Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ задач управления перерабатывающими производствами .10
1.1. Предприятия зерноперерабатывающей отрасли 10
1.2. Структура исследуемой производственной системы и внутреннее движение ресурсов 19
1.3. Задачи системного анализа в управлении ресурсами предприятия 24
1.4. Анализ существующих моделей производственных систем 28
1.5. Формирование смесей 34
1.6. Управление запасами материальных ресурсов предприятия 39
1.7. Внутрипроизводственное движение ресурсов 40
1.8. Выводы 41
2. Производственная модель перерабатывающих производств 43
2.1. Производственные функции перерабатывающих предприятий 43
2.2. Оптимизация формирования многокомпонентных смесей 44
2.3. Оптимизация формирования наборов многокомпонентных смесей 52
2.4. Выводы 54
3. Управление материальными ресурсами предприятия 56
3.1. Анализ запасов односырьевого производства 56
3.2. Анализ запасов для многопродуктовых производств 59
3.3. Оптимизация выбора партий сырья на рынке 62
3.4. Рациональное размещение поступающего сырья 68
3.5. Выводы 77
4. Имитационное моделирование управления ресурсами предприятия 78
4.1. Структура имитационной модели 78
4.2. Моделирование отбора и размещения партий 81
4.3. Моделирование расходования сырья на выпуск продукции 86
4.4. Выводы 88
5. Моделирование движения материальных ресурсов 89
5.1. Операции над материальными ресурсами как многокомпонентными объектами.. 89
5.2. Методика моделирования внутрипроизводственного движения материальных ресурсов 92
5.3. Модель производства и распределения собственных ресурсов 96
5.4. Методика расчета себестоимости собственных ресурсов 98
5.5. Выводы 99
6. Внедрение и экспериментальное исследование научных результатов работы 101
6.1. Автоматизированные системы управления перерабатывающих предприятий... 101
6.2. Автоматизированное управление ресурсами предприятия 104
6.3. Учет внутрипроизводственного движения покупных ресурсов и ресурсов собственного производства 107
6.4. Выводы 111
Заключение 113
Библиографический список 115
Приложение 1. Акты внедрения 124
- Структура исследуемой производственной системы и внутреннее движение ресурсов
- Оптимизация формирования многокомпонентных смесей
- Анализ запасов односырьевого производства
- Моделирование отбора и размещения партий
Введение к работе
Наблюдающийся в настоящее время подъем отечественной промышленности сопровождается интенсивным внедрением современных методов управления производством, реализуемых в рамках автоматизированных информационных систем предприятий. Эта тенденция характерна и для перерабатывающей отрасли аграрно-промышленного комплекса (АПК), основу которой составляют хлебоперерабатывающие и маслоперерабатывающие предприятия.
Б силу специфики данных перерабатывающих предприятий одними из наиболее важных вопросов их управления по-прежнему остаются заготовка, хранение и эффективное использование перерабатываемого сырья. При этом особое внимание уделяется качественным показателям сырья, поскольку они самым непосредственным образом определяют себестоимость и качество выпускаемой продукции. Необходимость в рациональном управлении запасами сырья и других материальных ресурсов предприятия еще более обострилась в связи с переходом к рыночным формам хозяйствования.
Определяющая роль сырья и его качественных показателей является главной специфической чертой перерабатывающих предприятий АПК. Другая их особенность заключается в использовании в производстве сырьевых смесей. В односырьевых производствах таких, как мукомольно-крупяное, — это основной путь получения сырья с требуемым составом качественных показателей. В многосырьевых производствах, к которым относится комбикормовое производство, приготовление смесей по определенным рецептам является основой технологии выпуска различных видов продукции.
Большое значение для производства качественных показателей перерабатываемого сырья ставит высокие требования к точности и достоверности результатов планирования снабжения. Поэтому управление ресурсами предприятия должно строиться на основе детального анализа текущего состояния запа-
сов и прогнозов их расходования. Сложность данной задачи обусловлена большим числом показателей качества основных видов ресурсов - сырья, что затрудняет объективную оценку текущего состояния запасов и сравнительную оценку партий.
Дополнительными проблемами в планировании поставок, заставляющими совершенствовать оперативный учет количественно-качественного состояния сырья в звеньях хранения, являются сложная организация складского хозяйства, а также большое число различных операций, производимых над хранящемся сырьем.
В этих условиях в перерабатывающей отрасли АПК все большее значение начинает придаваться разработке и использованию научно-обоснованных методов управления материальными запасами предприятий [2, 34,80], а также исследованию влияния внутрипроизводственного движения материальных ресурсов на результаты производства [40, 50, 80].
Вместе с тем проведенный анализ работ А.А. Самарского [74] по общим вопросам моделирования, а также результатов исследований производственных систем в работах А.А. Первозванского [51], Ю.И. Рыжикова [69], Хедли Д. (Hadley С), Уайтина Т. (Whitin Т.) [83, 96], Хэмди А. Таха (Hamdy A. Taha) [78, 108, 109] и других авторов [16, 20 - 27, 34, 107, ПО] показывает, что, несмотря на большое их многообразие, вопросам детального исследования влияния качественных показателей ресурсов на деятельность предприятия и планирование производства до настоящего времени уделялось мало внимания.
В работах И.Т. Мерко [41-40], В.А. Бутковского [8, 9], Н.П. Черняева [88], посвященных исследованию повышения эффективности работы перерабатывающих предприятий АПК и автоматизации их управления, рассматриваются отдельные частные производственные задачи. В то же время в них отсутствует системный подход к исследованию роли материальных ресурсов в производстве.
Таким образом, актуальность данной работы обусловлена с одной стороны острыми потребностями практики, с другой стороны — необходимостью в
.^ системном анализе влияния качественных показателей материальных ресурсов
на деятельность предприятий перерабатывающей промышленности, а также в разработке методов решения отдельных задач управления ресурсами, связанных с заготовкой, внутренним движением и переработкой сырья.
Целью работы является исследование влияния качественных показателей сырья на процессы его заготовки и внутреннего движения, а также разработка эффективных методов управления ресурсами перерабатывающего предприятия.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
* - сформулирована новая постановка задачи об оптимальном со-
ставлении многокомпонентных смесей, отличающаяся от известных критериями оптимизации и составом ограничений;
сформулирована задача формирования наборов многосырьевых смесей из общих запасов сырья и предложена методика ее решения;
сформулирована общая математическая постановка задачи о внутрипроизводственном движении материальных ресурсов как многокопонентных объектах;
разработана методика оценки запасов сельскохозяйственного сырья для одноресурсных и многопродуктовых производств;
предложена методика оптимального выбора партий сельскохозяйственного сырья на рынке на основе интегральных оценок качественных показателей;
разработана методика оптимизации размещения поступающих ресурсов в звеньях хранения и оценки продуктивных качеств запасов сырья;
*
- разработана комплексная имитационная модель управления запа
сами сельскохозяйственного перерабатывающего предприятия,
основанная на учете движения материальных ресурсов.
Основные положения, выносимые на защиту:
новая постановка задачи об оптимальном составлении многокомпонентных смесей, отличающаяся от известных как критериями оптимизации, так и составом ограничений;
постановка и методика решения задачи об оптимальном формировании наборов многосырьевых смесей из общих запасов сырья;
методика анализа запасов сельскохозяйственного сырья для одно-ресурсных и многопродуктовых производств;
методика оптимального выбора партий сельскохозяйственного сырья в планировании снабжения предприятия;
методика оптимизации размещения поступающих ресурсов в звеньях хранения.
Практическая ценность проведенных исследований состоит в применении разработанных методик и имитационной модели в управлении запасами хлебоперерабатывающих и маслоперерабатывающих предприятий; разработанная модель движения многокомпонентных ресурсов позволяет применить ее для проведения детального анализа как количественно-качественного состояния ресурсов, так и их себестоимости.
Проведенные научные исследования имеют практическую направленность и во многих случаях первоначально были вызваны необходимостью в решении различных задач управления производством в рамках создания и внедрения информационных систем управления предприятий.
Внедрение результатов работы. Научные результаты работы использованы в разработке при участии автора автоматизированных систем управления, внедренных на следующих предприятиях:
- ОАО «Богатовский маслоэкстракционный завод», Самарская об
ласть;
~ ОАО «Богатовский элеватор», Самарская область;
ЗАО «Самарский мукомольный завод №2»;
ЗАО «Уран», (Сорочинский комбинат хлебопродуктов), Оренбургская область;
ОАО «Толкайский элеватор», Самарская область;
ООО СХП «Агрокомплекс-1», Самарская область.
Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать научных работ, в том числе три статьи и тезисы восьми докладов.
Апробация. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:
Система анализа межотраслевых связей предприятий региона // Докл. на XXV самарской областной студенческой научной конференции — Самара: Самарский областной совет по научной работе студентов, 1999.
Исследование производственного процесса предприятий маслоперерабаты-вающей промышленности // Докл. на региональной 59-й научно-технической конференции «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика.» - Самара: СамГАСА, 2002.
Планирование производства в условиях неопределенности материального снабжения // Докл. на V Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям SCM'2002 - Санкт Петербург, 2002.
Задача о многокомпонентных смесях // Докл. на межвузовской научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке и образовании», Самара, 2002.
Моделирование внутрипроизводственного движения ресурсов // Докл. на межвузовской научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке и образовании», Самара, 2002.
Нечеткая математическая модель распределения многокомпонентных ресурсов // Докл. на девятой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «радиоэлектроника, электротехника и энергетика». -Москва, 2003.
Оценка запасов ресурсов для односырьевой системы // Докл. на региональной 60-й Юбилейной научно-технической конференции «Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика.» - Самара: Сам-ГАСА, 2003.
Анализ динамики расходования сырья для перерабатывающего предприятия // Докл. на тринадцатой межвузовской конференции «Математическое моделирование и краевые задачи». - Самара: СамГТУ, 2003.
Структура исследуемой производственной системы и внутреннее движение ресурсов
Вся сельскохозяйственная продукция требует переработки. Поэтому перерабатывающие предприятия образуют основу АПК. К ним относятся элеваторы, мукомольные, крупяные, маслоэксгракционные и комбикормовые заводы, а также комбинаты, включающие в себя все или большинство из перечисленных производств. Нарис, l.l приведен перечень видов сырья и отрасли производства, в которых оно перерабатывается.
Элеваторы, как самостоятельные предприятия, являются наиболее простыми из выше перечисленных. Основные их функции состоят в приемке, хранении, сушке, подработке и отгрузке клиентского или собственного сырья.
На этапе приемки партии сырья делается анализ его качественных показателей и определяется место размещения партии на элеваторе. Наиболее важными для длительного хранения показателями качества сырья являются влажность и сорная примесь. Мерой соответствия этих качественных показателей служат утверждаемые базисные значения. Влажность определяет удельное содержание влаги в сырье, выраженное в процентах. Допустимая влажность принимаемой на хранение пшеницы по базисным нормам составляет 12,5%. Для мукомольного производства оптимальная влажность зерна лежит в пределах 14,5 — 15,5% [41].
Показатель сорная примесь определяет удельное содержание сорной примеси в сырье, выраженное в процентах. В мукомольном производстве сорная примесь ухудшает технологические свойства зерна и качество вырабатываемой муки. Поэтому предельно допустимое значение сорной примеси в помольных смесях составляет 2% [41].
Операция подработки сырья заключается в очистке его от сорной и других вредных для хранения и дальнейшей переработки примесей и фракций [84]. Таким образом, сушка и подработка позволяют довести соответствующие показатели качества сырья до базисных норм.
В процессе хранения сырья происходит естественное изменение отдельных его показателей качества, в частности, влажности. Поэтому на элеваторах ведется постоянный контроль качественного состава сырья в силосах.
В виду сезонного характера заготовки сырья и высокой интенсивности его переработки в состав всех остальных видов хлебоперерабатывающих предприятий обычно входят собственные элеваторы, выполняющие в первую очередь функции хранения,
Мукомольное производство представляет собой многоэтапный непрерывно-поточный процесс, осуществляемый на элеваторе зерна, в зерноочистительном и размольном отделениях [37, 41]. На элеваторе производится приготовление помольных смесей, т.е. смесей зерна из различных партий. Приготовление смесей используется для получения сырья, обладающего требуемыми показателями качества. Процесс зерноочистки включает в себя три этапа: отделение сорной примеси; гидротермическая обработка; окончательная очистка. Техно логический процесс размольного отделения включает первичное измельчение зерна для получения крупок и дунстов, сортировку продуктов измельчения на фракции, обогащение крупок и дунстов, шлифование крупок и размол обогащенной смеси на муку.
На крупозаводах переработка зерна на крупу осуществляется в подготовительном и шелушильном отделениях [37]. В подготовительном отделении производится отделение сорной примеси, а для некоторых культур - гидротермическая обработка зерна. В шелушильном отделении производится шелушение зерна, сортировка продуктов шелушения, шлифовка и полировка крупы.
Выпуск комбикормов на комбикормовых заводах производится на основании рецептов смесей, основную долю по массе (до 70%) в которых составляет зерновое сырье [8, 19, ЗІ]. В целом же ассортимент используемого на комбикормовых заводах сырья насчитывает свыше ста наименований. При производстве контролируется кормовая ценность комбикормов, поэтому состав исполнительных рецептов определяется не только видами сырья, но и его качественными показателями. Технологический процесс комбикормового завода включает подготовку, измельчение, дозирование, смешивание и гидротермическую обработку сырья.
Основным сырьем маслоэкстракционных заводов служат масличные культуры, к которым в первую очередь относится подсолнечник [60]. Как и на остальных производствах, здесь используется непрерывно-поточная технология, этапами которой является отделение сорной примеси, обрушение зерен, отделение лузги, измельчение, гидротермическая обработка и жарка ядер, прессовая обработка массы, очистка и фильтрация прессового масла, экстракция масла из жмыха. Хлебоперерабатывающие комбинаты (рис. 1.2), как предприятия комплексной переработки сырья, включают в себя все или несколько из рассмотренных видов производств [9].
Оптимизация формирования многокомпонентных смесей
Проблема учета внутреннего движения ресурсов характерна не только для предприятий перерабатывающего профиля, но и для большинства крупных предприятий. Суть ее состоит в том, что поступающие на предприятие ресурсы подвергаются в звеньях хранения или на специализированных производственных участках различным операциям, приводящим в общем случае к изменению количества, себестоимости и их качественных показателей. Примером таких операций являются сушка и подработка сырья. Помимо этого себестоимость ресурсов в отдельных звеньях хранения меняется и в связи с тем, что в нее периодически (по мере выполнения соответствующих работ) включаются затраты, связанные с заготовкой, транспортировкой и хранением ресурсов. Операции простого перемещения партий ресурсов из одного звена в другое приводят к усреднению цены и качественных показателей ресурса в новом месте хранения. При этом, как уже отмечалось, в маршрутах движения сырья могут присутствовать циклические участки. Характерным примером циклических маршрутов является возврат переданного ресурса в исходное звено хранения.
Хотя все операции движения ресурсов фиксируются в производственном и бухгалтерском учете, однако до окончательных расчетов достоверным отражением операций является только количественный учет. В силу сказанного простые схемы расчетов становятся непригодными для точного учета себестоимости и качественного состава ресурсов в звеньях хранения. В известных работах [51, 74] по моделированию внутрипроизводственного движения ресурсов предлагаемые методики сводятся к исследованию отдельных операций в количественном выражении. Отсутствуют исследования по анализу состояния звеньев хранения для сложных маршрутов движения ресурсов, включающих циклические участки.
На основании изложенного можно сделать следующие выводы: 1. Комплексный количественно-качественный учет материальных запасов предприятий по переработке сельскохозяйственного сырья требует рассматривать ресурсы как многокомпонентные объекты; 2. Расчет себестоимости и качественных показателей ресурсов в звеньях хранения должен основываться на моделировании всех операций движения и других изменений ресурсов. 1. Проведенный анализ производственных процессов различных предприятий по переработке сельскохозяйственного сырья показал следующее: - в большинстве производств по переработке сельскохозяйственного сырья производится переработка сырьевых смесей, формируемых по заданным критериям с учетом определенных ограничений; несмотря на большую актуальность, автоматизация решения этой задачи до настоящего времени редко доводится до практического применения; - одной из наиболее актуальных задач управления перерабатывающих предприятий является задача управление запасами; - сложная организация подсистем хранения ресурсов, большое число различных операций при хранении и подготовке сырья создают серь 4 езные трудности в ведении достоверного и оперативного количествен но-качественный учета сырья и других материальных ресурсов. 2. Проведенный анализ методов решения перечисленных задач позволяет сделать следующие выводы: - известные математические модели производственных систем и от дельных операций не учитывают специфику перерабатывающих пред приятий, связанную с необходимостью управления качественным со ставом запасов; - существующие общие подходы к решению задачи о формировании смесей, а также попытки ее формализации для требований перераба тывающей отрасли не доведены до приемлемого уровня. В проанали зированных работах отсутствуют исследования в области формирова ния наборов многокомпонентных смесей. — известные исследования в области управления запасами ориентирова ны на минимизацию издержек, связанных с приобретением и хранени ем ресурсов, в них не учитывается тот факт, что при планировании снабжения предприятий перерабатывающей отрасли наряду с количе ством более значимым фактором является обеспечение заданных каче ственных показателей запасов. — в работах в области моделирования движения материальных ресурсов либо рассматриваются отдельные детерминированные операции, либо исследуются общие характеристики потоков ресурсов, что без допол нительных исследований не позволяет моделировать движение ресур сов как многокомпонентных объектов в многозвенных подсистемах хранения.
Анализ запасов односырьевого производства
Как уже отмечалось, управление запасами перерабатывающего производства должно основываться на анализе текущего количественно-качественного состояния запасов. Основная проблема объективной оценки качественного состава сырья заключается в большом количестве контролируемых показателей, поэтому простой сравнительный анализ показателей с заданными значениями здесь не достаточен.
Рассмотрим односырьевую систему, в которой имеются запасы из п партий сырья одного вида с т разными качественными показателями. В общем случае средние показатели качества запасов сырья отличаются от требуемых показателей вр js\tm. Оценим максимально возможное количество Ьш смеси с базисными показателями качества, которое можно получить из имеющихся запасов. Задачу можно рассматривать как формирование смеси с критерием максимума количества смеси. Обозначим через х„ і єі.и количества сырья из имеющихся партий, которое необходимо для получения этой смеси. В соответствии с разд. 1.6 задача сводится к следующей формулировке:
Решение X = (х,) позволяет рассчитать Ь"" = х,, откуда, имея интенсив ность v расходования сырья в производстве, несложно подсчитать предельное время t = bsm/v стабильной работы предприятия без пополнения запасов сырья.
Помимо рассмотренной оценки состояния запасов для управления их пополнением необходимо также определить нетто-потребность в сырье. Учитывая, что определяющим критерием заготовки сырья должно быть стремление качественных показателей запасов к базисным значениям, задачу можно сформулировать следующим образом. Пусть предприятие располагает общими запасами сырья рассматриваемого вида в количестве b при средневзвешенных значениях показателей качества Pf = \р( \іє1,/и/. Требуется определить минимальное количество хо дополнительного сырья и его качественные показатели {х, і є l,m}, приобретение которого приведет показатели качества запасов к базису Е.
Рассмотрим пример расчета нетто-потребности по предложенной методике. В табл. 3.1 приведены базисные показатели качества сырья и допуски на отклонение качественных показателей от базиса.
Как видно из примера, предложенный метод расчета нетто-потребности в сырье дает однозначное решение, как в количественном выражении, так и по качественному составу требуемого сырья. 3.2. Анализ запасов для многопродуктовых производств
Для обоснованной оценки степени пригодности общих запасов сырья на выпуск нескольких видов многосырьевой продукции помимо количественного и качественного состава запасов необходимо располагать данными либо о плане выпуска каждого вида продукции, либо о планируемом соотношении объемов их выпуска.
Пусть запасы сырья состоят из и партий сырья с т разными качественными показателями и расходуются на выпуск пг видов продукции. Будем считать, что плановые соотношения между объемами у к, к є 1,«, выпуска различных видов продукции заданы относительными значениями Используя (3.10), оценим максимально возможное количество fcf, k =\,nr каждой смеси с показателями качества, заданными рецептом (2.31), которое можно получить из имеющихся запасов. Данную задачу можно рассматривать как формирование комплекса смесей с критерием в виде максимума суммарного количества смесей. Обозначим через хы, /є1,и, кє\,пг количества сырья из имеющихся пар тий, которое необходимо для получения комплекса смесей.
Моделирование отбора и размещения партий
Автоматизация количественно-качественного учета ресурсов по звеньям хранения позволила оперативно проводить полный анализ состояния запасов сырья, проводить автоматический расчет себестоимости ресурсов без ограничений на маршруты их перемещения. 2. В системе автоматизировано распределение затрат цехов вспомогательных производств по производству ТЭР на подразделения-потребители, а также расчет себестоимости полуфабрикатов и готовой продукции. 3. Опытное использование автоматизированных расчетов оптимального состава сырьевых смесей по разработанной методике подтвердил хорошее ее соответствие требованиям производства, как по составу ограничений, так и по критериям оптимизации. 4. Реализованные функции системы управления запасами сырья позволили производить строго обоснованный выбор партий сырья и мест их размещения на элеваторах и складах. 5. Опыт внедрения перечисленных выше автоматизированных систем управления производством подтвердил адекватность представленной модели предприятия перерабатывающей промышленности реальным требованиям производственного учета. В данной работе исследованы производственные процессы различных предприятий перерабатывающей промышленности, а также опыт автоматизации управления такими предприятиями. На основе анализа этого материала и проведенных исследований были получены следующие научные результаты: - обобщены задачи управления ресурсами перерабатывающих предприятий АПК; - предложена новая постановка задачи о приготовлении сырьевых смесей и наборов смесей для предприятий перерабатывающей промышленности; - предложена методика оценки качественного состояния запасов сырья и расчета нетто-потребности в сырье с позиций обеспечения заданного качественного состава запасов; - разработана методика выбора партий сырья на рынке на основе качественного состава текущих запасов сырья; - исследовано влияние закономерности размещения поступающих партий сырья в подсистеме хранения на максимальный объем сырьевой смеси базисного качества и неперерабатываемый остаток сырья; на основе проведенного анализа предложена новая методика выбора звеньев хранения для размещения поступающих партий сырья; - дана математическая постановка задачи о внутреннем движении материальных ресурсов предприятия и предложена методика расчета себестоимости и качественного состава видов ресурсов по звеньям хранения; - разработана имитационная модель предприятия по переработке сельскохозяйственного сырья, на которой экспериментально исследована достоверность научных выводов и оценена эффективность предложенных методик управления запасами и формирова щ ния сырьевых смесей. Научные результаты данной работы использованы при проектировании нескольких автоматизированных систем управления предприятий Самарской и Оренбургской области. К настоящему времени они внедрены на следующих предприятиях: - ОАО «Богатовский элеватор», Самарская область; - ОАО «Богатовский маслоэкстракционный завод», Самарская область; - ОАО «Самарский мукомольный завод №2»; т — ЗАО «Уран» (Сорочинский комбинат хлебопродуктов), Оренбург ская область; - ОАО «Толкайский элеватор», Самарская область; - ООО СХП «Агрокомплекс-1», Самарская область. Опыт внедрения этих систем показал адекватность предложенной математической модели предприятия перерабатывающей промышленности реальным требованиям производственного учета, управления и планирования. Научные результаты по приготовлению сырьевых смесей могут быть использованы не только на предприятиях переработки сельскохозяйственного сырья, но и в таких отраслях, как металлургия, нефтехимическая, пищевая про-мышленность и др.
