Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 . Анализ эволюции логистических систем и функций логистического управления 8
1.1. Основы логистического управления и эволюция логистических систем 9
1.2. Анализ базовых функций логистического управления 12
1.3. Показатели оценки эффективности логистической сети. Организация материалопотока на принципах логистического управления 36
1.4. Экономико-математические методы и модели оптимизации логистических сетей 43
Выводы по главе 1 46
Глава 2. Разработка оптимизационной модели логистической сети производственной организации 47
2.1. Характеристика и анализ системы производственного управления MRP II 48
2.2. Интерпретация управления в фазовом пространстве. Формализованная постановка задачи динамического программирования 55
2.3. Динамическая модель управления запасами. Алгоритм Вагнера-Уайтина 71
2.4. Моделирование оптимального маршрута транспортировки с наименьшими затратами 86
2.5. Метапрограммирование логистической сети поставок 90
Выводы по главе 2 94
Глава 3. Реализация модели сети управления запасами производственной организации 95
3.1. Анализ и классификация годового потребления материалов производственной организацией 96
3.2. Оптимизация затрат ведения запасов при помощи алгоритма Вагнера-Уайтина 103
3.3. Моделирование логистической сети поставок материалов производственной организации 110
Выводы по главе 3 119
Заключение 120
Список использованной литературы 121
Приложение. 127
- Анализ базовых функций логистического управления
- Показатели оценки эффективности логистической сети. Организация материалопотока на принципах логистического управления
- Интерпретация управления в фазовом пространстве. Формализованная постановка задачи динамического программирования
- Оптимизация затрат ведения запасов при помощи алгоритма Вагнера-Уайтина
Введение к работе
Актуальность проблемы. Модель реформирования и развития отечественной экономики должна учитывать условия и особенности современного этапа развития экономических систем, определять экономические процессы не только как комбинацию факторов производства, но и отображать полные затраты, возникающие в эколого-социально-экономической системе в результате взаимодействия потоков материи, энергии и информации. Подобные процессы оптимизации потоков материалов, финансов и информации являются предметом теоретической логистики.
Из литературных источников известно, что затраты на логистику в США составляют от 15 до 23% от ВВП, а в странах ЕС логистические затраты в среднем составляют 21% от величины добавленной стоимости, из них затраты на создание и ведение запасов — 9,2%, расходы на транспортировку - 8,6%, на логистическое администрирование - 3,2%.
Большая величина логистических издержек и их влияние на базовые экономические индикаторы сделали программу логистической оптимизации приоритетом повышения конкурентоспособности национальных экономик в странах с рыночной экономической системой.
Глобализация современных экономических процессов и жесткая конкурентная борьба для каждой коммерческой организации обязательно заканчивается соревнованием в области снижения затрат в целях минимизации цены для конечного потребителя продукции. В этом соревновании велика роль логистики, так как она позволяет создать конкурентные преимущества участникам экономической цепи за счет эффективной организации материального и информационного потоков.
В странах с развитой рыночной экономикой логистика стала инструментом бизнеса; логистический подход активно и успешно применяется в управлении ведущими корпорациями.
Базовая концепция логистики предполагает не только увеличение прибыли коммерческой организации, но и предложение спектра товаров и услуг, наиболее адекватного спросу при минимуме затрат. Это позволяет улучшить использование основных видов ресурсов, способствует снижению общих затрат, цены, и в итоге приводит к усилению конкурентных позиций организации на рынке.
Таким образом, логистика интегрируется в процесс разработки стратегии организации на качественно новом уровне. В результате объединения логистики, маркетинга и менеджмента происходит логистизация предпринимательства.
Проблемы организации логистического управления освещены в работах советских и российских ученых: Аникина Б.А., Афанасьева Н.В., Бережного В.И., Гаджинского A.M., Гордона М.П., Залмановой М.Е., Неруша Ю.М., Новикова О.А., Рыжова Ю.И., Сергеева В.И., Фасоляка Н.Д.
В условиях агрессивной и динамичной внешней среды применение принципов логистического управления становится необходимым условием успешного выживания как отдельных рыночных агентов, так и любой национальной экономики, что подтверждает актуальность выбора темы диссертационного исследования.
Цель исследования. Выявленная проблемная область исследования определила цели, заключающиеся в логистизации управления организацией на основе создания интегральной логистической системы и разработки математической модели, оптимизирующей функции ведения запасов и формирования оптимальной конфигурации сети поставок.
Задачи исследования. В соответствии с выбранной целью в работе поставлены и решены следующие задачи:
- проведен анализ особенностей современных логистических систем;
даны анализ и оценка методов и моделей теоретической логистики;
обоснован выбор экономико-математических методов и моделей для практического решения логистических ситуаций;
разработана динамическая модель оптимизации затрат ведения запасов;
разработана динамическая модель выбора оптимальной конфигурации логистической сети, минимизирующей общие затраты на логистику.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования является служба материально - технического обеспечения организации. Предметом исследования выступает логистическая деятельность производственной организации и повышение её эффективности.
Методологической основой исследования являются основные
положения экономической теории, теоретической логистики, модели и
методы исследования операций, системный подход к изучению и
моделированию экономических процессов.
Научная новизна диссертационного исследования состоит в следующем:
адаптирована для решения поставленных задач динамическая модель Вагнера - Уайтина «сглаживания» расписания поставок;
предложена модель выбора маршрута доставки в пространствах функции затрат и политик управления;
разработана концепция управления логистической системой организации на основе оптимизационной экономико-математической модели;
разработана модель, оптимизирующая основные функции логистики: управление запасами и управление транспортировкой;
- построена модель выбора оптимальной конфигурации сети поставок, минимизирующая логистические затраты.
Практическая значимость работы заключается в возможности применения её основных методических положений в логистическом менеджменте производственной организации. Разработанная модель позволяет минимизировать основные составляющие логистических затрат организации. Расчеты, проведенные с использованием реальных данных, подтвердили ее работоспособность и эффективность.
Апробация. Базовые положения диссертации были использованы при
разработке логистического модуля комплексной информационной
автоматизированной системы в ОАО «Всероссийский научно-
исследовательский и проектно-конструкторский институт
металлургического машиностроения им. академика А.И. Целикова».
Анализ базовых функций логистического управления
К базовым (основным) функциям логистического управления относят организацию системы сбора и обмена информацией, управление запасами, транспортировкой и складскими мощностями. Перечисленные виды логистической деятельности называются основными потому, что присутствуют в контуре управления любой конкретной функции логистического менеджмента, например, в управлении сбытом или управлении снабжением.
Реализованные системно эти функции составляют основу логистического управления. Рассмотрим более подробно перечисленные ранее базовые функции логистического менеджмента.
Первой из перечисленных ранее функций логистического управления является управление информационным обменом в логистической системе.
Роль информационных технологий в логистике трудно переоценить, так как: информационный обмен в режиме реального времени служит основой организации материалопотока; получение заказов непосредственно от потребителя через электронную систему обмена данными может обеспечить более быструю доставку с меньшими общими издержками даже при использовании медленных способов транспортировки; при отлаженном информационном обмене минимизируются величины страховых запасов, традиционного средства защиты от неопределенности спроса и неопределенности длительности цикла исполнения заказа; информационные потоки повышают динамичность логистической системы, а качество и скорость передачи логистической информации становятся ключевыми факторами эффективности логистической системы; информация о состоянии и динамике исполнения заказа оценивается потребителями как важная составляющая логистического сервиса.
Иерархию информационной системы логистики, представленную на рис 1.5, составляют четыре уровня информационного обеспечения: обслуживание заказов, оперативный контроль, анализ решений и стратегическое планирование.
Первый уровень управления образует подсистема исполнения заказов, которую отличают формализованный порядок деятельности и развитые межфункциональные взаимосвязи. Из-за большого объема обрабатываемой информации первостепенное значение в ней имеет производительность информационной системы.
Второй уровень информационной системы - уровень оперативного контроля служит инструментом установления обратной связи. Для данного уровня определена система показателей оценки, в которую входят: стоимостные показатели (транспортные или складские расходы в расчете на единицу груза), показатели уровня сервиса (норма насыщения спроса), показатели производительности (число отправок в единицу времени), оборачиваемость запасов. На уровне оперативного контроля определяются возможности возникновения исключительных ситуаций, требующих срочного вмешательства менеджмента фирмы.
Третий уровень иерархии связывает стратегические цели и тактические альтернативы. Объектом анализа могут служить маршруты и графики движения транспорта, управление запасами, размещение объектов инфраструктуры, издержки и выгоды различных конфигураций логистической сети.
К задачам третьего уровня информационной системы относятся: создание и поддержание баз данных, математическое моделирование, анализ и оценка альтернативных решений.
На данном уровне работы связанные с анализом и принимаемые решения плохо поддаются формализации, слабо структурированы, что требует высокопрофессионального управления. Эффективность работы информационной системы на данном уровне можно оценить по соотношению числа высоко - и низкорентабельных сделок.
Высший уровень информационной системы логистики предназначен для помощи в разработке логистической стратегии, которая определяет на длительную перспективу характер принимаемых решений предыдущего уровня.
В таблице 1.1 приведены характеристики уровней информационной системы логистики и ожидаемые результаты, причем порядок их расположения соответствует эволюционному развитию самой системы.
Внедрение информационных технологий в логистику началось с деятельности по обслуживанию сделок. Задача заключалась в снижении операционных издержек и расценок на предоставляемые услуги. При создании информационной системы требуется инвестировать большие средства в информационную поддержку оперативной деятельности и меньшие в развитие высших уровней системы.
При этом увеличение инвестиционных вложений не всегда приводит к снижению общих логистических издержек. Расходы на развитие низших уровней системы могут быть строго определены и дают стабильную отдачу, но не «высокорентабельны», а революция информационных технологий превратила электронное обслуживание сделок в рутинный стандарт базового обслуживания потребителей.
В настоящее время для выявления и выбора конкурентных альтернатив требуется развитие высших уровней информационных систем логистики, использование в них математических моделей, позволяющих количественно оценить эффективность размещения логистических мощностей, маршрутов транспортировки и управления запасами.
Как было показано на рис 1.1, материальный и информационный потоки в логистике взаимосвязаны на всем протяжении логистического канала. Информация отражает потребности всех участников логистической системы и объединяет функциональные области логистической деятельности. Каждая область логистики выдвигает специфические требования к размеру партии поставки, доступности заказов, скорости их исполнения. Задача информационного обмена заключается в том, чтобы разрешить и нивелировать внутренние противоречия между участниками канала товародвижения.
Показатели оценки эффективности логистической сети. Организация материалопотока на принципах логистического управления
Вместо традиционных отчетов о состоянии бизнес - процессов современная система оценки должна гибко реагировать на изменения внешней и внутренней среды организации, предупреждать о появлении потенциальных угроз и открывающихся благоприятных возможностей. В системе оценки эффективности логистической деятельности можно выделить два уровня управленческого контроля: 1. Оценка внутренних показателей отдельных участников логистического канала. 2. Система оценки деятельности логистической сети, предоставляющая интегральную картину функционирования логистического канала. Показатели оценки эффективности внутренних операций и процессов в логистике делятся на четыре группы: издержки логистики; показатели производительности; показатели качества обслуживания; показатели эффективности использования капитала. Величина издержек при проведении отдельных операций и их динамика позволяет оценить экономические результаты логистической деятельности. В таблице 1.6 приведена группировка логистических издержек по структурным элементам. Следующая категория внутренних оценочных показателей характеризует устойчивость данного логистического звена - отношение результатов «на выходе», объема оказанных услуг, к расходу ресурсов «на входе», затраченных для достижения этого результата. Для этого применяют различные показатели оценки производительности, например, число отгрузок или заказов на одного сотрудника. Третью группу образуют показатели оценки качества логистического обслуживания, определяющие способность организации удовлетворять запросы потребителей.
К основным оценочным показателям данной группы относятся: норма насыщения спроса; ошибки при отгрузке; недопоставки; длительность цикла исполнения заказа; своевременность доставки; количество претензий от потребителей; стоимость поврежденных материалов; число возвратов заказов; стоимость возвращенных товаров. Последняя группа показателей оценки логистической деятельности определяет эффективность использования капитала, в которую наряду со стандартными индикаторами, такими как оборачиваемость запасов, длительность одного оборота, рентабельность капитала, включаются и специальные показатели, например, затраты на содержание запасов и стоимость устаревших запасов. Перечисленные показатели оценки эффективности отдельного участника логистического канала не позволяют оценить интегрально работу всей цепи поставок и ее соответствие запросам потребителей. Кроме того, интегральная оценочная система необходима для стандартизации процедур и выработки общих эталонов оценки всех участников логистической сети. Схема оценки интегрированного логистического канала и сравнительного анализа организаций - участников, позволяющая наблюдать результаты в четырех оценочных категориях, представлена в таблице 1.8. Важным оценочным показателем является стандарт совершенного заказа, включающий следующие нормативы: поставка всех заказанных товарных позиций; поставка с отклонением ± Ідень от договорного срока; ведение всей документации по заказу; соблюдение всех условий поставки.
При кажущейся простоте выполнения перечисленных требований даже ведущие организации в логистике могут обеспечить уровень совершенного заказа лишь в 60% операций, большинству удается выполнить эти нормативы не более чем в 20 % договоров. Первая группа показателей может быть использована не только для оценки всего логистического процесса, но и для определения эффективности отдельных операций. Вторая группа показателей определяет гибкость логистической системы, скорость ее реакции на возникающие запросы потребителей. Главный показатель данной группы - длительность цикла исполнения заказа разбивается на несколько частных: время от поступления заказа до включения его в график отгрузки, срок подготовки к отправке, транзитное время, время приемки потребителем. Время реакции цепи поставок - это интервал между фиксацией начала изменения спроса, соответствующей корректировки оперативных планов и изменением объемов производства на 20%. Последним оценочным показателем в данной группе является число отклонений показателей объемно - календарного планирования более чем на 5%. Третья группа определяет итоговый показатель - общие издержки логистической сети, другим сравнительным показателем является удельная добавленная стоимость, рассчитанная как отношение добавленной стоимости к численности персонала или фонду заработной платы. Последняя группа показателей служит для определения эффективности использования активов, итоговым индикатором является объем реализации, поддерживаемый данной величиной активов. Система интегрированной оценки логистической сети должна вьывлять отклонения от запланированных результатов, давать возможность прогнозировать оперативные тенденции и поддерживать выбор корректирующих мер, что позволяет эффективно реагировать на любые изменения во внешней или внутренней среде.
Интерпретация управления в фазовом пространстве. Формализованная постановка задачи динамического программирования
Имеется управляемая система S, на состояние которой можно влиять, переводя ее из одного состояния в другое, и управление U (вся система мероприятий, все политики, влияющие на состояние системы). С изменением состояния системы связана некая выгода, или полезность, выражающаяся численно при помощи критерия W, который зависит от выбранного управления: Задача состоит в такой организации управления, чтобы критерий W обратился в максимум (или минимум), то есть, требуется найти такое оптимальное управление U , при котором: Где W - максимальное значение критерия W при всех возможных управлениях U. Для полной постановки задачи оптимизации управления необходимо указать области начальных и конечных состояний системы: S0 и SK0H. В простейших случаях эти состояния будут точками S0 и SK0H и полностью определены. Тогда задачу оптимального управления можно сформулировать следующим образом: из множества возможных управлений U найти такое управление U , которое переводит систему S из начального состояния S0 є S0 в конечное SK0H є SK0H так, чтобы критерий W(U) обращался бы в максимум. Состояние системы S можно описать с помощью некоторого количества численных параметров. Эти параметры называют фазовыми координатами системы, а состояние системы представляется в виде точки S с этими координатами в условном фазовом пространстве.
Изменение состояния системы S в процессе управления можно представить как перемещение точки S в фазовом пространстве. Выбор управления U означает выбор траектории точки S, или, закона движения. В зависимости от числа параметров, характеризующих состояние системы, фазовое пространство может иметь различную размерность. Например, если состояние системы определяется двумя параметрами х/ и х2, то фазовым пространством будет плоскость х/Ох2 или ее часть, в случае когда на параметры наложены ограничения, а управляемый процесс будет описываться перемещением точки S из S0 є S0 в SK0H є КОІІ на плоскости хіОх2 (рис. 2.2.). оно будет изображаться как точка 5 в и - мерном фазовом пространстве, а управление интерпретируется как перемещение точки S из начальной области S0 в конечную SKtm по определенной траектории. Общая задача оптимального управления в представлении фазового пространства может быть сформулирована следующим образом: Найти такое оптимальное управление U , под влиянием которого точка 5 фазового пространства переместится из начальной области Sa в конечную SKOII так, что при этом критерий обратится в максимум. Теория динамического программирования основана на применении двух методических приемов: 1. Перемещение точки S в фазовом пространстве разделяется на ряд последовательных этапов, или шагов, при этом сам процесс планирования становится многошаговым, причем управление оптимизируется только на одном шаге. Пусть планируется операция, разбивающаяся на т последовательных этапов.
В начале каждого z-го этапа требуется определить параметры совокупность которых образует управление на г-м этапе. Управление Ut представляет собой вектор в к- мерном пространстве. Каким образом выбрать совокупность управлений Критерий W можно представить как функцию от элементов управления на каждом шаге: При использовании метода динамического программирования, однократное отыскание максимума функции многих переменных заменяется многократным отысканием максимума функции одного или небольшого числа переменных, так как на одном шаге структура управления оказывается проще, чем на протяжении всего процесса, вместо однократного решения сложной задачи многократно решается относительно простая задача. Применяя метод динамического программирования, управление на каждом шаге выбирают с учетом его последствий, воздействия на все остальные этапы и интересы всей операции в целом. Выбор вариантов управления производят с использованием второго методического приема, принципа оптимальности: 2. Независимо от начального состояния и решения принятого на первом этапе, все последующие решения должны составлять оптимальную политику относительно первого решения (т.е., всегда искать оптимальное продолжение процесса, относительно состояния, достигнутого на данный момент). Как будет показано дальше, использование данного методического приема позволяет существенно сократить объемы вычислений. Существует одно исключение из принципа оптимальности, так как имеется этап, который можно планировать без учета его влияния на следующие: решение на последнем шаге т принимается так, чтобы оно приносило наибольшую выгоду. Не имея определенной информации о том, как закончился предыдущий, (т-1)-й этап, необходимо сделать предположения о его окончании, и для каждого из них выбрать возможные управления на последнем.
Оптимизация затрат ведения запасов при помощи алгоритма Вагнера-Уайтина
Основной производственный план (ОПП) устанавливает для всех периодов количество изделий каждого вида (каждой модели), намеченной к производству. ОПП является ядром системы MRP II, связывает обобщенный операционный план и фактические объемы производства, а также формирует базу для перспективного расчета всех необходимых ресурсов, согласовывает сбыт и производство по количеству и срокам. Кроме того, на основе ОПП рассчитывается доступное для предложения количество готовой продукции.
Идеология ОПП гораздо шире, чем соответствующее данному этапу планирования традиционное для российских предприятий объемно-календарное планирование, так как является не просто заданием того, что и когда производить, а управляющей процедурой, позволяющей определять доступное для предложения количество продукции, на которое может быть принят заказ клиента, с гарантией того, что заказ будет исполнен в срок, с учетом ранее принятых обязательств и загрузки производственных мощностей, вместе с оптимизацией запасов всех видов. Выходом ОПП является календарный план производства.
План закупок и производства (план необходимых материалов) определяет какое количество материалов и в какое именно время потребуется. Характеризуется высоким уровнем детализации, составляется для каждой сборочной единицы, или комплектующего изделия. Оперативное управление поставками материалов и производством имеет самый высокий уровень детализации с горизонтом планирования от одного дня до месяца и корректируется ежедневно.
Немногие российские предприятия используют первые два этапа планирования (стратегическое планирование и планирование продаж и операций) в управлении, как следствие большая часть работ переносится на этап планирования закупок и производства. В результате
перегруженный деталями и стратегически несогласованный план становится невыполнимым, появляются одновременно дефицит одних и избыток других запасов, неспособность системы оперативно реагировать на увеличение спроса, переводит работу предприятия в авральный режим.
Система MRP II связывает цели предприятия и возможности их достижения, функции маркетинга, финансов и производства оказываются согласованными. Периодически возникает необходимость корректировки объемов заказов, их отмены или уточнения дат отгрузки. Эти изменения отражаются в основном производственном плане в рамках ограничений, налагаемых всей системой планов, в результате обеспечивается механизм координации и эффективного планирования всех ресурсов производственной организации.
Для того чтобы определить место разрабатываемой модели в управляющей информационной системе, необходимо подробнее рассмотреть алгоритм планирования необходимых материалов, MRP.
Входами информационной системы MRP являются данные основного производственного плана (ОПП), разрабатываемого исходя из прогнозов спроса и информации о принятых к исполнению заказах с утвержденными датами поставок, на основании чего рассчитываются необходимые объемы материалов и планируется загрузка производственных мощностей. Начальными данными являются: 1. Материальные объекты для планирования (материалы, узлы, готовая продукция, инструменты, оснастка) с указанием следующих параметров: а) время доставки; б) минимальная и кратная партия заказа; в) страховой запас. 2. Маршрутный техпроцесс определяет следующие величины: а) время изготовления продукции, время приобретения и производства необходимых компонентов; б) маршрут изготовления по цехам, линиям, станкам; в) загрузку производственных мощностей; 3. Описание производственной структуры - подразделений, рабочих участков, линий, с указанием их производительности и численности персонала. Алгоритм расчета необходимых материалов MRP состоит из 5 шагов: 1. Определение входящих потребностей на основе заказов, прогнозов, потребностей пополнения страхового запаса. 2. Расчет брутто потребностей в материалах и полуфабрикатах, 3. Расчет нетто-потребностей в материалах и компонентах, с учетом имеющихся на складах и в незавершенном производстве. 4. Расчет нетто-потребностей во времени с учетом всех приходов и расходов на планируемый период. 5. Определение сроков изготовления и приобретения на основе сетевого календарного планирования. За начало берется дата реализации конечной продукции, затем при помощи сетевого графика в «обратном» времени определяются даты начала производственных операций и время поставки необходимых компонентов. Из проведенного ранее анализа системы MRP II видно, что даже в такой сложной интегрированной информационной системе производственного управления отсутствует модуль логистической оптимизации, что можно объяснить идеологией системы - поставки необходимых материальных ресурсов в точно положенное время. При этом упускается возможность сокращения логистической составляющей издержек предприятия.
