Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Новые принципы управления технологическими параметрами и экономическая эффективность предприятий открытой угледобычи 8
1.1 Переход к ресурсосберегающим принципам и технологиям как резерв повышения эффективности производственно - технологических систем 8
1.2 Концепция синхронных систем в управлении параметрами производства 16
1.3 Постановка цели и задач исследования 23
Глава 2. Имитационная модель функционирования предприятия открытой угледобычи в режиме синхронизации с динамикой спроса 27
2.1. Принципы построения имитационной модели угольного разреза 27
2.2 Общая структура алгоритма функционирования имитационной модели 31
2.3 Алгоритм составления расписания 34
Глава 3. Исследование динамических свойств производственно технологической системы открытой угледобычи при работе в синхронном с рынком режиме 42
3.1 Анализ основных закономерностей поведения системы в режиме синхронной работы 42
3.2 Анализ инерционных свойств производственно - технологической системы : 58
3.3 Динамические показатели экономической эффективности синхронных с рынком производств .:.. 70
Глава 4. Анализ поведения производственно - технологической системы з режимах "втягивающего" и "выталкивающего" производства
4.1 Режимы работы производственных систем угледобычи в рыночных условиях 77
4.2 Особенности функционирования синхронизированного производства в условиях циклической (сезонной) вариабельности рыночного спроса . 80
4.3 Анализ динамики системы при отклонении от принципов "тощего" производства 87
Заключение 105
Список литературы
- Концепция синхронных систем в управлении параметрами производства
- Общая структура алгоритма функционирования имитационной модели
- Анализ инерционных свойств производственно - технологической системы
- Особенности функционирования синхронизированного производства в условиях циклической (сезонной) вариабельности рыночного спроса
Концепция синхронных систем в управлении параметрами производства
Последние десятилетия двадцатого века характеризуются глубокими изменениями в структуре большинства отраслей промышленности, которые в наибольшей степени определяют экономический потенциал ведущих стран мира. Эти изменения привели к резкому качественному росту производительности труда и капитала, которые дают некоторым авторам основания утверждать о происходящей новой промышленной революции [1,2, 3]. Принципиальным обстоятельством является то, что наибольший вклад в достижение этого прогресса обуславливает не вовлечение в хозяйственный оборот большего числа ресурсов, а переход, на основе достижений научно - технического прогресса к интенсивным, ресурсосберегающим технологиям производства.
Перевод предприятий в режим рыночной экономики и, как следствие, появление новых критериев оценки эффективности, совершенствование технических средств, повышение уровня их производительности, надежности, воспроизводимости предопределяет необходимость перехода к новым принципам управления производством. Переход к новым принципам управления параметрами производства позволяет существенно повысить эффективность использования производительного потенциала технических средств, стимулирует расширенное использования передовых технологий.
Указанное взаимодействие во все большей степени определяют лицо передовых отраслей промышленности ( микроэлектроника, автомобилестроение, машиностроение, транспортно - логистические системы, и др..) . Возникает вопрос, в какой степени идеи на которых базируется новая волна промышленной революции могут быть применимы к горно-добывающим отраслям и, в том числе, в российской угледобывающей промышленности?
Угледобывающая отрасль России переживает кризисный период. Остро стоит вопрос о конкурентоспособности российского угля на мировом и внутреннем рынках. Обсуждаемые пути выхода из кризиса могут быть сведены к совокупности следующих направлений: - ориентация на устранение неблагоприятных внешних условий [4,5]; - развитие рыночных отношений [6-16]; - решение социальных проблем [17,18]; - привлечение инвестиций, техническое перевооружение и освоение новых месторождений и технологий [19-23]; -изменение психологии и переподготовка руководителей, создание эффективного собственника [24-27].
Однако критическое рассмотрение возможностей каждого из указанных подходов позволяет сделать вывод, что попытки их реализации будут иметь ограниченный эффект, не позволяет устранить кризис. Более того, при попытке «форсирования» любого из указанных подходов облегчение ситуации в каких-то отдельных аспектах практически всегда будет приводить к обострению другого рода конфликтов, и противоречий [28].
Концепция внимания на внешних условиях влечет за собой смещение фокуса. Стабилизация внешних условий благоприятно скажется на работе отрасли, но не сможет устранить коренных источников ее низкой эффективности, которые будут постоянно воспроизводиться и создавать предпосылки для новых кризисов.
В последние годы существенно скомпрометировала себя идея рыночной саморегуляции экономики. Неуправляемое, нерегулируемое развитие привело к такому обострению социальной напряженности, которое способно остановить процесс преобразований.
В то же время попытка абсолютизировать роль социального фактора, решить проблему за счет государственных дотаций приводит к ослаблению материальной основы благосостояния предприятий. Любой дотационный механизм неизбежно снижает стимулы к росту производительности туда, порождает тенденцию к консервации организационной и научно-технической отсталости.
Не в состоянии облегчить выход из кризиса и техническое перевооружение, не сопровождаемое организацией эффективного использования как существующих средств производства, так и тех, которые предполагается приобрести на полученные кредиты. Как правило, при попытке решения проблемы в данном направлении неявно предполагается, что потенциал существующих средств используется в полной мере. Однако дело обстоит далеко не так. Имеющееся оборудование используется весьма неэффективно.
Говоря о конкретном факторе, обуславливающем появление наблюдаемого кризиса, - низкой конкурентоспособности угледобывающих предприятий, очевидно, прежде всего нужно выделит недостаточно эффективное управление. Как показывает длинный ряд примеров из истории развития угледобывающей отрасли в нашей стране, само по себе техническое перевооружение не решает проблему повышения технико-экономической эффективности производства. Внедрение новых поколений технических средств, осуществляющееся в рамках неэффективно действующей системы, как правило, не обеспечивает ожидаемой отдачи. Этот же фактор сдерживает освоение передовых технологий, требующих существенно более высокой степени координации производственно -управленческих процессов [29].
По данным [30,31] в табл. 1.1 приведены сравнительные данные, характеризующие условия функционирования и технико-экономической эффективности современных российских и зарубежных угольных компаний.
Общая структура алгоритма функционирования имитационной модели
Задача модификации исходного, идеального расписания по сути дела эквивалентна решению задачи оптимизации производственно - технологической системы с учетом ограничений. Действительно, основные технико-экономические характеристики разреза непосредственно зависят от динамики развития рабочей зоны, временной последовательности появления на выходе системы партий угля.
Для обеспечения наилучших (максимальных), с учетом имеющихся ограничений, значений скорости генерации дохода, необходимо добиться оптимальной координации работ по всем временным интервалам и горизонтам.
Критерий максимума скорости генерации дохода является главным при осуществлении оптимизации расписания. Подчиненными являются критерии минимума величины связанного капитала и скорости операционных расходов. Подчинение в рассматриваемом случае означает, что расписание работ может быть изменено для уменьшения скорости операционных расходов или величины связанного капитала только в тех случаях, когда это не приводит к уменьшению скорости генерации дохода.
С другой стороны использование временного буфера неизбежно повышает объем капитала, связываемого в материально технических ресурсах, увеличивает операционные расходы связанные с их хранением и оплатой процентов за кредит.
Однако, в силу подчиненности этих критериев, такое опережение вводится в расписание. Блок-схема алгоритма составления мастер - расписания работы ведущей группы оборудования. Заметим, что такой подход позволяет не только реализовать работу системы в режиме «слежения» за спросом и тем самым достичь максимума скорости генерации дохода. Дополнительным преимуществом построенного на таком принципе расписания является его устойчивость, т.е. низкая чувствительность к возникновению неизбежных вариаций в условиях и факторах производства.
Алгоритм составления расписания, используемый в имитационной модели, начинается с упорядочивания исходного списка элементарных работ по убыванию времени окончания работ. То есть сначала рассматриваются работы с наиболее поздним временем окончания, и рассмотрение заканчивается на работах с самым ранним временем окончания.
На каждом шаге просмотра списка работ происходит расчет времени начала работы с учетом доступности технологического ресурса. Ресурсы закрепляются за работами, и не перебрасываются на другие работы до полного выполнения закрепленной за ним работы. Если на уступе, где планируется очередная работа, имеется свободный экскаватор, то начало работы по расписанию совпадает с началом работы в исходном списке элементарных работ. Если же свободного экскаватора на данном уступе нет, то определяется самое раннее время начала работы с использованием тех экскаваторов, которые находятся на уступе. После этого рассчитывается ближайшее к началу очередной работы время освобождения экскаватора, занятие экскаватора с учетом времени переброски на соответствующий уступ. В результате, рассматриваемая работа может быть запланирована на более ранний срок, чем это предполагалось первоначальным, идеальным расписанием.
В этом случае мы вновь имеем дело с ситуацией, в которой совокупный результат применения рассмотренного правила изменения расписания обеспечивает функционирование производственной системы в соответствии с выбранным основным критерием оптимизации. Действительно, для того, чтобы не потерять скорость генерации дохода, надо по возможности успевать за спросом. Следовательно, при наличии конфликта, обусловленного нехваткой вскрышного ресурса, необходимо запланировать ту или иную работу заранее. Платой за отнесение работы в прошлое будет некоторое увеличение запасов (инвентори), но это не противоречит принятому критерию оптимизации.
Применение рассмотренного правила принятия решения имеет своим следствием высокую вероятность возникновения ситуации, когда по завершению просмотра исходного списка работ, начало выполнения части работ может оказаться в «прошлом». Другими словами может быть выявлен конфликт между требованием максимально точно следовать за динамикой рыночного спроса и ограниченной производительностью производственно - технологической системы. Другими словами, при имеющихся производственных мощностях, пространственно временной структуре, принятых технологических ограничениях и уровне вариабельности процессов, система оказывается неспособной идеально следовать за спросом.
Этот конфликт разрешается на следующих шагах алгоритма составления расписания. Заключительные шаги алгоритма начинаются с упорядочивания работ по возрастанию с начала рассматриваемого периода. То есть, ход рассмотрения и корректировки времени выполнения работ меняет направление: работы более ранние работы рассматриваются в первую очередь. Если обнаруживается работа, у которой время начала уходит в прошлое, тогда осуществляется необходимая коррекция, и время ее начал помещается на начало делового цикла (t=0). Точно также рассматриваются остальные работы начало которых находится в прошлом, и происходит их перенос на нулевой момент времени.
При этом может возникнуть ситуация, когда число работ в начальный период времени превышает количество единиц оборудования. В случае возникновения такого конфликта, начало части работ переносится по временной оси влево, т.е. в будущее. Это означает, что в некоторый момент имеющийся спрос не будет удовлетворен, и будет потеряна часть скорости генерации дохода. В этом случае мы имеем дело с ситуацией, когда разрешается противоречие между эффективностью расписания и его реалистичностью.
При использовании подобного рода систем в практике производственного планирования пользователи смогут влиять на разрешение этого конфликта и таким образом сдвигать баланс «эффективность» - «реалистичность» в желаемом направлении.
Алгоритм расчета расписания работ для системы управления , основанной на максимальной загрузке вскрышного оборудования.
Для проведения сравнительного анализа системы работающих в соответствии с принципами «тощего» производства, и системы оптимизированных относительно локальных критериев был разработан вариант алгоритма расчета исходного списка работ. В частности, для сопоставительного анализа был выбран вариант построения расписания отражающий характерную для практики тенденцию максимизации коэффициента использования ведущей группы оборудования. Блок- схема этого алгоритма представлена на рис.2.5.
Анализ инерционных свойств производственно - технологической системы
Рассматривая зависимости представленные на рис. 3.13 и соотношение (3.16) можно оценить параметр минимальной длительности xt, который в рассматриваемом случае составляет 8 недель.
Минимальная длительность производственного цикла определяет предел производительности системы, обусловленный пространственной и технологической структурой угледобывающего предприятия.
Рассмотрим аналитическую модель, устанавливающую соотношения между характеристиками производственно- технологической системы и предельной частотой (минимальной длительностью) производственного цикла.
В общем случае производительность любой реальной технологической системы определяется производительностью ее узкого звена (ведущей группы оборудования). Как показано в [49,62], при выделении узкого звена в технологических системах открытой угледобычи целесообразно в качестве ее основных элементов рассматривать группы однотипного оборудования (буровое, транспортное, выемочно- погрузочное и т.п.). Узким звеном технологической цепи является та группа оборудования, недостаточная производительность которой, ограничивает поток горной массы и, в конечном итоге, определяет интенсивность добычи. Поскольку в рассматриваемых системах горно-транспортное оборудование может использоваться как для вскрышных так и добычных работ, то для решения задачи выделения узкого звена целесообразно рассматривать величину эквивалентной производительности группы оборудования по углю. Эквивалентная производительность определяется объемом угля добыча которого может быть обеспечена в результате полного использования данного типа оборудования в составе системы комплексной механизации. Это позволит установить максимальный объем добычи, который может быть обеспечен в технологическом процессе при условии максимальной загруженности выделенной группы оборудования. В общем случае для эквивалентной производительности / - ой группы оборудования, используемой как на вскрышных так и на добычных работах в [62] было получено следующее выражение: QcQv Qv+kvQc где Qc,Qv эквивалентная производительность /-ой группы машин по углю и породе соответственно, kv - текущий коэффициент вскрыши. В простейшем случае, когда все горные и транспортные машины, входящие в группу, обладают одинаковой производительностью выражение (3.11) может быть представлено в виде: QcoQ vo Qvo + kV Qco Qe = nk„ , (3.1В) где Ylk количество выемочно-транспортных комплексов в составе ведущей группы оборудования; QCo Qvo " производительность одного выемоч-но-транспортного комплекса по углю и породе соответственно.
Величина Q есть максимально возможная интенсивность добычи, определяемая производительностью ведущей группы оборудования производственно- технологической системы. Поэтому для предельного числа производственных партий по углю, которое может быть получено технологической системой за время t, можно записать: _Qe__Qe(kr + i)тк-—— (3.19) Лог V0 Используя (3.19), (3.18) и (3.14) получаем выражение для критической частоты выпуска производственных партий: _тк Qe-(kr+l) = nic-Qeo-(kr + l) = nk Q0 Jk t V0 Vo V0 l2 тогда Vn-lp Тп=- Г- (3-21) Сопоставляя (3.12) и (3.20) для необходимой и критической частоты спроса, который может быть удовлетворен производственной системой, в моделируемой ситуации получаем: nk Qo " - F7- (322)
В выражениях 3.20 и 3.22 в качестве ограничивающего звена технологической цепи принимается комплекс «экскаватор - автосамосвалы» (ведущая группа оборудования) и для упрощения последующего численного анализа принято, что его производительность по углю и вскрыше одинаковы.
Производительность данного комплекса описывается соотношением, получаемым на основе теории систем массового обслуживания: " а - 9 j ( Ро(і,мЛ)-Я где q - производительность экскаватора; N- полное число обслуживающих его автосамосвалов; / - число исправных автосамосвалов; 1/Х - среднее время погрузки; І/jx - среднее время технологического цикла самосвала; Рд -вероятность того, что свободно 0 автосамосвалов. Рп=1/ N(JU/A) + N(N 1)(JU/A)2 +N(N-l)(N-2)(/i/X) + + ... + N(N-l)...2(/i/X) + N(N-l)...2-l(/u/X) + l Уа где Lmp - расстояние транспортирования, км; Va - средняя скорость движения автосамосвала.
Результаты сравнения расчетов предельной частоты спроса на основе аналитической модели (3.22) и результатов имитационного моделирования представлены на рис.3.14 и 3.15. Как видно из полученных данных аналитическая модель корректно передает качественный тип зависимости и количественные соотношения для предельной частоты и предельной интенсивности спроса - расчетные зависимости практически полностью совпадают с результатами численного моделирования (рис. 3.14). a)
Особенности функционирования синхронизированного производства в условиях циклической (сезонной) вариабельности рыночного спроса
Анализ приведенных данных показывает, что минимальное значение себестоимости достигается при малых значениях интенсивности спроса. Сопоставление данных рис. 4.6 и 4.5 показывает что условие минимума удельной себестоимости (Суд= 91 руб/т) соответствует исключительно малому уровню загрузки ведущей группы оборудования (Кисп =0,1). Условию достижения максимального экономического эффекта соответствует заметно большее значение уровня Суд - порядка 100 руб/т. Очевидно, повышение уровня условно - переменных расходов на единицу добытой и проданной продукции, приводящее к росту данной характеристики, с большим запасом перекрывается приростом уровня генерируемого дохода. Об этом свидетельствует более крутой наклон зависимости для скорости генерации дохода, по сравнению с приростом интенсивности операционных расходов на рис. 4.5 (а).
Важно так же и то обстоятельство, что в области существенного увеличения скорости генерации дохода (более чем пятикратного увеличения результирующего экономического эффекта) на рассматриваемых зависимостях, величина удельной себестоимости с практической точки зрения не изменяется. Колебания величины Суд не превышают 5 %, т.е., вообще говоря, находятся в пределах точности экономических расчетов (рис.4.5 и 4.6).
Это означает, что показатель себестоимости оказывается малоинформативным с точки зрения выявления и ориентации планово - экономических и производственных служб на те факторы производства, которые обеспечивают максимальный прирост результирующего экономического эффекта - степень использования ведущей группы оборудования. Плановые расчеты и хозяйственные механизмы, ориентирующие на обеспечение минимизации данного показателя, могут приводить к достижению лишь «локального», а не общесистемного экономического оптимума. Другими словами себестоимость будет минимальна, но экономический эффект далек от максимального.
Кроме того, слабое изменение величины себестоимости при резком изменении величины скорости генерации дохода, свидетельствует о том, что экономико-математические расчеты, использующие характеристику удельной себестоимости в качестве регуляризующего параметра, или критерия оптимальности, как минимум, будут характеризоваться чрезвычайно низкой степенью устойчивости получаемых планов. Это означает, что планы, незначительно отличающиеся по величине себестоимости, могут на порядки величины отличаться с точки зрения результирующего экономического эффекта (деньги на счете предприятия!). Это также означает, что практические действия в процессе реализации планов, незначительно уменьшающие величину полной себестоимости, могут приводить к существенным (в ряде случаев катастрофическим) последствиям с точки зрения его экономической эффективности.
Сказанное подтверждает критические высказывания в западной литературе по поводу использования показателя удельной себестоимости в практике экономического планирования и управления.
С точки зрения проведенных расчетов оказывается, что существенно более информативной характеристикой, обеспечивающей возможность выявления экономических резервов, является уровень загрузки ведущей группы производственно- технологической системы - ее узкого звена.
Отмеченная в предшествующем разделе принципиальная важность обеспечения максимальной загрузки технологического оборудования для обеспечения результирующей экономической эффективности хорошо известна. Отражением этого является широкое распространение на практике различных вариантов организации хозяйственных механизмов, нацеливающих работников на максимальное использование оборудования, и в первую очередь дорогостоящего. Естественным результатом такого рода механизмов является стремление так спланировать и организовать работу этого тип оборудования, чтобы минимизировать его простои. Следствием этого подхода является переход к режиму работы «выталкивающего» производства - подготовка фронта работ начинается не тогда, когда это необходимо по прогнозу спроса, а после того, как соответствующее оборудование оказывается свободным.
С точки зрения экономико-математического моделирования, коэффициент использования оборудования начинает использоваться как локальный критерий оптимальности, используемый для принятия решений на различных уровнях управления при проектировании и текущей коррекции экономической траектории предприятия в рамках деловых циклов.
Этой стратегии управления и организации производства противопоставляется, рассматриваемая в данной работе, стратегия «втягивающего производства». В рамках данной стратегии подготовка фронта работ, производится толь 88 ко тогда, и в те сроки, чтобы обеспечить выполнение уже имеющихся заказов или прогнозируемого спроса. Соответственно, основным критерием оптимальности используемым на различных уровнях управления оказывается скорость генерации дохода, или уровень дохода, генерируемый одним часом работы узкого звена производственно - технологической системы.
Для моделирования стратегии выталкивающего производства использовался вариант моделирующей системы (PUSH), описанный в главе 3. Разработка расписания в данной системе осуществлялась на основе той же логики, что и в системе синхронного (втягивающего) производства (PULL). Однако, помимо задачи выполнения планируемого спроса, при составлении расписания в системе PUSH разрешалось формировать заблаговременный запас продукции готовой продукции на складе, а также создавать опережение по фронту работ, в виде межуступного запаса. В целом, для моделирования выталкивающего режима производства в программе использовалось три основных параметра: - разрешенная величина избыточного запаса готовой продукции на складе (Ь к), - максимальное.разрешенное увеличение величины межуступного запаса на вскрышных горизонтах (ширина рабочей площадки Шр.птах ); - максимальное разрешенное суммарное опережение добычного фронта вскрышными работами (vmax). Для обеспечения сопоставимости в эффективности режимов втягивающего и выталкивающего производств в диапазоне значений указанных выше параметров вначале были подобраны эталонные значения Шр.птах , Smax к , \Лах. Эталонные значения этих параметров подбирались таким образом, чтобы обеспечивалось максимальное совпадение расписания работы, качественного характера динамики и количественных значений показателей экономической эффективности в обоих режимах.
