектирования системы управления распределенными многономенклатурными запасами ремонтируемых узлов сложных изделий, обеспечивающей оптимизацию системы по критерию эффективности, объединяющему затраты и коэффициент готовности совокупности технических изделий, с применением имитационного моделирования.
Для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:
Проанализировать проблему УЗ и математические методы, используемые при создании и описании функционирования СУЗ.
Разработать и исследовать имитационные модели СУЗ, отражающие статистическую природу протекающих в ней процессов.
Разработать научные основы и методику оптимизации системы управления распределенными многономенклатурными запасами ремонтируемых узлов в статистической постановке.
Апробировать разработанную методику оптимизации СУЗ, включающую имитационную модель, алгоритм расчёта и программный модуль оптимизации.
Провести сравнение эффективности предложенной методики с известными подходами.
Методы исследования
В работе использованы методы и математический аппарат теории массового обслуживания, теории вероятностей и математической статистики. В качестве основного метода исследования используется имитационное моделирование в программной среде MATLAB. В частности, на внутреннем языке программы реализован оптимизационный алгоритм граничного анализа. Научная новизна
В работе получены следующие новые научные результаты, выносимые на защиту:
Обоснование системного подхода к управлению запасами и выбор алгоритма граничного анализа в качестве методической основы оптимизационной процедуры.
Построенные по блочно-модульному принципу имитационные модели одноуровневой и двухуровневой СУЗ, отражающие полный цикл работы СУЗ: потоки отказов узлов, процессы проведения ремонтных работ, маршрутизацию и доставку узлов, отслеживание наличия и дефицитов узлов на всех уровнях распределенной системы по всем типам узлов.
Методика анализа и оптимизации распределенных систем управления многономенклатурными запасами ремонтируемых узлов, которая выводит оптимальную зависимость КГ от затрат на запасы. Методика основана на программной реализации алгоритма граничного анализа и использовании имитационной модели в качестве вычислительного ядра программного модуля.
Достоверность результатов работы
Для оценки адекватности разработанных моделей было принято решение о сравнении результатов с другой моделью (METRIC), поскольку получить данные по реальному предприятию и провести на нем испытания в рамках данной исследовательской работы не представляется возможным, так как это требует серьезных капиталовложений и специальной организации деятельности предприятия, направленной на сбор и анализ данных. С другой стороны, из литературных источников известно, что компания RAND Corporation по заказу ВВС США проводила разработку и натурные испытания модели METRIC, длившиеся более года, с положительными итоговыми результатами.
Оценка адекватности разработанных моделей и достоверности результатов работы проведена путем сравнения данных имитационного моделирования тестовой СУЗ с опубликованными результатами, полученными с помощью модели METRIC. В среднем отклонение составляет около 5%. Практическая ценность
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика, включающая имитационные модели, алгоритм и программный модуль оптимизации СУЗ, являются основой для создания информационно-моделирующей системы управления запасами предприятия в составе системы
интеллектуальной поддержки принятия решений. На конкретном примере показано, что предложенный метод эффективнее известных подходов в отношении комплексного критерия, учитывающего снижение затрат на закупку запчастей и повышение коэффициента готовности парка КИ. Апробация работы
Результаты работы докладывались на конференции «Неделя горняка» в МГГУ (2010 г.), на аспирантских семинарах в ЭНИМС (2009, 2010 г.), на научно-практической конференции «Опыт и проблемы внедрения систем управления жизненным циклом изделий авиационной техники» (Ульяновск, 06-07.10.2010). Имитационная модель и методика оптимизации прошли апробацию на предприятии «Авиаприбор» (Москва, 16-24.05.2011). Публикации
Результаты диссертации опубликованы в 5 статьях, в том числе в трех статьях в журналах, рекомендованных ВАК. Структура работы
Работа состоит из оглавления, списка сокращений, введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 86 позиций, 2 приложений, 40 рисунков, 40 таблиц. Общий объем текста составляет 131 страницу машинописного текста.
