Введение к работе
Актуальность темы. В современных условиях реформирования отечественной экономики, характеризующихся отсутствием целостной производственной среды, большое значение приобретает проблема создания новых производственных структур, ориентированных на воспроизводство конечного продукта, свойства которого оперативно регламентируются динамично изменяющейся конъюнктурой потребительского рынка. Такие производственные системы в экономической литературе получили название вертикально организованных. Реализация данной проблемы осуществляется как на уровне органов административного управления региональной экономикой, так и коллективов частных инвесторов.
При создании производственной системы важнейшим вопросом, как правило, является формирование технологической цепочки, выполняемое на множестве территориально распределенных производственных объектов с учетом факторов их взаимной эффективности, существующей транспортной инфраструктуры, а также заданных требований к производственному процессу и конечному продукту.
На первый взгляд данная проблема сводится к задаче о назначениях. Однако классическая задача о назначениях не только не способна отразить структурную составляющую искомой производственной системы, но также ограничивает множество структурных элементов, из которых формируется производственная система.
Проблемы подобного рода в настоящее время рассматриваются экономической логистикой, в рамках которой помимо точных методов разрабатываются принципиально эвристические, базирующиеся на использовании профессиональной интуиции и типовых проектных решений.
Специфика рассматриваемых технологических цепочек заключается в необходимости включения в их состав функционально неоднородных территориально распределенных технологических объектов с заданными функциональными свойствами. Это существенно ограничивает возможность использования в этой области строгих аналитических моделей и методов. Альтернативой здесь выступают специальные математические средства, сочетающие в себе строгий аппарат математического программирования, теории графов и эвристические методы, учитывающие специфику объектной области.
Таким образом, актуальность темы диссертационного исследования продиктована необходимостью разработки специальных математических средств моделирования и анализа технологических цепочек, формируемых на основе территориально распределенных производственных объектов, реализующих аналитические методы, а также эвристические подходы, учитывающие специфику объектной области и обеспечивающие получение оптимальных решений.
Тематика диссертационной работы соответствует одному из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Вычислительные системы и программно-аппаратные комплексы».
Цель работы заключается в разработке математических средств моделирования, анализа и выбора оптимальных технологических цепочек, формируемых на основе территориально распределенных производственных систем, а также разработке программных средств формирования и выбора оптимальных решений.
Исходя из цели работы определены следующие задачи исследования:
разработка модели формализованного описания технологической цепочки, включающей функционально неоднородные территориально распределенные производственные объекты;
построение структурной модели многоальтернативной среды формирования технологических цепочек;
разработка структурно-функциональной модели технологической цепочки с учетом ограничений, накладываемых на материальные ресурсы;
исследование свойств модели технологической цепочки с точки зрения устойчивости вариантов решения;
построение модели оптимального выбора технологической цепочки, обеспечивающей максимум критерия эффективности решения;
разработка средств программного обеспечения модели анализа и выбора оптимальных технологических цепочек.
Методы исследования основаны на использовании аппарата теории графов, динамического и дискретного программирования, линейной алгебры, вычислительной математики и объектно-ориентированного программирования.
Научная новизна. В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
структурная модель многоальтернативной среды формирования технологических цепочек, обеспечивающая строгое формальное описание их свойств и функциональных характеристик;
структурно-функциональная модель технологической цепочки, отличающаяся учетом ограничений, накладываемых на материальные ресурсы, выраженных в виде областей пространства состояний сырьевого потока;
модель оптимального формирования технологической цепочки, отличающаяся реализацией предложенной модификации метода Форда-Беллмана;
алгоритм оптимального синтеза технологической цепочки в условиях линейного представления производственных функций,
отличающийся реализацией процедуры исключения избыточности
систем линейных неравенств, используемых для описания
линейных многогранных множеств в пространстве состояний
сырьевого потока;
структура программного обеспечения модели анализа и выбора
оптимальных технологических цепочек, отличающаяся реализацией
специальных средств интеграции с промышленными пакетами
прикладных программ.
Практическая значимость работы. В работе предложен комплекс
моделей, алгоритмов и программных средств, позволяющий проводить
моделирование, анализ и оптимизацию технологической цепочки,
включающей функционально неоднородные территориально
распределенные производственные объекты.
Применение данного комплекса в условиях реструктуризации производственной системы позволяет осуществить выбор оптимальной технологической цепочки при заданных ограничениях на ее параметры.
Реализация н внедрение результатов работы. Основные результаты работы были реализованы в виде прикладного программного продукта «Модуль проектирования производственных цепочек с рекуррентным линейным функционалом качества». Разработанное программное средство внедрено на предприятии ООО «Илимский лесной центр» и используется при формировании технологических карт переработки различных типов поступающего сырья на основе данных о состоянии склада и текущих заказах на продукцию.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы на предприятии ООО «Илимский лесной центр» обусловлен повышением оперативности управления технологическим процессом распила хлыстов и транспортировки сырья по территории предприятия.
Результаты работы также внедрены в учебный процесс Воронежского, государственного технического университета на кафедре "Автоматики и информатики в технических системах".
Апробация работы. Основные результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на VII Международной конференции «Информатика: проблемы, методология, технологии» (Воронеж, 2007), Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-19 (Воронеж, 2006), Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве» НТ-2006 (Воронеж, 2006), Всероссийской конференции «Современные проблемы прикладной математики и математического моделирования» (Воронеж, 2005), Всероссийской конференции «Новые технологии в научных исследованиях,
проектировании, управлении, производстве» НТ-2005 (Воронеж, 2005), а также на научных семинарах кафедры АИТС ВГТУ (2005-2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 1 в издании, рекомендованном ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем предложены: [2,3,4] - модель выбора технологической цепочки на основе вычисления «коэффициентов рентабельности» для вершин графа операций в задаче с фиксированным набором аналитических атрибутов операций; [3] — графическая модель транспортно-технологической среды задачи поиска технологической цепочки, включающей единственную перерабатывающую операцию; [4] -анализ временного распределения моментов начала и завершения потоков сырья для потоков конечной продолжительности; [5,6,7,8] — модель решения задачи поиска оптимальной структуры и параметров технологической цепочки; [6] — предложено применение алгоритма Форда для поиска оптимальной цепочки; [7] — предложено решение задачи с линейным видом производственных функций; [8,9] — предложен алгоритм аналитического решения задачи поиска оптимальной технологической цепочки для неизвестного начального состояния потока сырья; [10] — предложена схема интеграции программного обеспечения проектирования технологических цепочек в информационную систему предприятия.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, списка литературы из 101 наименования, 2 приложений. Основанная часть работы изложена на 129 страницах, содержит 17 рисунков.
