Содержание к диссертации
Введение
1 Цели, задачи и структурный синтез информационной логистической системы транспортно-логистического предприятия 11
1.1 Цели и задачи и методика синтеза ИЛС 11
1.2 Разработка технологического бизнес-процесса ТЛП 22
1.3 Требования к системным параметрам ИЛС
1.3.1 Требования к архитектуре ИЛС 29
1.3.2 Требования к функциональному и алгоритмическому обеспечению 32
1.3.3 Требования к информационному обеспечению 34
1.3.4 Требования к техническому обеспечению 37
1.4 Проектирование структуры ИЛС 41
Выводы 50
2 Алгоритмы оптимизации процесса планирования заказов на транспортно-логистическое обслуживание в составе ИЛС 51
2.1 Постановка задачи эффективного планирования грузоперевозок для ТЛП 51
2.2 Разработка и анализ алгоритма эффективной организации грузоперевозок 60
2.3 Постановка задачи поиска кратчайшего маршрута на транспортной сети 65
2.4 Разработка и анализ алгоритма поиска оптимального маршрута на транспортной сети 69
Выводы 86
3 Имитационное моделирование бизнес-процессов ТЛП 87
3.1 Цели и задачи имитационного моделирования технологического бизнес-процесса ТЛП з
3.2 Выбор метода моделирования 93
3.3 Разработка имитационной модели бизнес-процессов ТЛП на основе сетей Петри 96
3.4 Настройка имитационной модели и оценка ее адекватности 114
Выводы 122
4 Разработка ИЛС для транспортно-логистического предприятия (на примере ОАО "Волгатранетерминал") 124
4.1 Структурная организация ОАО "Волгатранстерминал" 124
4.2 Проектирование иерархии функций ИЛС 132
4.3 Разработка диаграммы потоков данных ИЛС 140
4.4 Разработка диаграммы "сущность-связь" ИЛС 146
4.5 Разработка архитектуры ИЛС и структуры ее программных модулей 149
Выводы 164
Заключение 165
Литература
- Разработка технологического бизнес-процесса ТЛП
- Разработка и анализ алгоритма эффективной организации грузоперевозок
- Разработка имитационной модели бизнес-процессов ТЛП на основе сетей Петри
- Разработка диаграммы потоков данных ИЛС
Разработка технологического бизнес-процесса ТЛП
Согласно методике синтеза ИЛС, предложенной в параграфе 1.1, стартовым этапом для построения ее функциональной структуры, является проектирование технологического бизнес-процесса ТЛП.
В настоящее время при автоматизации практически любой предметной области объектов реального мира используются CASE - технологии. В CASE - индустрию вовлечено большое число предприятий различного класса и ориентации. Как технология - CASE (Computer-Aided Software/System Engineering) окончательно сформировалось только в последнее десятилетие /52, 57/.
CASE - технология представляет собой совокупность программных средств, поддерживающих структурный системный анализ, моделирование, проектирование, разработку и сопровождение сложных автоматизированных систем /52/.
Практически каждая современная крупная информационная система разрабатывается с применением CASE-технологий, как на этапах анализа и проектирования, так и при реинжиниринге бизнес-процессов предприятий /52/. В данный момент рынок CASE-средств располагает множеством программных продуктов для поддержки системного анализа и проектирования. Для проектирования бизнес-процесса ТЛП могут быть использованы Designer 2000 фирмы Oracle и Design/IDEF фирмы Meta Software. Оба эти продукта обладают необходимыми функциями, поддерживающими следующие виды проектной деятельности: а) процессное моделирование; б) функциональное моделирование; в) информационное моделирование; г) структурное моделирование. Предпочтение было отдано Designer 2000 фирмы Oracle по следующим причинам: - возможность моделирования бизнес-процесса для поиска информационно несвязных операций; - возможность "сквозного" проектирования основных структурных моделей ИЛС: логической, физической и потоков данных в рамках одного продукта.
Для проектирования бизнес-процесса ТЛП был использован Process Modeler (компонент Oracle Designer), который позволяет сформировать результат проектирования в виде функциональной схемы.
В процессе формирования схемы бизнес-процесса ТЛП были использованы результаты исследования технологии функционирования ведущих логистических предприятий /30, 31, 33, 34, 37, 39/, что позволило спроектировать эффективный бизнес-процесс для ТЛП с соблюдением минимума критериев Кко и ККФС (рисунок 1.5 и рисунок 1.6).
При описании схемы бизнес-процесса были использованы следующие конструктивы: процессы (прямоугольники) и потоки данных (направленные стрелки, соединяющие процессы). Каждый блок в схеме представляет собой процесс и характеризуется входными или выходными данными, функцией, которую он осуществляет (рисунок 1.5). Входные данные ПРОЦЕСС Выходные данные
На рисунке 1.6 подложка схемы разделена на группы со следующими наименованиями: "Таможня", "Клиенты", "Перевозчики", "ТЛП (бухгалтерия, управление перевозками)". Блоки - процессы, расположенные в пределах группы описывают действия, производимые владельцем этой группы.
Схема технологического бизнес-процесса ТЛП На рисунке 1.6 представлена общая схема технологического бизнес-процесса ТЛП. На ней не раскрыто содержание процессов "Планирование перевозки", "Прием заявки на перевозку", "Обслуживание груза, перевозка", "Операции с грузом" и "Таможенное оформление".
Начальная стадия технологического бизнес-процесса ТЛП - это операция приёма заявки, реализованная в процессе "Прием заявки и подготовка предложения". В заявке сообщаются сведения о грузоотправителе, грузополучателе, весе, габаритных размерах и наименовании груза, пунктах погрузки и разгрузки, дате и времени начала погрузки и сроках выполнения. На этапе приема заявки подготавливается предложение по перевозке и проводится предварительное согласование стоимости выполнения перевозки с учетом тарифов ТЛП. Эти тарифы формируются на основе статистического исследования затрат и прибыли от уже выполненных заказов. Если условия удовлетворяют и предприятие и клиента, то оформляется официальный заказ на ТЛО.
Далее заказы на ТЛО поступают к менеджерам по перевозкам (процесс "Планирование перевозки"). Менеджер планирует доставку груза, проверяя возможность объединения нескольких заказов в одну доставку. Составляется сквозной план-график работ по каждой доставке, выбираются ТС и их владельцы (партнеры). При необходимости уточняются ранее согласованные с клиентом сроки выполнения заказа. Калькулируются услуги перевозки, и формируется информация для счета клиенту. Оформленные транспортные документы передаются партнерам по перевозке, и начинает выполняться процесс "Обслуживание груза, перевозка". От партнеров поступают счета-фактуры на оплату заказанных или дополнительных услуг по перевозке.
Разработка и анализ алгоритма эффективной организации грузоперевозок
Под эффективной организацией процесса планирования доставки понимается составление такого плана перевозки, которому свойственны следующие признаки: - формирование маршрута перевозки с минимальным временем (или с минимальной стоимостью) перевозки груза; - использование не полностью загруженных и порожних ТС на обратном пути, ликвидируя порожний пробег (для автомобильных перевозок); - использование не полностью загруженных контейнеров (для железнодорожных перевозок); - использование одного и того же судна для перевозки груза нескольких заказов (для морских перевозок).
Для ТЛП, занимающихся преимущественно мелкотоннажными внутрирегиональными перевозками оптимизация (по минимуму стоимости или времени) процесса планирования доставки не приведет к значительному снижению себестоимости перевозок, Причиной этого будет малый пакет заказов и отсутствие развитой системы филиалов, увеличивающей пакет заказов и количество ТС, вовлеченных в перевозки. Таким образом, чем больше пакет заказов и чем большее число ТС используется при перевозках, тем больший эффект даст оптимальное (по минимуму стоимости или времени) планирование доставок.
Для ТЛП, занимающегося как региональными, так и международными перевозками (автомобильными, железнодорожными, водными, авиационными и смешанными), имеющего разветвленную сеть филиалов и большой пакет заказов оптимизация доставок даст возможность значительно снизить себестоимость перевозок и повысить свою конкурентоспособность.
Наибольшую экономическую пользу должно дать эффективное планирование унимодальных автомобильных перевозок. Это утверждение следует из того, что около 70% перевозок, которые осуществляет ТЛП, являются автомобильными /17, 64, 87, 96, 107/. В следующем параграфе приводится постановка задачи эффективного планирования перевозки для ТЛП.
В условиях развивающихся рыночных отношений очень важным показателем работы ТЛП является качество обслуживания потребителя. Чтобы повысить уровень обслуживания, необходимо привести действующие транспортно-логистические технологии к некоему рациональному виду, который позволил бы менеджеру по перевозкам в считанные минуты просчитать заказ по доставке груза "от двери до двери", обеспечив при этом высокую надежность выполнения заказа и его приемлемую стоимость для потребителя. Опираясь на мировой опыт решения таких задач, можно сказать, что любое ТЛП может конкурировать на рынке услуг только с использованием логистических технологий, которые могут позволить повысить эффективность обслуживания потребителя и снизить себестоимость перевозок.
ТЛП, занимая ключевую позицию в логистической цепочке доставки грузов, должно прикладывать наибольшие усилия по внедрению ИТ и повышению уровня автоматизации решаемых транспортно-логистических задач. Важнейшей из таких задач является планирование доставок грузов различными видами транспорта.
Автоматизация решения указанной задачи на основе совместной обработки множества принятых заказов должно обеспечить рентабельность грузоперевозок и получение максимальной прибыли от ТЛО за счет нахождения оптимальных маршрутов и вариантов перевозок, обеспечения попутной и обратной загрузки ТС и т. п. При этом под доставкой понимается единица учета выполнения заказа на перемещение грузов из пункта отправления в пункт назначения. В ходе планирования используются банки данных по партнерам, тарифам на услуги, транспортным средствам, маршрутам и др.
При оформлении заказа его стоимость определяется из суммы себестоимости и фиксированного процента прибыли. Себестоимость может быть либо усредненным значением, действующим достаточно длительный период времени, либо определяться индивидуально для каждой заявки в ходе переговоров с перевозчиками на этапе оформления заказа. При использовании первого варианта необходим фиксированный прейскурант услуг предприятия. Во втором варианте требуется этап предварительного планирования выполнения заказа. Для вычисления стоимости перевозки в обоих случаях необходимо определить оптимальный маршрут доставки, обеспечивающий минимальную стоимость транспортировки при заданных сроках исполнения заказа.
Оба варианта определения стоимости услуг обеспечивают получение фиксированной прибыли. Однако эту прибыль можно увеличить (максимизировать) на этапе планирования выполнения заказов за счет объединения нескольких заказов в одну доставку и уменьшения тем самым затрат на выполнение заказов. Прибыль будет максимальна при минимуме затрат на доставку.
Разработка имитационной модели бизнес-процессов ТЛП на основе сетей Петри
Используя коэффициенты a,b можно управлять степенью влияния характеристик ребер графа на критерий оптимизации (2.4). Если коэффициент а = 0, то исходя из (2.3) коэффициент Ъ = 1 и найденный маршрут должен иметь минимальную стоимость прохождения. Если коэффициент а \, то исходя из (2.3) коэффициент 0 и найденный маршрут должен иметь минимальное время прохождения. Изменяя значения коэффициентов а,Ъ можно определять важность характеристик ребер, влияющих на поиск кратчайшего пути. Таким образом, при разных значениях коэффициентов а,Ь могут получаться различные кратчайшие пути. Выбор значений а,Ь зависит от конкретной задачи, поставленной перед менеджером.
Каждая вершина VGV характеризуется параметрами: р\у] - содержит значения (0,1). Параметр равен 1, если вершина v - населенный пункт. Параметр равен 0, если вершина v является: - перекрестком автодорог; - станцией (переходные узлы между авто и ж/д дорогами); - аэропортом (переходные узлы между авто, ж/д дорогами и воздушными путями); - морским/речным портом (переходные узлы между автодорогами, ж/д дорогами и морскими/речными путями). cos/0[vJ, [v] - содержат значение стоимости и времени операции с грузом в вершине v(погрузка, разгрузка, перегрузка и т.д.). cosf-[v],fр\у] - содержат значение стоимости и времени транзитного проезда через вершину v. d[v] - содержит значение S(s, v) - кратчайшего пути из s в v. 7г\у] - содержит индекс вершины предшественника. Параметр d\y\ служит для оценки вершины и для определения значения d{sj) - веса кратчайшего пути.
Определить кратчайший путь можно, начав просмотр с вершины / и постепенно двигаясь по вершинам, на которые указывают индексы в параметрах я\у\ мы придем к вершине s. По найденному маршруту должна предоставляться информация: - о длине маршрута в километрах; - о длине отрезков маршрута (ребер) в километрах; - об экспертном времени прохождения всего маршрута; - об экспертном времени прохождения отрезков маршрута; - о типах и атрибутах вершин, входящих в найденный маршрут. При определении экспертного времени прохождения маршрута необходимо учитывать время, уходящее на проезд через населенные пункты. Основными требованиями к разрабатываемому алгоритму поиска кратчайшего пути являются: - минимизация числа анализируемых вершин (учитывается тот факт, что нас интересует путь только в одну вершину); - процесс поиска должен быть целенаправленным (выбор очередной вершины не должен быть случайным, а должен характеризоваться правилом). 2.4 Разработка и анализ алгоритма поиска оптимального маршрута на транспортной сети
В теории графов принято различать следующие варианты решения задачи о кратчайшем пути /58/: 1. Кратчайшие пути из одной вершины: дан взвешенный граф G = (V, Е) и начальная вершина s; требуется найти кратчайшие пути из s во все вершины v є V : v Ф s. 2. Кратчайшие пути в одну вершину: дана конечная вершина t\ требуется найти кратчайшие пути в t из всех вершин v є V : v Ф t. Если обратить все стрелки на ребрах, эта задача сводится к задаче о кратчайших путях из одной вершины. 3. Кратчайший путь между данной парой вершин: даны вершины s и t, найти кратчайший путь из s в /. Эта задача тоже сводится к задаче о кратчайших путях из одной вершины. Если мы найдем все кратчайшие пути из s, то тем самым решим и эту задачу. 4. Кратчайшие пути для всех пар вершин: для каждой пары вершин s \л t найти кратчайший путь из s в /. Можно решить эту задачу, находя кратчайшие пути из данной вершины для всех вершин по очереди.
Для варианта 4 существуют более эффективные подходы. Но для варианта 3 более быстрого способа, который бы использовал тот факт, что нас интересует путь лишь в одну вершину, не найдено /58/. Данный параграф будет посвящен разработке такого способа.
Существует множество алгоритмов поиска кратчайшего пути из одной вершины. Поиск в ширину, поиск в глубину (метод ветвей и границ) и основанные на поиске в ширину - алгоритм Дейкстры и алгоритм Беллмана-Форда /58, 61, 63, 93/. Алгоритмы поиска кратчайших путей для всех пар вершин используют для представления графа матрицу смежности и поэтому не могут быть использованы. Алгоритмы поиска в ширину и в глубину, рассматривают все, достижимые из s вершины. Выбор очередной смежной с v вершины и зависит только от веса ребра (w,v) /58, 63/. Таким образом, нарушаются два требования постановки задачи: минимизация числа рассмотренных вершин и направленный поиск кратчайшего пути. Следовательно, использовать существующие алгоритмы поиска кратчайшего пути не целесообразно.
В качестве прототипа для разрабатываемого алгоритма был выбран алгоритм Дейкстры, являющийся обобщением поиска в ширину. Данный алгоритм был выбран в качестве образца, т.к. он удовлетворяет по крайней мере одному требованию постановки задачи - целенаправленный поиск конечной вершины, т.е. алгоритм выбирает вершины для обработки вершины с наименьшим значением кратчайшего пути. В процессе работы алгоритма Дейкстры поддерживается множество S с F состоящее из вершин v, для которых уже найдено значение S(s,v) - вес кратчайшего пути от начальной вершины s. Алгоритм Дейкстры можно записать в виде следующей последовательности операторов /58/: DIJKSTRA(G,w,s)
Разработка диаграммы потоков данных ИЛС
При практическом использовании сетей Петри для иллюстрации модели используют графическое представление. Теоретико-графовым представлением сети Петри является двудольный ориентированный мультиграф: G = (V,A) (3.8) Как было сказано в параграфе 3.2, структура сети Петри представляет собой совокупность позиций и переходов. Таким образом, граф сети Петри состоит из двух типов узлов: - позиций, имеющих графическое обозначение в виде кружка; - переходов, имеющих графическое обозначение в виде планки. Эти узлы являются вершинами графа G: V = {vl9v2,...9ys} (3.9) Позиции и переходы соединяют ориентированные дуги: А = {аї,а2,...,аг}1 at =[yj9vk\ v vk V. (3.10) Так как сеть Петри допускает существование кратных дуг от одной вершины графа к другой, то G является мультиграфом. Так как, каждая дуга будет направлена от вершины, принадлежащей множеству позиций или переходов, к вершине, принадлежащей множеству позиций или переходов, то граф, описывающий сеть Петри, является двудольным.
Множество вершин V может быть разделено на два непересекающихся подмножества Р и Г, таких, что: V = P\JT, РПТ = 0 (3,11) Тогда для любой направленной дуги ateA, если at =(у.,ул), либо vу є Л У є7\ либо v,-єГ9 vkeP. Построим с учетом данных определений и понятий графовые изображения имитационной модели в нотации аппарата сети Петри. Анализ функционального модуля "Подготовка бизнес-предложения" позволил выделить следующие позиции и переходы сети Петри: рх - позиция описывает событие, означающее приход заявки; t-y - переход описывает прием заявки, ее регистрацию и направление исполнителям; р2 - позиция, означающая завершение регистрации заявки; р3,р4 - позиции описывают события, означающее проверку типа заявки. Если она смешанная, то возникает событие ръ, если нет, то р4; t2 - переход описывает выбор исполнителей отдельных звеньев заявки; р5 - позиция, означающая завершение выбора исполнителей; t3,t4 - переходы описывают выбор партнеров по перевозке; р - позиция, означающая завершение выбора партнеров; Рт,Р8 - позиции описывают события, означающее проверку необходимости запроса ставок партнеров. Если запрос необходим, то возникает событие р7, если нет, то событие р8; /5 - переход описывает оформление запроса ставок; р9 - позиция, означающая подготовку и отправку запроса; te,t1 - переходы описывают формирование предложений клиенту; рт - позиция описывает событие, означающее, что предложения отправлены и идет ожидание ответа клиента; /8 - переход описывает ожидание ответа клиента; рп - позиция описывает приход ответа от клиента; Pi2,Pn " позиции описывают события, означающее оценку реакции клиента. Если реакция положительная, то возникает событие ри, если нет, то событие ри; t9 - переход описывает оформление официального заказа; ры - позиция описывает окончание оформление заказа; /10 - переход описывает перевод заявки в архив отказных, и удаления ее из системы; tn - переход описывает перевод заявки в статус заказа; р15 - позиция описывает окончание подготовки предложения; tu - переход описывает освобождение менеджера для обработки следующей заявки; /?16 - позиция означает, что менеджер свободен.
Граф сети Петри, описывающий эту структуру представлен в Приложении 3. Позициям сети Петри присваиваются фишки. Этот процесс называется маркировкой сети Петри. Первоначальная маркировка сети Петри, изображенной в Приложении 3 содержит одну фишку в позиции р1. В зависимости от типа заявки в первоначальной маркировке происходит присвоение фишек позициям Рз,Р4 Р7 Р& Рп- ПРИ моделировании считается, что предложение удовлетворяет клиента и поэтому позиции рп постоянно присваивается фишка. Позиция р13 при этом соответственно остается пустой. Присвоение фишек позициям р3,р4,р1,р% происходит в соответствии со значениями параметров Wj,Zj /-ой заявки.
Для того чтобы различать фишки, относящиеся к разным заявкам, необходимо их раскрасить. То есть, фишки, относящиеся к событиям одной заявки, будут иметь уникальное значение цвета. При работе модели взаимодействовать друг с другом могут только фишки одного цвета. Присвоение фишки, соответствующей заявке заданного типа, позиции рх происходит с интенсивностью, заданной перед работой модели для данного типа заявки. При этом происходит маркировка позиций р3,р4,р7,р%,ри в соответствии с типом заявки.
Для имитирования работы функционального модуля "Распределения заданий менеджерам по перевозкам" для обработки заявок определим следующий фрагмент модели: t13 - переход с нулевой задержкой, иллюстрирующий переход от подсистемы "Подготовка предложения" к фрагменту модели, описывающему выбор менеджеров; р17- позиция, описывающая начало выбора; Pis, Р19, Р20, Р21 - позиции, описывающие необходимость панирования, соответственно, авто-, авиа-, ж/д-, морской перевозок; tu, ti5, tie, tu - переходы, характеризующие своей задержкой время, прошедшее с момента выдачи задания исполнителям до начала его обработки.
