Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА1 . Производственная инфраструктура и ее роль в развитии основного производства 8
1.1 Теоретические основы производственной инфраструктуры 8
1.2 Роль производственной инфраструктуры в развитии основного производства 21
1.3 Методика исследования формирования производственной инфраструктуры 32
ГЛАВА 2. Исследование условий, способствующих формированию производственной инфраструктуры промышленного узла 43
2.1 Характеристика производственной инфраструктуры бежицкого промышленного узла 43
2.2. Оценка современного состояния производственной инфраструктуры бежицкого промышленного узла 71
2.3 Экономический анализ развития бежицкого промышленного узла 96
ГЛАВА 3. Управление развитием производственной инфраструктуры промышленного узла 128
3.1 Основные направления развития производственной инфраструктуры промышленного узла 128
3.2 Разработка рекомендаций по развитию инвестиционной стратегии бежицкого промышленного узла 155
Заключение 172
Библиографический список использованной литературы. 75
Приложение
- Теоретические основы производственной инфраструктуры
- Роль производственной инфраструктуры в развитии основного производства
- Характеристика производственной инфраструктуры бежицкого промышленного узла
- Основные направления развития производственной инфраструктуры промышленного узла
Введение к работе
Диссертация посвящена изучению проблемы оптимизации управления работой технических систем с дискретными множествами управляющих воздействий, которые выполняют производственные операции. В качестве таких систем можно рассматривать как отдельно взятые технические устройства, так и производственные участки и цеха.
Оптимизация управления работой таких систем подразумевает формирование оптимальных план-графиков работы, которые обеспечивают выполнение производственных заданий при полном соблюдении технологических ограничений, и регулирование производственных процессов в реальном масштабе времени. Таким образом, рассматриваемая проблема является частью оперативного (оперативно-календарного) управления производством.
Оперативное управление производством (ОУГО включает в себя оперативное планирование производства (ОПП), которое предшествует непосредственной исполнительской деятельности, и непосредственное регулирование производственных процессов. В ходе оперативного планирования определяются конкретные объемы работ е разбивкой по периодам и графики работы исполнителей. Для большинства видов производственных процессов оперативное планирование охватывает годовое, квартальное, месячное, недельно-суточное и внутри-сменное планирование. Регулирование производственных процессов основывается на оперативном планировании и осуществляется, как правило, в реальном масштабе времени.
Применение математических методов для решения задач оперативного управления производством вызвало развитие таких разделов математики, как линейное и нелинейное программирование [13, 15, 16, 69, 129 J ; дискретное программирование [51, 105, 124] ; теория расписаний [42, 48, 116, 118] ; экстремальные задачи на гра-
фах и сетях [67, 101, 105, 123, 124] .
Отметим вкратце основные методы, используемые при решении задач ОУП.
На первых этапах применения матметодов исследователи в большинстве случаев использовали модели линейного программирования, которые хорошо отражают объемные характеристики производственных процессов [3, 14, 25, 35, 43] . В последующие годы,в связи с проработкой проблем планирования, работы участков и бригад, большое развитие получили модели нелинейного программирования, содержащие целочисленные и булевы переменные, теории расписаний и сетевого планирования [I, 27, 42, 53, 62, 73, 78, 97, 104, 106, 112, ИЗ, 127] .
Из книги Финкелыптейна Ю.Ю. [122] видно, что большая группа проблем 0Ш1 была решена методами дискретного программирования, В этой работе отмечена необходимость развития приближенных алгоритмов при решении большинства практических задач, содержащих дискретные переменные, и приведен обзор таких методов, применяемых в дискретном программировании. Более поздние результаты, полученные в этом направлении, отражены в обзоре Корбута А.А., Шинкельштейна Ю.Ю. [52] .
Широкое применение при решении задач дискретной оптимизации, и, в частности, задач 0ІШ, получили алгоритмы, разработанные на основе схемы последовательного анализа и отсева вариантов. Эта схема была обоснована в работе Михалевича B.C. [80], Дальнейшее развитие этого подхода изложено в серии статей [17, 81, 82, 83, 84, 86, 107] .
Большая группа алгоритмов решения дискретных задач оптимизации разработана на основе последовательного построения планов, предложенного Емеличевым В. А. в работах [28, 29, 30 ] . Последующее развитие этого метода отражено в работах [31, 32]
Следует особо отметить широкое применение при решении задач оптимизации производственных процессов метода ветвей и границ. Описание некоторых конкретных задач 0ПЇЇ, решенных этим методом, можно найти в работах [8, 10, 22, 55, 65, 74, 101, 118, 120, I2l].
Точное решение задач теории расписаний во многих случаях удается получить с помощью метода ветвей и границ или метода последовательного анализа вариантов. Однако, как отмечено в работах [48, 118] , математические модели, рассматриваемые в рамках этой теории, носят сильно упрощенный характер и не применимы для многих производственных ситуаций.
Исследование более сложных моделей календарного планирования привело к развитию приближенных методов решения, основанных на локальных критериях [I, 38, 42, 53, 62, 78, 97, 106, 112, 127, 130]. Во многих случаях эти методы имеют эвристический характер и тесно связаны со спецификой рассматриваемых производственных процессов.
Для некоторых задач дискретного программирования, теории расписаний и сетевого планирования предложены алгоритмы решения, использующие идеи динамического программирования [5, 6, 51, 83, 93, IOlJ. Рассмотрим этот подход более подробно. В настоящей работе динамическое программирование рассматривается как раздел теории оптимального управления, связанный с принципом оптимальности Беллмана и соответствующими ему функциональными соотношениями [о, 18] . Поэтому в данном случае можно говорить о некотором применении теории оптимального управления для решения задач дискретной оптимизации.
Использование идей динамического программирования в отмеченных выше задачах происходит по следующей схеме. На основе конкретных особенностей решаемой проблемы вводится некоторая функция, для которой удается получить соотношения, аналогичные уравнениям Беллмана в динамическом программировании. Затем разрабатывается
- 7 -алгоритм решения задачи, основанный на этих соотношениях.
При таком подходе исходная задача не изучается в терминах динамического процесса с заданными множествами управляющих воздействий и конкретные функциональные уравнения получаются не из общих уравнений Беллмана, а выводятся самостоятельно.
С нашей точки зрения постановка исходной дискретной задачи на языке теории оптимального управления дает дополнительные преимущества. Действительно, принцип оптимальности Беллмана является только одним из принципов, используемых при изучении оптимальных процессов. Имея формулировку задачи в виде задачи теории оптимального управления можно разрабатывать методы ее решения, основанные на принципе оптимальности Кротова [57] или на основе принципа максимума Понтрягина [60, 70, 71, 89, 98] .
Развитие теории оптимального управления проходило одновременно с развитием упомянутых выше дисциплин. Однако основные приложения этой теории были связаны с проблемами управления работой технических устройств, не связанных с производственными процессами и имеющими непрерывную регулировку режимов работы.
Применения теории оптимального управления к решению задач ОУП встречались гораздо реже. Так, например, некоторые проблемы оптимизации производственных процессов рассмотрены в книге Беллмана Р. и Дрейфуса С. [б]; в работе Непомнящих В.А. [91] разработан подход к решению одной задачи теории расписаний; в работе Зимина И.Н., йванилова Ю.П. [39J проведено сведение задачи сетевого управления к задаче теории оптимального управления; в книге Моисеева [89J описан метод сведения некоторого класса проблем теории расписаний к задачам теории оптимального управления; в работе Себастьяна и Густафсона [145] приведен пример использования теории оптимального управления для решения конкретной задачи управления режимами работы автотранспорта.
Характерной особенностью этих работ, по нашему мнению, является следующее обстоятельство.
Дискретные переменные, необходимые для учета технологических ограничений на выполняемые работы (порядок выполнения, непрерывность и др.), либо совсем не используются при разработке математических моделей, либо устраняются с помощью метода штрафных функций. За счет этого в данных задачах удавалось црименить методы традиционной теории оптимального управления.
Как отмечено выше, большинство применений теории оптимального управления связано с работой технических устройств, имеющих непрерывное регулирование. Поэтому вполне естественными были ограничения на управляющие воздействия, которые записывались в виде неравенств а.± и (к) г 4 , где и (к) - Уп - вектор управляющих воздействий; #- , & - векторы в пространстве R
В связи с этим, в доказательствах многих результатов теории оптимального управления (особенно теории дискретных во времени систем) используются свойства замкнутости, выпуклости, телесности для множеств управляющих воздействий [90, 98] . Очевидно, что множества векторов с целочисленными координатами не удовлетворяют этим свойствам. Поэтому устранение дискретных переменных, используемых при описании множеств управляющих воздействий, являлось важным шагом для применения разработанных в теории оптимального управления методов при решении задач оперативного управления производством.
Описанный подход к решению задач ОПП методами теории оптимального управления обладает следующим недостатком. Применение метода штрафных функций для устранения дискретности приводит к тому, что выполнение технологических ограничений, порождающих эту дискретность, достигается, как правило, на точном решении.
- 9 -Отыскать точное решение задачи оптимального управления удается крайне редко. Поэтому найденное приближенное решение может оказаться технологически неприемлемым.
Развиваемый автором подход к решению задач оперативного управления производством состоит в следующем.
Решаемая производственная проблема формализуется на языке теории оптимального управления. При этом в процессе формализации систематически используются дискретные переменные для описания требуемых технологических и других производственных ограничений. Затем применяется метод решения, позволяющий получить точное или приближенное решение поставленной задачи.
Исходя из поставленной проблемы необходимо учитывать следующие ограничения на методы решения возникающих задач.
Во-первых, полученное решение должно быть технологически осмысленным. Во-вторых, очень часто время решения задачи ограничено. В-третьих, при решении конкретных проблем, в большинстве случаев, выбор комплекса технических средств жестко ограничен, поэтому возникают ограничения по объему памяти и производительности ЭВМ. Таким образом, при реализации описываемого подхода возникают нетрадиционные задачи теории оптимального управления, методы решения которых должны удовлетворять перечисленным выше требованиям.
Целесообразность такого подхода к решению задач ОУП была осознана автором под влиянием М.Г. Дмитриева, В.Я. Глизера, Г.А. Доррера в процессе совместной работы над решением задачи оптимального объемно-календарного планирования производства пиломатериалов на экспорт. По нашему мнению, в полном виде этот подход был впервые применен именно при решении этой проблемы. Результаты, полученные в ходе ее решения, опубликованы в серии работ [92, 96, 149, 150, 151, 164, 165] .
В процессе реализации описанного подхода часто возникает задача дискретного оптимального управления типа Майера-Больца, у которой множества управляющих воздействий дискретны. Эта задача является основным объектом изучения в данной работе.
Отметим, что задачи с дискретными множествами управляющих воздействий уже встречались при оптимизации управления техническими устройствами. Так, например, в книге Табака А. и Куо Б. [105] описана линейная система управления антенной, имеющая конечные множества управляющих воздействий.
Работа Михалевича B.C., Попадинца В.И. и др. [85] посвящена изучению задач оптимального управления, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями с дискретными множествами управляющих воздействий. Задачи такого рода встречаются при оптимизации движения летательного аппарата. В работе Ермолаева A.M. [33] рассмотрена дискретная во времени система, у которой часть управляющих воздействий дискретна. Такая система встречается при работе с цифровыми вычислительными устройствами.
Основным отличием изучаемых в данной работе моделей является дискретность множеств управляющих воздействий. Рассмотрим этот вопрос несколько подробнее.
Переменные, выражающие объемы, доли, интенсивность выполняемых работ, количество потребляемых ресурсов и т.д., как правило, в математических моделях являются действительными. Переменные, показывающие номер режима или способы выполнения работ, а также переменные, отражающие соответствие между исполнителями и работами, обычно имеют целочисленные значения и являются дискретными.
Традиционно переменная считается дискретной, если она принимает целочисленные или булевы значения. Однако, такой подход к пониманию дискретной переменной может оказаться стесняющим при разработке математических моделей производственных процессов.
- II -
Поясним это на следующем примере.
Каждый режим работы можно охарактеризовать с помощью вектора потребляемых и производимых продуктов в единицу времени. В процессе формализации задачи может оказаться целесообразным вместо номера режима (целочисленная переменная) использовать переменную, которая принимает значения в множестве векторов, соответствующих режимам. Очевидно, что принципиальной разницы нет, но за счет такого подхода в некоторых случаях можно добиться технических преимуществ в виде более удобной записи ограничений.
В соответствии с этим замечанием в настоящей работе применяем определение дискретности множества на основе свойства изолированности его точек. Переменная называется дискретной, если она принимает значения в дискретном множестве. Ясно, что целочисленные и булевы переменные являются дискретными в соответствии с этим подходом. Поэтому используемое определение не противоречит устоявшейся практике.
Рассмотрим применимость методов решения задач теории оптимального управления к решению задачи Майера-Вольца с дискретными множествами управляющих воздействий.
Если все множества управляющих воздействий конечны, то для этой задачи остаются справедливыми функциональные соотношения Беллмана. Поэтому можно в принципе применить метод решения, основанный на восстановлении функции Беллмана [18, 51, 101] . Однако, как неоднократно отмечалось в литературе, практически использовать этот подход удается при небольшой размерности вектора фазовых переменных, что крайне редко встречается при решении производственных задач.
В случае бесконечных дискретных множеств управлябщих воздействий операция минимизации на этих множествах, входящая в .уравнение Беллмана, может оказаться неразрешимой в силу их не-
- 12 -замкнутости. Поэтому в данном случае необходимо формировать оптимизирующую последовательность на основе приближенного решения уравнений Беллмана.
Принцип оптимальности Кротова [57] применим для этой задачи в случае произвольных дискретных множеств управляющих воздействий. Предложенный В.Ф. Кротовым [56] метод решения задач оптимального управления был применен в работе Кротова В.Ф., Сергеева СИ. [ 58] для решения некоторых задач дискретной оптимизации. Однако, для систематического решения задач ОУП этот метод может оказаться неприемлемым в силу того, что получаемые на его основе приближенные решения не всегда являются допустимыми решениями исходной задачи.
В работе Вукреева и Розенблата [12] на основе полиномиальной оценки функции Кротова предложен подход к решению задачи приближенного синтеза оптимального управления для дискретных систем, который применен к решению задачи целочисленного линейного программирования. Использование этого подхода к решению задач ОУП затруднительно в силу их большой размерности.
Методы теории, оптимального управления, основанные на принципе максимума Понтрягина Г 60, 89, 98J требуют дополнительного обоснования, т.к. доказательства этого принципа для случая дискретных во времени систем существенно используют такие свойства множеств управляющих воздействий как выпуклость, замкнутость, телесность 90,. 98], а дискретные множества этими свойствами не обладают.
Если рассматривать изучаемую задачу в виде задачи дискретного программирования, то в принципе возможны следующие подходы к ее решению.
Во-первых, в тех случаях, когда рассматриваемая задача попадает в класс задач, уже изученных в дискретном программировании
- ІЗ -
, (целочисленная линейная задача, задача с булевыми переменными, задача о ранце, задача коммивояжера и т*д.), можно пытаться решить ее с помощью разработанных методов (алгоритмы отсечения, метод Балаша и др.). Однако применимость точных методов ограничена большой размерностью решаемых производственных задач, а приближенные методы решения лучше разрабатывать с учетом конкретной структуры задачи, записанной в форме задачи оптимального управления.
Во-вторых, для решения задачи можно использовать методы дискретной оптимизации, упомянутые выше (метод ветвей и границ, метод последовательного анализа вариантов, метод последовательного построения планов).
В-третьих, используя штрафные добавки можно устранить дискретные переменные и рещать обычную задачу нелинейного программирования одним из подходящих методов 15]. Однако, при таком подходе необходимо следить за тем, чтобы получаемое решение было технологически осмысленным.
Основной текст работы содержит три главы. Опишем кратко результаты, содержащиеся в этих главах.
Первая глава посвящена изучению дискретной задачи Майера--Больца с дискретными множествами управляющих воздействий. Первые два параграфа этой главы посвящены изложению вводного материала и обсуждению особенностей оптимизации на дискретных множествах.
В частности, первый параграф содержит точное определение дискретного множества, описание различных примеров дискретных множеств и обсуждение их геометрических свойств (выпуклость, замкнутость, телесность). Проведенное рассмотрение показывает, что дискретные множества управляющих воздействий существенно отличаются от обычных континуальных множеств, рассматриваемых в традиционных разделах теории оптимального управления.
Во втором параграфе приводится определение -минимального
решения и обсуждается его связь с широко используемым в теории оптимального управления понятием минимизирующей последовательности.
В этом же параграфе рассмотрен вопрос о возможности решения задач оптимизации на дискретных множествах путем наложения штрафа за нарушение дискретности и погружение задачи в множество более простой структуры.
При рассмотрении этого вопроса используется техника малых возмущений и работа Первозванского А.А., Гайцгори В.Г. [94]. С нашей точки зрения этот подход дает некоторые методические преимущества по сравнению с методом штрафных функций ГІ5, 23]
С помощью простого примера показано, что если не вводить штрафных добавок в критерий, то решение расширенной задачи может как угодно сильно отличаться от решения исходной задачи. Хотя формально устранение дискретности возможно, на основе данного подхода, практически, это только переносит трудность решения исходной задачи на задачу нелинейного программирования и в вычислительном плане не дает никаких преимуществ по сравнению с исходной задачей.
В третьем параграфе приводится математическая постановка изучаемой задачи дискретного оптимального управления с дискретными множествами управляющих воздействий. Рассмотрен вопрос о существовании решения. Показано, что многие задачи дискретного программирования и задачи теории расписаний могут быть приведены к рассматриваемому виду.
В четвертом параграфе рассмотрен вопрос об устранении фазовых ограничений, которые обычно сильно осложняют решение задачи. В теории оптимального управления 89, 98] для этих целей обычно применяют метод штрафных функций. В данном разделе изучение этого вопроса проведено на основе метода малых возмущений
[94] (аналогично параграфу 2). Показано существование конечного возмущения, при котором решение возмущенной задачи дает точное решение исходной задачи в случае конечных множеств управляющих воздействий.
Пятый параграф посвящен изложению метода ветвей и границ для решения дискретной задачи Майера-Вольца с конечными множествами управляющих воздействий. Выше уже было отмечено, что метод ветвей и границ часто используется при решении задач дискретной оптимизации и задач оперативного управления производством.
Для применения метода ветвей и границ важную роль играет способ построения оценок критерия задачи. В том случае, когда решаемая задача формализована в виде задачи теории оптимального управления, существует регулярный метод построения оценок на основе формализма Кротова [57] . Это является еще одним достоинством предлагаемого подхода к решению задач дискретной оптимизации.
При наличии жестких ограничений на время решения задачи полная реализация метода ветвей и границ может оказаться невозможной. Поэтому в шестом параграфе изложены методы приближенного решения на основе схемы ветвей и границ. Как и в случае традиционного использования этого метода [8» 137] , рассмотрены два варианта приближенных алгоритмов: с априорной и апостериорной оценкой точности.
Алгоритм ветвей и границ, рассмотренный до момента получения первого допустимого решения, является обобщением схемы селекции. Эта схема успешно применялась ранее как высокоэффективный эвристический прием при решении разнообразных технических и научных проблем [19, 41, 100].
В седьмом параграфе рассмотрен метод последовательных приближений на основе функциональных соотношений Беллмана. Этот ме-
тод позволяет экономить оперативную память ЭВМ за счет увеличения времени счета и формировать приближенное программное управление не восстанавливая функции Беллмана во всех множествах достижимости. Похожие по технике алгоритмы последовательного приближения рассмотрены для непрерывных во времени систем в работах [40, 9lJ и для дискретных автономных систем в работах [49, 50]. Показана сходимость предложенного алгоритма за конечное число шагов.
Предложенный алгоритм основан на методе последовательных приближений в пространстве управлений [18]. Отмеченные выше результаты справедливы также для метода последовательных приближений в пространстве функций Беллмана [18].
В восьмом параграфе рассматривается принцип максимума Понт-рягина для линейных систем с конечными множествами управляющих воздействий. Выявлены условия, при которых этот принцип выполняется в необходимой и достаточной форме.
Как отмечено выше, для дискретных систем в традиционной теории [98J этот принцип доказывается при условиях выпуклости множеств управляющих воздействий.
Условия дискретности множеств управляющих воздействий приводят к тому, что даже в линейном случае при обосновании этого принципа появляются некоторые труднопроверяемые условия на поведение системы.
Методы последовательных приближений на основе принципа максимума Понтрягина подробно описаны в работах [60, 70, 71]. Техника этих методов не требует существенных изменений для рассматриваемого случая. Но в большинстве задач ОУП их обоснованность остается открытой.
Большой объем вычислений, необходимый для полной реализации метода ветвей и границ или метода последовательных приближений на
- 17 -основе функциональных соотношений Беллмана приводит к тому, что на базе этих методов за практически приемлемое время удается получить только некоторое приближенное решение. Возникает естественное желание провести дальнейшую оптимизацию найденного решения другим методом, который требует меньших затрат машинного времени.
В настоящей работе для этих целей используется метод покомпонентного варьирования и некоторые его модификации. Этот метод является естественным обобщением таких хорошо известных методов как покоординатный спуск [15], метод локальных вариаций Крыло-ва-Черноусько [61] , групповой покоординатный спуск [9, 142] Показано, что такой подход позволяет получить локально-оптимальное решение. Исследован вопрос о корректности соединения этого метода с методом штрафных функций.
Вторая глава посвящена изучению задачи коммивояжера и некоторых ее обобщений на основе предложенных методов теории оптимального управления.
Задача коммивояжера и ее разнообразные обобщения часто встречаются при решении проблем оперативного управления производственными процессами [48, 88, 93, 63, 64, 75, НО, 112, 128, 149, 163] .
Традиционная задача коммивояжера заключается в следующем. Коммивояжер находится в городе 0.0 Ему необходимо посетить по одному разу все города из множества М и вернуться в город
а0 . Решением задачи является кратчайший маршрут, удовлетворяющий этим условиям.
Обобщения задачи коммивояжера изучаются в различных направлениях. Работы [26, 37, 97, 99] посвящены задаче нескольких коммивояжеров. В работах [65, 112, 141] изучаются обобщения традиционной задачи, связанные с количеством посещений городов и проходов по дугам. Задачи коммивояжера с ограничениями по срокам
- 18 -изучались в работах [105, 133] . В работе [63] обобщение состоит в том, что расстояние между городами тоже является переменной величиной; а в работе Г III] меняется список городов, которые должен посетить коммивояжер. В работах [64, 149, 153, 157] изучается задача коммивояжера с ограничениями на маршрут движения, связанными с порядком прохождения городов.
Точные методы решения обобщенных задач коммивояжера состоят обычно в следующем: решением обобщенной задачи сводят к решению традиционной [ 54, 112, I57J ; или разрабатывают оригинальный способ решения на основе упомянутых выше общих подходов к решению дискретных оптимизационных задач (метод ветвей и границ, метод динамического программирования и т.д.).
Точные алгоритмы решения традиционной задачи коммивояжера в основном используют схему метода ветвей и границ [51, 63, 64, 65, 68, 101J . Однако, для специальных случаев матрицы расстояний удается разрабатывать и другие подходы к решению [ИЗ, 128, 14б] . Более полный обзор точных методов можно найти в работе [107] .
Приближенные методы решения задачи коммивояжера основаны на самых разнообразных идеях [21, 24, 47, 77, 122, 135, 136, 139, 143 J . Систематизированные обзоры приближенных методов с результатами вычислительных экспериментов содержатся в работах [II, 122, 139, 143, 147].
В первом параграфе второй главы содержится математическая постановка изучаемой задачи коммивояжера с ограничениями на маршрут движения, которая является обобщением задач, рассмотренных в работах [64, 149, 163].
Во втором параграфе показано, что решение этой обобщенной задачи сводится к решению традиционной задачи коммивояжера путем переопределения исходной матрицы расстояний.
В третьем параграфе выявлены условия на функцию расстояния,
- 19 -при которых возможно сокращение размерности решаемой задачи, и описан алгоритм сведения к задаче с меньшей размерностью.
Четвертый параграф содержит формализацию задачи коммивояжера в форме задачи теории оптимального управления. На основе формализма Кротова построено начальное приближение функции Беллмана, которое необходимо для реализации метода, последовательных приближений.
В пятом параграфе излагаются результаты численных экспериментов с алгоритмами, описанными в первой главе, на примере задачи коммивояжера и приводится сравнение с некоторыми другими алгоритмами решения задачи коммивояжера, которые были предложены ранее.
Третья глава диссертации посвящена описанию конкретных проблем оперативного управления производством, при решении которых был применен описанный выше подход на основе теории оптимального управления.
В первом параграфе рассмотрена задача формирования оптимального программного управления для системы с параллельной обработкой входов, имеющей ограничения на совместный выход.
В зависимости от вида входа (сырьевой, энергетический, информационный) и конкретизации понятий "обработка" и "выход" могут быть построены структурные модели для широкого класса технических систем. Например, переработка сырья на параллельных производственных линиях, оптимизация потребления энергетических ресурсов, работа многопроцессорного вычислительного комплекса и т.д.
В диссертации эта задача излагается используя производственную терминологию, т.е. вход это сырье, выход это продукция, а процесс формирования выхода по входу соответствует процессу переработки сырья в конечную продукцию. В этих терминах задача фор-
мирования программного управления для системы с параллельной обработкой входов является задачей формирования оптимальной производственной программы при ограничениях на поток вырабатываемой продукции.
На первых этапах применения математических методов задачи формирования производственной программы формулировались как задачи линейного программирования[3, 4, 20, 25, 35, 43, 45, 62, бб, 75, 88, 97, 106, 114, 125]. Однако уже в работе Первозванского А.А.[93J показано, что при специфических условиях на поступление сырья линейная модель становится не адекватной производственной ситуации.
С нашей точки зрения представляется целесообразным использовать модели теории оптимального управления для задач расчета производственных программ в тех случаях, когда имеются ограничения на одновременное выполнение технологических операций.
Такие ограничения возникают, например, при наличии сетевых ограничений на порядок выполнения работ. Другой вид ограничений связан с потоком вырабатываемой продукции, Например, если в потоке продукции нельзя допустить одновременного появления двух конкретных видов изделий, то нельзя одновременно выполнять работы, результатом которых будет создание этих запрещенных видов продукции.
В диссертации задача формирования оптимальной производственной программы изучается при достаточно общих ограничениях на поток вырабатываемой продукции. Приведена формализация этой задачи в форме задачи теории оптимального управления с дискретными множествами управляющих воздействий.
Применение алгоритмов решения, изложенных в первой главе, позволяет свести решение основной задачи к ряду задач оптимизации на множествах управляющих воздействий. Используя конкретные осо-
бенности этих множеств разработаны эффективные алгоритмы для определения их мощности и решения на них оптимизационных задач.
Для частного случая задачи по расчету производственной программы, который получается из общей постановки при условиях равномерности поступления сырья, показана неединственность решения задачи. Введен дополнительный критерий оптимизации, связанный с равномерностью потока вырабатываемой продукции. Оптимизация по дополнительному критерию сводится к решению обобщенной задачи коммивояжера, которая была изучена во второй главе. Используя результаты главы 2 разработан приближенный алгоритм для оптимизации дополнительного критерия.
Во втором параграфе третьей главы рассмотрена задача оптимального объемно-календарного планирования производства пиломатериалов на экспорт, которая является частным случаем задачи формирования производственной программы. Конкретизированы технологические ограничения на поток вырабатываемой продутсции. Цриве-ден пример расчета производственной программы на реальных данных.
В третьем и четвертом параграфах рассмотрены задачи "Оптимальное управление потреблением активной мощности" и "Оптимальное управление потреблением реактивной мощности" соответственно. Эри задачи возникают в процессе функционирования автоматизированной системы управления технологическим процессом энергопотребления (АСУТПЭ), которая должна удерживать потребление электроэнергии предприятием в заданных энергосистемой пределах в периоды ее пиковых нагрузок.
Задача оптимального управления потреблением активной мощности по своей математической структуре аналогична задаче, рассмотренной в первом параграфе. Отсюда следует большая общность в методах решения. Отличие состоит в технике решения задач
оптимизации на множествах убавляющих воздействий. В настоящей работе приведена математическая модель этой задачи, описана ее
связь с задачей формирования производственной программы. Полный
алгоритм решения изложен в работе [162].
Для задачи оптимального управления потреблением реактивной мощности приведена математическая модель, описана декомпозиция задачи в серию задач оптимизации на множествах управляющих воздействий и изложена общая схема решения этих локальных задач. Полное описание алгоритма приведено в работах [160, 1611 , основные результаты в работе [160].
Описанные результаты получены автором и опубликованы в работах [149 - 165].
Нумерация определений, формул и утверждений независимая в каждом параграфе. Ссылка на формулу внутри параграфа осуществляется по ее номеру. Для ссылки на формулу из другого параграфа этой главы используется двойной номер. Так, например, формула (3.4) в тексте первой главы обозначает формулу (4) из третьего параграфа этой главы. Ссылки на формулы из другой главы имеют тройной номер. Тоже самое справедливо для ссылок на теоремы, леммы и определения.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю М.Г. Дмитриеву за постоянную помощь на всех этапах выполнения работы, многочисленные указания и замечания, а также за обсуждение всех полученных результатов. Автор благодарен В.И. Гурману за неоднократные указания на целесообразность применения принципа оптимальности Кротова при решении задач ОУП, за прочтение предварительных материалов по диссертации и высказанные замечания. Автор выражает благодарность А.А. Первозванскому за плодотворное обсуждение широкого круга вопросов, связанных с темой диссертации, и высказанные замечания по предварительным результатам.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
I» Осуществлена систематическая разработка подхода к решению задач оперативного управления дискретными производственными процессами, основанного на сведении к задачам теории оптимального управления типа Майера-Больца с дискретными множествами управляющих воздействий.
Разработан метод ветвей и гарниц для решения задачи Майера-Больца с конечными множествами управляющих воздействий и приближенные алгоритмы на базе этого метода.
Обоснован метод последовательных приближений на основе функциональных соотношений Беллмана для задачи Майера-Больца на дискретных множествах.
Проведено сведение задачи оптимизации равномерности потока вырабатываемой продукции к обобщенной задаче коммивояжера с ограничениями на порядок прохождения городов. Для обобщенной задачи коммивояжера разработан алгоритм сведения к традиционной задаче коммивояжера и алгоритм сокращения размерности.
Разработаны математические модели и алгоритмы решения следующих конкретных производственных проблем:
"Расчет оптимального программного управления для системы с параллельной обработкой входов и ограничениями на общий выход?
"Формирование оптимальной производственной программы выработки экспортных пиломатериалов".
"Оптимальное управление потреблением активной мощности".
"Оптимальное управление потреблением реактивной мощности".
Теоретические основы производственной инфраструктуры
В современной экономической теории анализ инфраструктуры - неизменно актуальная тема. Для выявления экономической сущности инфраструктуры необходимо рассмотреть причины ее появления. Строительство объектов инфраструктуры происходило на всем предыдущем развитии человеческой цивилизации. Подтверждением этого служит история древнего мира, где упоминается, что одним из семи чудес света являлся Александрийский маяк, обеспечивающий безопасность мореплавания в дельте Пила, существование которого подтверждено находками археологов. В отечественной истории действующим объектом инфраструктуры является построенная при Петре I Мариинская водная система, соединившая Балтийское море с Волгой. Понятие "инфраструктура" (от латинского "infra" - под, ниже и "structure" - строение, распоряжение) впервые стало применяться в буржуазной экономической литературе. В широком смысле слова под инфраструктурой подразумевается "совокупность отраслей капиталистической экономики, от функционирования которых зависит уровень активной производственной деятельности в стране: это транспорт, связь, энергия, ирригация, образование, здравоохранение, общественные службы, связанные с обеспечением закона и порядка" [82]. Понятие "инфраструктура" зарубежные экономисты заимствовали из военного лексикона, где он означал комплекс постоянных сооружений, обеспечивающих действия вооруженных сил: аэродромы, ракетные базы, радиолокационные посты, складское хозяйство и т.д. Появление в экономическом обороте понятия "инфраструктура" американский экономист П.Самуэльсон связывает с именем своего соотечественника П.Розенштейн-Родана, а английский исследователь А.Янгсон, пишет, что понятие "overhead capital", или, как сейчас называется, "инфраструктура", вошло в обиход после 40-х годов 20 века, и одно из самых ранних выражений его в печати появилось в работе Х.3ингера. Начиная с этого времени, инфраструктура прошла определенный путь развития, обогатилось ее содержание и значение. Экономисты пришли к единому мнению, что в любом производстве требуются определенные затраты капитала, применение которого не дает непосредственно прямого результата в форме готового к реализации товара и не приносит прибыли непосредственно производителю. Так, П.Розенштейн-Родан понимал под инфраструктурой базовые отрасли экономики (энергетика, транспорт, связь), развитие которых предшествует более быстроокупаемым и прямо производительным инвестициям" [82] .Такой же позиции придерживается Х.Зингер, который, по словам А.Янгсона, впервые показал различие между капиталом, направляемым в инфраструктуру, и прямо-производительным и на этом основании сделал вывод о том, что если в высокоразвитых капиталистических странах инвестиции автоматически направляются по всем линиям, то в развивающихся странах необходимо придерживаться определенной инвестиционной стратегии, чтобы вызвать "кумулятивный процесс", когда инвестиции способствуют росту национального дохода, а прирост национального дохода вновь стимулирует рост инвестиций. Х.Зингер считает, что по своей природе капиталовложения в инфраструктуру непроизводительны и выступают, по его мнению, как накладные издержки общества, или как накладной капитал (overhead capital). П.Розенштейн-Родан и другие западные экономисты считают, что капитал, напрвляемый в инфраструктуру, имеет такие особенности: требует крупных первоначальных затрат; длительный период оборачиваемости; его услуги не могут быть импортированы. Выделяемые признаки характеризуют традиционные отрасли производственной инфраструктуры, представленные энергетикой, транспортом, связью, вспомогательными службами и т.д. К такому толкованию инфраструктуры близки и П.Самуэльсон и Нордха-ус. По их мнению, инфраструктура или общественный накладной капитал - "это капиталовложения в ключевые области, от которых зависит экономическое развитие страны, в частности: в транспорт, энергетику и средства связи" [73]. В 60-х годах английский экономист А.Янгсон1, рассматривая развитие инфраструктуры в связи с проблемами экономического роста и подводя итоги уже известным изысканиям в этой области экономической науки, не соглашается с этими критериями. А.Янгсон считает, что признаками, на основе которых можно было бы сгруппировать отрасли инфраструктуры, являются создание внешней экономики и удовлетворение будущего спроса на представляемые услуги. К.Р.Макконелл, С.Л.Брю под "инфраструктурой понимали для экономики "капитальные сооружения, использование которых гражданами и фирмами обычно обеспечивается государством (автомагистрали, мосты, городские транспортные системы, аэропорты), для фирмы - это службы и сооружения, необходимые для производства продукции, создание которых собственными силами обошлось бы слишком дорого и поэтому обеспечивается государством или другими фирмами (водоснабжение, электроэнергия, вывод производствен ных отходов, перевозки грузов, научно-исследовательские и проектно-конст- рукторские работы, финансовые и банковские учреждения)"[86]. Таким образом, у западных экономистов существует разный подход к определению признаков инфраструктуры. В отечественной экономической литературе сложились также различные точки зрения на определение признаков инфраструктуры. Так Ю.И.Блохин к характерным признакам инфраструктуры относит: - косвенное влияние отраслей инфраструктуры на экономику страны, региона; - межотраслевое значение продукции отраслей инфраструктуры; - общественный характер потребления. В экономической литературе имеется множество определений инфраструктуры, различающих последнюю как по выполняемым ею функциям, так и по перечню входящих в нее отраслей. Одни ученые понимают под этим всю систему обслуживания, видя функцию инфраструктуры в "предоставлении услуг и производству, и населению", в "осуществлении социально-экономических функций, обусловленных потребностями материального производства и населения".2 Другие понимают под инфраструктурой только систему производственного обслуживания, видя ее значение в " создании общих условий производства", в "обеспечении деятельности основного производства." В некоторых работах инфраструктура понимается как накопленное материальное богатство, как совокупность объектов и сооружений, "обеспечивающих необходимые материально-технические условия для успешного функционирования предприятий промышленности и сельского хозяйства", "как часть национального богатства, которая...призвана обеспечить... беспрепятственное поле деятельности." Другие экономисты считают, что инфраструктура — не просто материальное богатство, а сфера деятельности человека Приведем некоторые другие определения инфраструктуры. С.А.Хейнман рассматривает инфраструктуру материально производства как "группу отраслей, от которых в большей степени зависит бесперебойность и эффективность всего общественного производства в целом. Сюда относятся прежде всего транспорт всех видов - железнодорожный, водный, автомобильный, воздушный и трубопроводный, связь, материально-техническое снабжение и складское хозяйство, а также отрасли, связанные с обслуживанием и управлением процессом общественного производства"[105]. ПА.Игнатовский и С.С.Дзарасов определяют инфраструктуру как систему отраслей и служб, удовлетворяющих нужды производства м всего сельского населения (дороги, склады, транспорт, коммунальное, бытовое обслуживание и т.д.) [78]. Л.А.Меркушев считает, что "инфраструктура вообще — вспомогательные виды деятельности, направленные на обслуживание главного объекта." По определению Е.И.Поповой, инфраструктура - это "группа отраслей материального производства, непосредственно не производящая вещественных благ и представляющая всем отраслям и сферам общественного производства услуги производственного характера." [26] А.Г Милейковский, Г.П.Солюс, Ю.И.Ригин инфраструктуру рассматривают как комплекс отраслей общего пользования, создающих необходимые условия для функционирования частнокапиталистических предприятий. В этом случае к инфраструктуре относят: различные виды транспорта (железнодорожный, водный, автомобильный, воздушный) и транспортного строительства (автодороги, аэродромы, пристани, порты и т.д.), энергетику, средства связи, водоснабжение и санитарно-техническое обслуживание [83].
Роль производственной инфраструктуры в развитии основного производства
Инфраструктура промышленного узла в целом представляет собой комплекс вспомогательных отраслей, обслуживающих и обеспечивающих нормальную деятельность социоприродохозяйственной системы промышленного узла. Производственная инфраструктура промышленного узла является составной частью инфраструктуры промышленного узла. При функционировании производственной инфраструктуры промышленного узла наряду с материальными, трудовыми и финансовыми ресурсами используются природные, следовательно, производственная инфраструктура промышленного узла связана с системой отношений природопользования, которые осуществляются по поводу естественных условий производства, технических, химических, биологических средств производства живого труда и продукта.
В последнее время все большее внимание специалистов-экономистов, экономистов-географов привлекает такая форма размещения производства, как промышленные узлы. Промышленные узлы в настоящее время стали предметом пристального внимания представителей различных наук: экономической географии, промышленного проектирования, размещения производительных сил, экономики и политической экономии. Размещение промышленного производства в форме промышленных узлов получило широкое развитие, как в России, так и за рубежом. По словам А.И.Деменева, «... промышленные узлы — это не только объект научного исследования, они уже стали важнейшей формой научного планирования, размещения и территориальной организации промышленности».[70] Построить промышленный узел - это, по словам Г.М.Кржижановского, воспользоваться выгодами «квалифицированной концентрации производства»[45]. Ту же мысль Н.Н.Колосовский высказал другими словами; «Создать узел - это значит спроектировать такую группу предприятий в одной промышленной точке или в целом районе, при которой достигается определенный экономический эффект за счет удачного (планового) подбора предприятий в соответствии с природными и экономическими условиями района, с его транспортным и экономико-географическим положением »[43].
А.И.Деменев промышленный узел определяет как «территориально-производственный комплекс предприятий, расположенных в одном или нескольких промышленных пунктах, находящихся в непосредственной близости и объединяемых общностью территориальной специализации, материально-технической базы, производственными связями и сферой обслуживания »[70].
В.А.Адамчук, Б.Л.Двоскин пишут, что «промышленный узел - это производственно-территориальный комплекс, размещенный на сравнительно ограниченной площади, характеризующийся общностью территориальной специализации хозяйства и развитыми экономическими связями, с взаимной увязкой отраслей производства и непроизводственной сферы, вспомогательных и подсобных предприятий, а в ряде случаев с общностью технологического процесса, обслуживаемый, как правило, единой системой транспорта, энергоснабжения и расселения»[45].
Э.Б.Алаев пишет: « Промышленный узел - это блок промышленных предприятий 7, имеющих между собой производственные связи» [47].
А.Г.Гранберг определил промышленный узел как «сочетание промышленных предприятий, одного или нескольких населенных пунктов вместе с общими объектами производственной и социальной инфраструктуры, размещенных на компактной территории»[35].
Значительное развитие за последние годы промышленные узлы получили не только в России, но и в капиталистических странах. По данным Л.Бернса (США), первые планируемые промышленные комплексы в США и Великобритании были созданы в к. 19 века. Накануне Второй мировой войны их было в США около 30, а к 1996г. - больше 500. Причем более 80% существующих комплексов было создано после 1949г. В 1958г из 673 промышленных узлов, существовавших во всем мире, более половины было сосредоточено в Америке, из них 302 - В США и 68 -в Пуэрто-Рико.
В каждой стране существуют свои методы планировки, организации и эксплуатации заранее проектируемых промышленных узлов, в связи с чем они различны по форме, содержанию и названиям.
В США, например, промышленные узлы известны под следующими названиями: «промышленный парк» («industrial park»), «промышленная зона» («industrial tract»), «организованный промышленный район» («organized industrial district»), «участок индустриализации» («industrial estate»).
Промышленный парк («industrial park», «industrial estate» иногда переводят как «промышленный микрорайон») есть «участок земли, оборудованный необходимыми элементами инфраструктуры (водоснабжение, энергоснабжение, транспорт, производственные здания) и затем продаваемый или сдаваемый в аренду предпринимателям для организации промышленных предприятий»[46]. Упрощенный вариант промышленного парка представлен расчищенным и подготовленным для строительства участком территории без подвода систем инфраструктуры («industrial area» - «промышленная площадка»).
Каждый такой парк может быть рассчитан на различное количество предприятий - от 10 до 100 и больше, в зависимости от площади парка. Наибольшее развитие строительство промышленных парков среди развивающихся стран получило в Индии. В 1955г. возникли два первых парка в Окхаме (район Дели) и Найни (район Илахабада). К концу 1967г. в Индии действовали483 промышленных парка (187 — в городах, 200 - в пригородах и 96 - в сельской местности), которые располагали 3700 производственными зданиями.
Из стран Африки, применяющих промышленные парки в качестве одного из методов размещения и развития промышленности, можно отметить Гамбию, Гану, Кению, Маврикий, Нигерию, Замбию. В Азии, кроме Индии, промышленные парки получили развитие в Республике Шри Ланка, Пакистане, Таиланде, Малайзии, Индонезии, Сингапуре.
В США, по данным Л.Бернса, 92% планируемых промышленных узлов финансируется частными компаниями и только 6% - смешанными частными и государственными объединениями. [45]
В создании промышленных узлов основное участие принимают частные железнодорожные компании, а также такие крупнейшие промышленные компании,
как «Вестерн Электрик», «Дженерал Электрик», «Дженерал Моторс», «Интер-нейшнл Харвестер» и др.
Характеристика производственной инфраструктуры бежицкого промышленного узла
Следует отметить, что единство в научном определении понятия "производственная инфраструктура" до сих пор отсутствует, а понятийно-терминологический аппарат этого явления окончательно не сформирован. Поэтому задачей данного параграфа является выделение и систематизация некоторых особенностей производственной инфраструктуры с целью последующей формулировки определения производственной инфраструктуры промышленного узла, установления ее состава, критериев оценки ее развития и эффективности. В отечественной практике наиболее широкое распространение получили две основные концепции, определяющие состав инфраструктуры: - ограничительная, согласно которой в состав инфраструктуры входят лишь те компоненты, которые непосредственно обеспечивают функционирование экономики и прямо влияю на эффективность ее деятельности; - расширительная, включающая в инфраструктуру практически все отрасли производственной сферы. Однако, в последнее время некоторыми авторами [65] отстаивается подход, согласно которому и в России при определении состава инфраструктурных отраслей следует руководствоваться общепринятыми международными стандартами. В рамках этого подхода, состав производственной инфраструктуры определяется на основании разделов международной стандартной отраслевой классификации, в которые сгруппированы отрасли, обладающие близкими наиболее типичными особенностями производственной деятельности (так, например, раздел Е данной классификации включает: электро- и теплоэнергетику, газоснабжение, водоснабжение и канализацию и ряд других отраслей производственной инфраструктуры). Сформулируем определение производственной инфраструктуры промышленного узла. Производственную инфраструктуру промышленного узла образует совокупность производственных отраслей и объектов, составляющих основу экономической деятельности и обеспечивающих оптимальную реализацию на территории данного промышленного узла общественных и на территории данного промышленного узла общественных и государственных интересов. Известно, что развитие мировой экономики носит циклический характер. Многими экономистами отмечается наличие тесной взаимосвязи между т.н. "длинноволновым" экономическим циклом и процессами развития отраслей производственной инфраструктуры. Эта взаимосвязь настолько отчетливо выражена, что именно прогресс в инфраструктурных отраслях на отдельных этапах определял направления и темпы развития всей мировой экономики10. Влияние долговременных тенденций в мировой экономике особенно отчетливо проявляется в процессах обновления и развития производственной инфраструктуры. Поскольку инфраструктура является с одной стороны основой, а с другой - результатом эффективного развития современной экономики, переход от одного технологического уклада к другому означает, прежде всего, смену преобладающих технологий в ее подразделениях. Те отрасли и элементы производственной инфраструктуры, которые не отвечают требованиям доминирующей технологии, либо сворачиваются, либо претерпевают коренную перестройку. Одновременно возникают и стремительно растут новые ее направления. Смена технологических укладов, таким образом, сопровождается последовательным чередованием приоритетов развития в сфере инфраструктуры - расцветом одних ее направлений и отраслей и снижением роли или даже угасанием других. Неизбежность этого процесса объективно обусловлена рыночными механизмами, лежащими в основе циклического развития экономики, а влияние неэкономических факторов (например, целенаправленная деятельность государства) способно лишь затормозить или ускорить это развитие. Основные особенности этапов развития производственной инфраструкту ры (согласно периодизации развития экономики, предложенной С.Ю.Глазьевым [18]) приведены в таблице 3. Проследим, как происходило изменение роли государства в процессе эволюции производственной инфраструктуры и попытаемся выявить общие тенденции развития этой сферы экономики. Так, на протяжении большей части XIX века господство принципов "laissez faire" в экономической политике ведущих индустриальных стран определяло приоритет частных интересов в вопросах развития инфраструктуры. Вся деятельность в этой сфере носила преимущественно коммерческий, либо (если она осуществлялась за государственный счет) геополитический характер. В последнем случае, она в большей мере являлась элементом экспан-сионисткой политики государства и была направлена, главным образом, на реализацию его имперских геополитических интересов. Экономическая составляющая таких проектов носила, зачастую, второстепенный, подчиненный характер. С начала XX века происходит усиление экономической роли государства в процессах, происходящих в инфраструктуре. Государство начинает непосредственным образом участвовать в организации и управлении этой сферой. Широкое распространение получили не только прямое участие государства в финансировании и осуществлении инфраструктурных проектов, но и полный государственный контроль над рядом отраслей производственной инфраструктуры. Происходит усиление социальных составляющих в деятельности инфраструктуры, которые становятся одними из важнейших критериев при выборе направлений развития и осуществлении преобразований в этой сфере. Прямое государственное вмешательство в сфере инфраструктуры, достигнув максимума в 30 - 60-е годы XX века, сменяется внедрением более "тонких", косвенных механизмов поддержки развития и регулирования деятельности ее отдельных отраслей. Наряду с сохранением доминирующей роли государства в реализации социальных инфраструктурных программ, усиливается значение межгосударственных и негосударственных институтов, которые постепенно начинают играть все более весомую роль в развитии как элементов инфраструктуры коллективного пользования, так отраслей и звеньев экономической инфраструктуры, носящих коммерческий характер. Происходит перераспределение функций в организации и управлении инфраструктурой. В большинстве развитых индустриальных стран начинает осуществляться денационализация многих ее отраслей, разворачивается процесс либерализации рынков инфраструктурных услуг. Широкое привлечение частного капитала в эту сферу экономики позволило, с одной стороны, повысить эффективность приватизированных отраслей, а также сократить бюджетные расходы, уменьшив тем самым бремя налогов, посредством которых государство финансирует инфраструктуру. В то же время, вместе с сокращением прямого государственного участия в деятельности отраслей инфраструктуры, по мере расширения сферы действия рыночных механизмов, наблюдается усиление регулирующей роли государства, которое обеспечивает соблюдение государственных и общественных интересов в этой сфере экономики. При этом государство продолжает сохранять роль "стратегического инвестора" - катализатора частных инвестиций в приоритетных направлениях ее развития. Несмотря на то, что на протяжении XIX - XX веков происходило изменение влияния, которое оказывало государство на развитие экономической инфраструктуры, на всех этапах оно неизменно занимало ведущее положение в этой сфере. Особенно в тех направлениях, которые определяли характер и темпы развития экономики на том или ином историческом этапе. Приведем не- сколько наиболее типичных примеров участия государства в поддержке приоритетных, укладообразующих инфраструктурных технологий: в начале XIX века, в США, в стране, где в то время господствовали принципы невмешательства государства в экономику, государственные вложения на 3/4 покрывали стоимость строительства новых судоходных каналов - базового элемента экономической инфраструктуры первого технологического уклада; в России конца XIX века, подавляющая часть стратегических железных дорог (СПб - Варшавская, Сибирская, КВЖД и пр.) строилась за счет бюджетных средств; в США, в первой половине XX века, строительство автомобильных магистралей полностью финансировалось государством; в Японии, в конце XX века, государственный Банк развития является основным источником финансирования инвестиционных проектов в сфере коммуникационной инфраструктуры.
Основные направления развития производственной инфраструктуры промышленного узла
Промышленный узел является субъектом промышленного производства. В рамках непосредственной финансовой деятельности таких субъектов непременно возникают две равноважные задачи: 1. Задача привлечения ресурсов для осуществления хозяйственной дея тельности. Привлекаемые ресурсы состоят из [37, 39]: акционерного капитала (ресурсов, получаемых на относительно неопределенный срок с условием выплаты вознаграждения инвестору в виде дивидендов); ссудного капитала (ресурсов, получаемых у специализированных кредитно-финансовых институтов на основе срочности, возвратности и платности); кредиторской задолженности (ресурсов, получаемых у партнеров по бизнесу и государства в виде отсрочек по платежам и авансов); реинвестируемой прибыли и фондов (ресурсов, получаемых в результате успешной коммерческой деятельности самого хозяйствующего общества, амортизационных отчислений). Инвестиционная привлекательность хозяйствующего субъекта - это совокупность характеристик, позволяющая инвестору оценить насколько тот или иной объект инвестиций привлекательнее других. В результате возникает задача повышения инвестиционной привлекательности промышленного узла как в краткосрочном, так и в долгосрочном периоде. В этой связи, промышленный узел может сформировать кредитную стратегию, основной задачей которой стала бы оптимизация показателей инвестиционной привлекательности. С другой стороны, в непосредственной связи с первой задачей перед промышленным узлом неизменно возникает вторая. 2. Задача распределения полученных ресурсов (инвестирования). Для оценки инвестиционных возможностей необходимо исследовать кредитоспособность, которая представляет собой совокупность характеристик, позволяющих оценить инвестиционный потенциал промышленного узла. Инвестиционную привлекательность и кредитоспособность предприятий промышленного узла можно представить как систему анализа основных составляющих субъектов его инвестиционного потенциала. Поскольку объем инвестиционных ресурсов субъекта ограничен, а потенциальные объекты инвестиций обладают различной инвестиционной привлекательностью, обществу необходимо оптимально распределять свои инвестиционные ресурсы. В этой связи возникает необходимость формирования инвестиционной стратегии промышленного узла. В совокупности инвестиционная стратегия и кредитная стратегия составляют финансовую стратегию промышленного узла(Рис. 27) [15]. Стратегия представляет собой детальный всесторонний комплексный план, предназначенный для того, чтобы обеспечить осуществление миссии предприятий промышленного узла и достижение их целей [24] .Поскольку промышленный узел (ПУ) представляет собой совокупность хозяйствующих субъектов, функционирующих в различных сферах экономики, представляется целесообразным структурировать подразделения ПУ по целям и задачам, выполняемым ими в его рамках [33]. На основании такого распределения функций разработка финансовой стратегии основывается на совокупности финансовых функций предприятий промышленного узла(Рис. 28). . Процесс разработки стратегии включает несколько этапов [3, 19]: После выработки общей финансовой стратегии ПУ, специальные подразделения, в соответствии со стратегией ПУ, а также в соответствии с состоянием финансового рынка разрабатывают инвестиционную и кредитную стратегии ПУ. Такой подход позволяет, с одной стороны, "директировать" деятельность предприятий, то есть направить различные аспекты деятельности ПУ в единое русло (директрису или вектор) в соответствии с миссией ПУ, а с другой стороны, гибкая и продуманная финансовая стратегия позволяет высшему менеджменту ПУ планировать развитие прочих направлений деятельности. Инвестиционный процесс ПУ строится на основе инвестиционной стратегии, разрабатываемой с использованием различных финансово-экономических методов, которые в совокупности составляют научно-финансовую методологию формирования инвестиционной стратегии ПУ [11, 37]. 130 Научно-финансовая методология представляет собой систему общих правил (принципов), а также специальных приемов и методов экономического исследования. Они составляют теоретическую базу теории финансов. То есть, комплексные исследования и разработку инвестиционной стратегии промышленного узла целесообразно проводить только в связи с главными целями функционирования ПУ. Рис. 26 Финансовые функции предприятий промышленного узла Таким образом, инвестиционная стратегия ПУ разрабатывается в соответствии с целями его функционирования, в этой связи все инвестиции должны рассматриваться как один из основных способов достижения главной цели ПУ (Рис. 29) [13]. Рис. 27 Этапы инвестиционной стратегии промышленного узла Описание инвестиционной стратегии как и любого многогранного понятия не исчерпывается лишь простым определением. Инвестиционная стратегия, по нашему мнению, является структурированной совокупностью нескольких взаимосвязанных аспектов, таких как: институциональный, экономический, нормативно-правовой, информационно-аналитический и другие (РисО). Эти аспекты являются взаимосвязанными, их структурирование и распределение приоритетов между ними, на наш взгляд, позволяет иметь четкое представление о разработке и реализации стратегии ПУ [3]. Направления информационного обмена указывают типовые приоритеты при разработке и реализации инвестиционной стратегии, связывая аспекты в единое целое. Информационный обмен позволяет согласовывать продолжительность, этапы н условия инвестиций в рамках принятой стратегии ПУ. Институциональный аспект инвестиционной стратегии представляет собой совокупность таких основных составных частей как: виды инвестиций, инвестиционный портфель, риски. В рамках институционального аспекта выделяются основные управляемые подсистемы (Рис. 31). Нормативно-правовой аспект инвестиционной стратегии состоит из таких основных частей как: во-первых, законодательные и иные нормативные правовые акты государства, образующие юридическую основу и формирующие фискальную среду, в рамках которых ПУ формирует инвестиционную стратегию и осуществляет инвестиционный процесс; во-вторых, учетная политика предприятий ПУ, внутренние регулирующие документы, которые позволяют обеспечивать единый инвестиционный процесс в рамках ПУ .Экономический аспект — совокупность экономических частей инвестиционной стратегии, к которым относятся: система экономических показателей для оценки инвестиционной стратегии, управление, финансирование инвестиционного процесса. В рамках экономического аспекта выделяются основные методы, критерии и цели инвестиционной стратегии (Рис. 32).
