Методи, моделі і алгоритми оптимізації автоматизованого планування і управління промисловим виробництвом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

МЕТОДИ, МОДЕЛІ І АЛГОРИТМИ ОПТИМІЗАЦІЇ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПЛАНУВАННЯ І УПРАВЛІННЯ ПРОМИСЛОВИМ ВИРОБНИЦТВОМ

05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

КУХАРЕНКО СЕРГІЙ ВІКТОРОВИЧ

Херсон - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеському ордена Леніна інституті Сухопутних військ Міністерства оборони України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Кокошко Володимир Семенович, Одеський ордена Леніна інститут Сухопутних військ, професор кафедри військової кібернетики та інформатики. промисловий виробництво переробка

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Шаронова Наталія Валеріївна, Національний технічний університет „Харківський політехнічний інститут”, виконуюча обов'язки завідувача кафедри педагогіки і психології управління соціальними системами;

кандидат технічних наук, доцент

Лєпа Євген Володимирович, Херсонський економіко-правовий інститут, завідувач кафедри інформаційних систем.

Провідна установа: Одеський національний політехнічний університет „ОНПУ”, кафедра комп'ютерних інтелектуальних систем та мереж Міністерства освіти і науки України, м. Одеса.

Захист відбудеться „ _25_” _травня_ 2005 р. о _12⁰⁰_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.01 при Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон _ 8, Бериславське шосе, 24, корпус 1, ауд. 223.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон _ 8, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

Автореферат розісланий „ _24 ” __квітня_____ 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Костін В.О.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах створення ринкових відносин одним із важливих завдань є підвищення ефективності функціонування промислових підприємств за рахунок використання нових вітчизняних та зарубіжних інформаційних технологій і інструментальних засобів автоматизованого планування і управління виробництвом.

Рівень впровадження автоматизованих систем управління (АСУ) на всіх етапах виробництва в значній мірі визначається шириною залучення останніх досягнень фундаментальних та прикладних наук для розв'язання власних задач. Тому створення інформаційних технологій, які орієнтовані на розв'язання задач виробничого планування і управління, потребує спеціального математичного, алгоритмічного, інформаційного та технічного видів забезпечення.

Одним із основних засобів планування та управління промисловим виробництвом в умовах невизначеності і високої динамічності параметрів зовнішнього середовища є моделювання стану виробництва, процесів, що протікають на ньому, яке дозволяє встановити кількісні взаємозв'язки і залежності між значущими факторами, розрахувати наслідки управлінських рішень і зміни істотних параметрів діяльності підприємства.

Проведений аналіз сучасного стану проблеми автоматизованого планування і управління виробництвом дозволяє зробити наступні висновки: при розробці математичного забезпечення АСУ обмежено використовуються можливості застосування методів аналітичного моделювання, математичної статистики і оптимізації до розв'язання задач планування і управління виробництвом; більшість теоретичних розробок не мають практичної реалізації у вигляді спеціалізованих пакетів прикладних програм, що можуть слугувати програмним забезпеченням автоматизованих систем різних рівнів; існуючі програмні продукти, в своїй більшості, недостатньо адаптовані до потреб промислових виробництв.

З огляду на вище означене доцільною являється необхідність розробки нових моделей, методів, алгоритмів і програмних продуктів, адаптованих до задач удосконалення автоматизованого планування і управління промисловим виробництвом.

Перелічені питання підкреслюють актуальність теми і задач, що розв'язуються у дисертаційній роботі, визначають мету і головні напрямки досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тематика дисертаційної роботи, мета й основні задачі відповідають державним науково-технічним програмам, що сформульовані в Законі України „Про науково-виробничу діяльність” та в Законі України „Про національну програму інформатизації”. Дисертаційна робота є складовою частиною програми досліджень кафедри військової кібернетики та інформатики Одеського ордена Леніна інституту Сухопутних військ в області інформаційних технологій та автоматизованих систем управління на період 2000 - 2005 р., номер держреєстрації 0103U008067. Автор приймав участь у даній роботі як виконавець. У виконанні роботи роль автора полягала в удосконаленні відомих та розробці нових методів, моделей і алгоритмів планування та управління промисловим виробництвом.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційного дослідження є підвищення ефективності функціонування промислового виробництва в умовах конкурентної боротьби на ринку обмеженої місткості шляхом удосконалення технології переробки, комплексної механізації та автоматизації на основі створення моделей, алгоритмів і програмних продуктів, адаптованих до задач автоматизованого планування і управління виробництвом.

Для досягнення зазначеної мети в роботі ставляться і вирішуються наступні задачі:

- розробити методологію створення моделей автоматизованого стратегічного та календарного планування виробництва, функціонуючого в умовах невизначеності і ризику;

- здійснити формалізацію та розробку алгоритмів вирішення задач обновлення виробничого устаткування і оптимізації виробництва продукції при обмежених ресурсах підприємства;

- розробити модифікований підхід до розробки алгоритмів адаптованого управління;

- синтезувати структуру підприємства та системи прийняття рішень;

- розробити комбінаторно-проблемно-орієнтований підхід до синтезу організаційної структури системи управління виробництвом;

- синтезувати функціональну структуру ієрархічної автоматизованої системи управління виробництвом.

Об'єктом дослідження є процеси автоматизованого планування і управління промисловим виробництвом з застосуванням прогресивних інформаційних технологій.

Предметом дослідження є моделі, методи і алгоритми удосконалення процесів автоматизованого планування і управління промисловим виробництвом.

Методи дослідження. В основу дисертаційного дослідження покладена теорія управління організаційними системами. Для розв'язання задач стратегічного та календарного планування використовуються методи багатокритеріальної оптимізації. В основу синтезу моделей і алгоритмів управління - математичний апарат теорії нечітких множин, теорії графів, теорії оптимального управління та прийняття рішень, імітаційного моделювання.

Теоретичною базою для дисертаційного дослідження стали роботи вітчизняних та зарубіжних науковців: Алієва Р.А., Бакаєва A.A., Біра Ст., Лисенко Ю.Г., Мірзоахметова Ф.М., Перовської Е.І., Поспєлова Г.С., Продіуса І.П., Ріггс Дж., Робертса Д.С., Шахназарова М.М., та інших.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. Розроблено нові елементи конструктивної теорії та проблемно-орієнтованого інструментарію вирішення задач автоматизованого планування і управління промисловим виробництвом у вигляді моделей, алгоритмів, програм, що реалізують методи і засоби сучасних інформаційних технологій.

2. Одержали подальший розвиток теоретичні основи стратегічного планування, направленого на вирішення комплексу задач: аналізу ринкової ситуації; прогнозування потреби в продукції підприємства; побудови рівнів розвитку промислового виробництва по видам діяльності і прогнозу їх на перспективу; формування матриці „прибуток-збитки” для оцінки рішень, які приймаються в умовах невизначеності і ризику.

3. Розроблено ресурсний підхід до вирішення задачі управління виробництвом та комплекси евристичних алгоритмів для вирішення задачі календарного планування.

4. Вперше розроблено моделі планування виробництва при обмежених ресурсах підприємства.

5. Розроблено програми випуску продукції виробництва і плану обновлення виробничого устаткування.

6. Розроблено модифікований підхід до одержання алгоритмів адаптивного управління.

7. Проведено структурний синтез системи прийняття рішень.

8. Синтезовано організаційну і функціональну структури ієрархічної автоматизованої системи управління виробництвом.

Практичне значення одержаних результатів полягає в підвищені ефективності функціонування промислових підприємств за рахунок удосконалення методів і засобів автоматизованого планування і управління. Розроблений комплекс програм дозволяє проаналізувати ринкові стратегії підприємства. Оцінити можливі результати управлінських рішень, оптимізувати процес управління розвитком підприємства в умовах конкуренції, що дозволяє підвищити якість управлінських рішень і скоротити часові і трудові витрати на їхню підготовку.

Результати досліджень, одержаних у дисертаційній роботі впроваджено на ВАТ “Мікрон” (Одеському заводі прецизійних станків), на підприємстві “ТЗК”, а також у навчальний процес Одеського ордена Леніна інституту Сухопутних військ на кафедрі економіки та менеджменту.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі науково-технічної проблеми, постановці й обґрунтуванні задач та мети дослідження, створенні адаптованої до задач дисертаційних досліджень інформаційної технології, розробці нових моделей і алгоритмів автоматизованого планування та управління виробництвом, синтезі організаційної та функціональної структур ієрархічної автоматизованої системи управління виробництвом, розробці програмних продуктів, узагальнені одержаних при дослідженні результатів.

Наукові положення, висновки, рекомендації, практичні результати належать автору і не містять результатів, що належать співавторам, разом з якими опубліковано роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на ІІ Національній науковій конференції „Інформатика: Теорія, Технологія, Техніка - ІТТТ-95” (м. Одеса, 1995р.); V Міжнародній конференції „Сучасні інформаційні і електронні технології” (м. Одеса, 2004р.); VI Міжнародній науково-технічній конференції „Інформаційні технології в освіті та управлінні”

(м. Нова Каховка, 2004р.).

Публікації. За результатами наукових досліджень опубліковано 10 наукових праць, з яких 7 опубліковано у наукових фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел із 115 найменувань, 3 таблиць і 21 рисунка. Загальний обсяг дисертації складає 173 сторінки, у тому числі 143 сторінки основного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми дисертації; зазначено її зв'язок з науковими програмами, темами; сформульовано мету та завдання досліджень; подано характеристику наукової новизни, теоретичного та практичного значення одержаних результатів; відзначено особистий внесок здобувача; ступінь апробації результатів.

У першому розділі „Аналіз стану проблеми і постановка задач досліджень” зроблено огляд сучасного стану досліджуваної проблеми. Описано сучасний стан автоматизованого планування, визначено місце і роль автоматизованих систем управління (АСУ) які являються невід'ємною частиною і могутнім засобом планування та управління виробництвом.

Проведено системний аналіз діяльності підприємств функціонуючих в ринкових умовах, сутності, алгоритмів і сучасних технологій планування та управління виробництвом.

Визначено основні задачі, що вирішуються в процесі виробничого планування: виявлення напрямків розвитку споживацького запиту на продукцію, що випускається підприємством, збільшення об'єму продаж продукції підприємства; забезпечення стійкого збалансованого росту виробництва в цілому по підприємству і його структурних підрозділах; збільшення прибутку та рентабельності виробництва продукції; зниження витрат на основі кращого використання виробничих ресурсів підприємства: праці, матеріалів і капіталу; підвищення конкуренції за рахунок покращення якості продукції, освоєння нових виробів та зниження цін; орієнтація всіх структурних підрозділів підприємства на досягнення кінцевих результатів.

Розроблено спрощену схему комплексного алгоритму аналізу виробничого процесу, який включає дев'ять етапів: формування основних операцій; аналізу рекламацій, кон'юнктурної інформації, тенденцій в відповідній галузі на основі яких формується перелік основних обмежень; вирішується задача виділення головних порушень обмежень на базі багатокритеріального ранжування; вирішується задача виділення головних показників, виявлення ступеню їх впливу на головні функціональні порушення, в випадку відхилення значень показників від нормативних; вирішується задача формування переліку обмежень обладнання, трудових ресурсів тощо. При цьому використовується групове ранжування для виключення із подальшого розгляду несуттєвих „вузьких місць” виробничого процесу. В якості критеріїв використовується важливість забезпечення нормативних значень головних показників; вирішується задача виділення головних операцій на основі багатокритеріального ранжування; вирішується задача формування комплексних програм проведення операцій на основі багатокритеріальних моделей рюкзачного типу; на основі змістовного аналізу виконується формування пропозицій по заміні застарілого обладнання і т.п.; установлюються напрямки удосконалення, модифікації виробу, технології виготовлення тощо.

Розглянуто зміст задач основних підсистем АСУ: перспективного, техніко-економічного і оперативного планування, функціонування яких забезпечує планування та управління основною виробничою діяльністю. Планово-економічні і управлінські задачі віднесено до чотирьох типів, для вирішення яких запропоновано використовувати відповідні математичні методи. Запропоновано функціональну модель планування виробництва.

Проаналізовано і представлено найбільш важливі алгоритми, що використовуються при сучасному плануванні виробництва: розрахунку виручки від реалізації продукції, податку з обігу у вигляді різниці в цінах; процентних ставок податку з обігу; впливу на плановий прибуток підприємства, зміни структури випуску продукції, її якості, зниження собівартості; амортизаційних підрахунків підприємства на фінансування капітальних вкладень; оборотних коштів; розміру фіксованих платежів.

Розглянуто сучасні технології планування, виявлено основні умови підвищення якості планування: дотримання основних принципів планування, застосування методів автоматизованого аналізу, прогнозування і оптимізації, застосування раніш виправданих себе і нових наукових підходів: системного, структурного, ситуаційного, маркетингового, функціонального, репродуктивно-еволюційного, нормативного, інтеграційного, динамічного, процесного, оптимізаційного, комплексного та інших. Розроблено логічну структуру системи планування ресурсів промислового підприємства.

При виборі критерію ефективності роботи підприємства нами установлено, що найбільш повно всі сторони діяльності підприємства відображує показник рентабельності, який розглядається як відношення прибутку до суми основних і оборотних коштів.

У спрощеному вигляді функціонал якості ведення виробництва може бути прийнятий в наступній формі К=П/(Ф_о+Ф_об) або К=П/Ф_зп, де П - абсолютна величина прибутку за звітний період; Ф_о - вартість основних фондів; Ф_об - вартість оборотних засобів; Ф - середня хронологічна сума виробничих основних і оборотних засобів за звітний період; _зп - коефіцієнт, що характеризує тривалість звітного періоду. Функціонал якості в явній формі залежить від усереднених значень початкового і станів що плануються (Х₀ Х), а в неявній - від якості управління, методів організації виробничого процесу і навколишнього середовища.

Цей показник ув'язує в єдино поточні затрати і об'єм суспільного авансування, відображує зниження собівартості, ріст прибутку, покращення якості продукції, вартість виробничих фондів та досконалість процесу управління.

З функціоналу приватно слідує, що основний шлях підвищення ефективності виробництва полягає в економії матеріальних, трудових та інших ресурсів виробництва; упровадження більш досконалих технологічних процесів; удосконалення організації виробництва; комплексній механізації і автоматизації виробництва; скороченні і ліквідації невиробничих витрат тощо. Отже ефективність системи управління підприємства може бути оцінена якісним шляхом по математичному очікуванні приросту, де, - математичне очікування значення функціоналу якості ведення виробництва відповідно до і після упровадження автоматизованої системи управління.

У другому розділі „Розробка та теоретичне дослідження основних задач виробничого планування і управління” викладено результати розробок та досліджень, пов'язаних з стратегічним плануванням в умовах невизначеності і ризику, календарним плануванням з використанням евристичних алгоритмів, вирішення задач автоматизованого планування і управління виробництвом.

Запропоновано метод стратегічного планування, який спрямований на вирішення комплексу задач що включає: аналіз ринкової ситуації, прогнозування потреби в продукції підприємства на перспективу в цілому по ринку; побудову рівнів розвитку виробництва на перспективу; формування матриці „ прибутку і затрат” для оцінки результатів що передбачаються, приймаючих рішень по вибору стратегії розвитку виробництва в умовах невизначеності і ризику, визначення стратегії на перспективу.

Здійснено постановку та вирішення задачі календарного планування з використанням двох комплексів евристичних алгоритмів, перший з яких заснований на „методі розгалужень”, другий - на використанні випадкового пошуку з включенням в нього ряду евристичних правил, які допускають надавати вибір допустимих рішень не рівномірно, а зі збільшеною імовірністю отримання прийнятних рішень. Модель календарного планування має вигляд:

де - ваговий коефіцієнт відносної цінності згладжування ресурсу - го виду; - графік використання ресурсів - го виду в поточний момент t реалізації календарного плану.

Визначення якості декомпозиції задачі календарного плану проводили з використанням наступного критерію:

де - сумарна кількість ресурсів часу (чоловіко-днів), необхідних для використання робіт -го звітного періоду ресурсами - го виду; - середня трудомісткість - го виду ресурсів в - му звітному періоді.

Визначення часу початку роботи з відповідним об'єктом, де и - ранній і пізній терміни початку роботи з об'єктом; - випадкова величина, неоднаково розподілена на відрізку [0,1], для об'єктів з різними пріоритетами. Для першого пріоритету прийнято розподілення випадкової величини з щільністю. Для другого пріоритету -.

Розроблено методику уніфікації та типізації аспектів управлінської діяльності. Основу методики складає представлення функцій і процедур управління виробництвом як елементів динамічної системи і застосування методів системного аналізу для виявлення та установлення взаємозв'язків. В якості бази побудови робочої гіпотези прийнято ресурсний та часовий аспекти функціонування виробництва.

Одержано узагальнену модель вирішення задачі автоматизованого управління виробництвом сутність якої полягає в управлінні трудовими, енергетичними та іншими ресурсами, які можна подати деякою сукупністю:

де -й ресурс виробництва в просторі (r) та часі (t), який суттєво відрізняється на різних підприємствах в залежності від цілей та способів організації виробничих процесів і характеризується множиною.

Функціональне управління ресурсами виробництва у загальному випадку може бути представлено у виді F=[R, X, U, ]=0, де X - множина контролюючих параметрів організації і стану виробництва; - множина впливаючих параметрів оточуючого середовища.

Якщо припустити автономність управління окремими ресурсами виробництва, то для кожного із них можна записати по аналогії з матричною формою у виді, де деяка таблиця алгоритмів управління, що характеризує інформаційно-логічну структуру і функціональний зміст моделі системи управління. При цьому задача управління виробництвом зводиться до вирішення наступної загальної задачі математичного програмування: знайти значення змінних, які максимізують (мінімізують) деяку функцію якості при задоволені рівнянням якості, що визначають умови виробничих зв'язків і обмежень:.

Таким чином задача управління зводиться до вирішення багатьох задач істотно меншої розмірності: знайти максимум (мінімум) функції, при умовах де - контрольовані і управляючі параметри системи “виробництво-система управління”; - деяка область простору параметрів.

Запропоновано теоретико-множинний підхід для синтезу структури ієрархічної системи управління виробництвом, який дозволяє гранично общо підійти до проблеми опису складних систем до яких відносяться ієрархічні системи. Дає можливість наділяти отримані конструкції конкретними математичними структурами, що сприяє детальному вивченню і одержанню конкретних результатів.

Визначено спосіб підвищення ефективності локальних підсистем.

У третьому розділі „Математичне і алгоритмічне моделювання процесів планування” проведено розробку моделі планування об'ємів основного і допоміжного виробництв в комплексній ув'язці технологічної та економічної інформації, що дозволяє визначити потреби в ресурсах, фондах і затратах праці.

Запропоновано модель планування виробництва продукції при обмежених ресурсах виробництва. При цьому враховувалися притаманні відомим моделям недоліки: використання скалярного критерію оптимальності (максимуму прибутку); формування оптимального плану методами лінійного програмування. В багатьох випадках найбільш повно оцінює вирішення задачі векторний показник - об'єм продукції в натуральному вираженні, проте труднощі вирішення багатокритеріальної задачі перешкоджають його застосуванню. Тому нами розроблено новий підхід при якому задача максимізації об'єму продукції в натуральному вираженні представляється у вигляді:

де - потреба в ресурсах - го виду для виробництва одиниці продукції - го виду; - об'єм виробництва продукції - го виду; - об'єм - го виду ресурсів; - мінімальний і максимальний об'єми виробництва; - число видів продукції і ресурсів. Позначив через і, множини індексів відповідних видів продукції проводимо заміну змінних:.

Тоді максимізацію об'єму продукції можна записати у виді: при обмеженнях де.

Приймаємо, що - неубуваюча функція деякої змінної, визначеної на відрізку таким чином, що. Тоді кількісною оцінкою плану може бути взята змінна. При цьому виникає проблема визначення системи функцій. При дефіцитності деяких видів ресурсів система функцій така, що разом з ростом змінної деякі із цих функцій ростуть швидше інших. Це визначає порівняно більш швидкий ріст об'єму виробництва продукції. Тому виробництво цієї групи продукції потребує його обліку в першу чергу, тому вибір конкретної функції визначає систему пріоритетності у використанні ресурсів.

Введемо кількісну оцінку системи пріоритетів, де - деяке число та проведемо заміну функцій функцією, яка визначається тотожністю. Тоді початкова задача, при кожному фіксованому наборі перетворюється в наступну задачу математичного програмування: максимізувати параметр при обмеженнях:

де - неубуваюча відносно змінної функція, причому.

Функція, для любого допустимого значення визначає об'єм продукції, виробництво якої забезпечено ресурсами. Тому алгоритм вирішення модифікованої нами задачі можна сформулювати наступним чином: при обмеженнях, де - одна із функцій пріоритету.

При вирішенні модифікованої задачі спочатку визначають максимальне значення змінної, задовольняючої в вище приведеній системі обмежень, вилучають із неї нерівності, які перешкоджають збільшенню значень змінної, після чого значення знову збільшують. Цей процес продовжують впритул до виключення всіх нерівностей. При цьому вважається, що вхідні в них функції досягли свого оптимального значення.

На першому етапі вирішення модифікованої задачі серед функцій виділяють ті, що входять в систему з від'ємними або нульовими коефіцієнтами; на другому - циклічний процес, в кожному циклі якого із системи обмежень вилучають нерівності до повного їх вилучення, а значення збільшують; на третьому - із системи обмежень вилучаються нерівності, що в точці обертаються в рівності і з'являється можливість для росту значень змінної. При цьому із системи будуть вилучені також і ті нерівності, які досягли свого оптимального значення; на четвертому етапі по формулі переходять до початкової задачі.

Запропоновано компактний детермінований алгоритм оптимізації цільових функцій, на початкових етапах якого рух проводиться в напрямку антиградієнта. При порушенні деяких обмежень напрямок руху визначається по алгоритму проекції антиградієнта на дотичну обмеження - методу Розена.

Робота алгоритму розпочинається з визначення градієнта цільової функції в початковій точці. Оскільки аналітичний вираз функції достатньо складний, то похідні находять по формулі, де - opt - й координати; - достатньо мале позитивне число. При оцінки компонент градієнта, визначені по формулі прагнуть до точних значень. Приріст аргументу визначається наступним чином:, де - крок руху, початкове значення якого задається в початкових даних; - модуль градієнта. Далі здійснюється контроль величини градієнта. У випадку невиконання - го обмеження визначається проекція градієнта функції на дотичну до - го обмеження в точці. Для цього визначаються компоненти градієнта порушуємого обмеження по формулі. Рух уздовж дотичної до обмежень здійснюється наступним чином. Складається матриця часткових похідних активних обмежень розміром:

і визначається напрямок руху:, де; - матриця що проектується; - одинична матриця розміром; - величина кроку, яка задається фіксовано, або визначається на кожному кроці. Нормування тривалості кроку руху дозволило покращити збіжність алгоритму, зменшити число ітерацій пошуку оптимальної точки із заданою точністю.

У четвертому розділі „Оптимізація задач планування та синтезу ієрархічної системи управління виробництвом” проведено формалізацію задачі оптимізації програми випуску продукції виробництвом, в постановці: необхідно визначити оптимальний план випуску продукції підприємством з точки зору отримання максимального прибутку таким чином, щоб виконувались обмеження по фонду часу роботи устаткування і по об'ємам випуску, яку можна записати у виді

де - затрати на переробку одиниці продукції; - відпускна ціна одиниці продукції; - об'єм випуску продукції; - реальний фонд часу роботи устаткування кожної групи за рік; - години переробки - го виду продукції на - й групі устаткування.

Оптимізовано план поетапного обновлення виробничого устаткування при якому: з початку 1-го року обновлення проводиться за рахунок спеціально виділених коштів; з початку 2-го року - за рахунок додаткового прибутку від заміни застарілого устаткування, одержаного в кінці 1-го року; з початку 3-го року - за рахунок усього додаткового прибутку одержаного в кінці 2-го року; в 4-му і 5-му роках - використання капіталів за рахунок прибутку не передбачається.

Запропоновано модифікований підхід до розробки алгоритмів адаптованого управління, при використанні якого досягається істотне покращення якості перехідного процесу наближення управління в умовах неповної інформації до оптимального управління в умовах повної інформації. Перевага підходу, що пропонується, полягає в порівняно легкому визначенні рівномірно оптимальної стратегії управління при наявності обмежень. Для цього використовуються оптимальні модифіковані фідуціальні оцінки щільності експоненціального розподілу.

Розроблено алгоритми автоматизованого синтезу організаційної та функціональної структур інтегрованої автоматизованої системи управління виробництвом (ІАСУВ). Для цього розглядалася структура багатоконтурної системи управління, де, - класи алгоритмічних, функціональних, організаційних та інформаційних структур. Так, наприклад, для визначення класу функціональної структури представляли її у виді добутку множин, де - множина функцій в контурах управління; - множина контурів управління. Введено поняття модуля організаційної структури, а задачу синтезу організаційної системи зведено до синтезу координатора. Задачу синтезу функціональної структури зведено до вибору числа рівнів управління, розподілу функцій управління між рівнями, вибору алгоритмів реалізації функцій і засобів управління для кожного із рівнів.

Модель синтезу оптимальної структури ІАСУВ представлена у вигляді:

при наступних обмеженнях:

- елементи основних матриць зв'язку.

Представлено алгоритми автоматизованого синтезу системи прийняття рішень та методологію декомпозиції генеральної цілі функціонування підприємства. Відправною ознакою декомпозиції цілі являється економічний зміст підсистем і цілі, у відповідності з якими визначаються як стан і використання засобів праці, трудових ресурсів, так і рівень сукупних витрат виробництва, продажу, прибутку та інших власне економічних характеристик, стан яких визначає стійкість підприємства в оточуючім середовищі.



ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота присвячена дослідженню і розробці методів, математичних моделей, алгоритмів і програм, з використанням прогресивних інформаційних технологій, вирішенню задач оптимізації планування і управління, що обумовлено важливістю цих задач в сучасних умовах. В результаті рішення поставленої задачі отримані наступні результати:

1. У результаті системного аналізу діяльності промислових виробництв в умовах конкурентної боротьби на ринку обмеженої місткості показано, що підвищення ефективності їх функціонування можливе за рахунок подальшого удосконалення технології переробки, комплексної механізації і автоматизації на основі використання моделей, алгоритмів і програмних продуктів, адаптованих до задач автоматизованого планування й управління виробництвом.

2. Здійснено доробку теоретичних основ стратегічного планування. Визначення варіантів розвитку виробництва здійснюється на базі формування області допустимих рішень для кожного часового періоду планування підрівнів розвитку і стратегій відповідних кожному підрівню. Формування матриці „прибуток-збитки” залежить від ступеню впливу конкуренції на ринку, рівня ціни на зміну попиту, і відповідно прибутку від реалізації продукції, зміни об'єму реалізації на собівартість продукції.

3. Здійснено розробку двох комплексів евристичних алгоритмів для вирішення задачі календарного планування. Перший з них заснований на „методі розгалужень”, другий - на використанні випадкового пошуку з включенням в нього евристичних правил, що допускають надавати вибір допустимих рішень нерівномірно, а зі збільшеною імовірністю одержання прийнятних рішень.

4. Розроблено і доповнено елементи конструктивної теорії та проблемно-орієнтованого інструментарію вирішення задач автоматизованого планування і управління промисловим виробництвом у вигляді математичних моделей, алгоритмів, програм, інформаційних технологій.

5. Вперше запропоновано критерій ефективності функціонування промислового підприємства, в якості якого використовується функціонал якості ведення виробництва, перевага якого обумовлена ув'язкою воєдино поточних витрат, об'єму авансування, зниження собівартості, росту прибутку, покращення якості продукції, вартості виробничих фондів, удосконалення управління.

6. Вирішена задача максимізації об'єму продукції в натуральному виражені. Отримано математичний вираз для цільової функції, який відповідає критерію оптимальності. Введена кількісна оцінка системи пріоритетів. Рішення задачі проводиться в чотири етапи.

7. Запропоновано модифікований підхід до розробки алгоритмів адаптованого управління, сутність якого розглянуто на конкретному прикладі.

8. Розроблено новий підхід до синтезу оптимальної структури інтегрованої автоматизованої системи управління виробництвом, сутність якого полягає у виборі числа рівнів управління, розподілу функцій управління між рівнями, виборі алгоритмів реалізації та засобів виробництва для кожного із рівнів системи управління.

9. Запропоновано модель структурного синтезу системи прийняття рішень, сутність якого полягає у визначені сукупності реалізуючих принципів управління, макрофункції управління, множини взаємопов'язаних функцій управління, структури управляючої системи, що реалізується множиною елементів та множиною зв'язків між елементами.

Вірогідність та обґрунтованість одержаних результатів підтверджується коректним використанням математичних підходів у порівнянні з результатами, одержаними іншими методами та авторами, що свідчить про оригінальність представлених результатів роботи.

Апробація розроблених методів, математичних моделей та програм підтверджує їх ефективність за рахунок підвищення оперативності і якості рішень, що приймаються (збільшення прибутку і соціальних видів ефекту). Результати досліджень впроваджені на ВАТ “Мікрон” (Одеському заводі прецизійних станків), на підприємстві “ТЗК”, а також у навчальний процес Одеського ордена Леніна інституту Сухопутних військ на кафедрі економіки та менеджменту.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кокошко В.С., Крыжний А.В., Кухаренко С.В. Методология выбора комплекса технических средств системы информационного обеспечения для АСУВ // Материалы научных работ. - Одесса. - 1996. - С.135-141.

Автором запропоновано критерій визначення складу комплексу технічних засобів для системи інформаційного забезпечення.

2. Кухаренко С.В. Модель организации автоматизированного производства на предприятиях по производству военной техники // Зб. наук. пр. СВМІ ім. П.С. Нахімова. - Вип.2(5). - Севастополь: СВМІ. - 2004. - С.79-84.

3. Кухаренко С.В. Методика унификации алгоритмических и программных решений автоматизации производственно-экономических систем // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2004. - № 1(19). - С.44-48.

4. Кухаренко С.В. Синтез структури ієрархічної системи управління виробництвом // Зб. наук. пр. Одеського ордена Леніна інституту Сухопутних військ. - Вип.9. - Одеса: ООЛІСВ. - 2004. - С.82-87.

5. Кокошко В.С., Барсуков С.И., Кухаренко С.В. Повышение эффективности многоуровневых иерархических систем управления // Вестник Херсонского государственного технического университета. - 2004. - № 1(19). - С.88-91.

Автором побудовано граф системи, що синтезується, та вектора фазових змінних.

6. Кокошко В.С., Балтовський О.А., Кухаренко С.В. Алгоритми аналізу господарської діяльності промислових виробництв // Зб. наук. пр. Одеського ордена Леніна інституту Сухопутних військ. - Вип.9. - Одеса: ООЛІСВ. - 2004. - С.66-70.

Автором виконано розробку алгоритмів для розрахунку постійних та змінних витрат.

7. Кухаренко. С.В., Балтовский А.А. Решение задачи календарного планирования с использованием эвристических алгоритмов // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. - 2004. - № 1(13). - С.90-96.

Автором запропоновано комплекси евристичних алгоритмів.

8. Балтовський О.А., Кухаренко. С.В. Синтез стратегії управління, яка задовольняє критерію адаптації і мінімуму критерію якості перехідного процесу // Холодильна техніка і технологія. - Вип.6(92). - Одеса: ОДАХ. - 2004. - С.95-97.

Автором запропоновано критерії адаптації і мінімуму критерію якості перехідного процесу.

9. Кокошко В.С., Кухаренко С.В. Программный модуль „Идентификация объектов управления с использованием модели Брандона” // Матеріали доповідей другої Національної наукової конференції “Інформатика: Теорія, Технологія, Техніка - ІТТТ - 95”. - Одеса. - 1995. - С.97-98.

Автором розроблено параметризовану модель ідентифікації об'єктів управління, яка складається із заданого набору емпіричних залежностей.

10. Кухаренко С.В. Формализация задачи оптимизации программы выпуска продукции производством // Труды пятой Междунар. научно-практической конф. “Современные информационные и электронные технологии” (СИЭТ-2004). - Одесса: ОНПУ Одесса. - 2004. - С.125.



АНОТАЦІЯ

Кухаренко С.В. Методи, моделі і алгоритми оптимізації автоматизованого планування і управління промисловим підприємством. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології. - Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2005.

Дисертація присвячена рішенню питань удосконалення методів, моделей і алгоритмів автоматизованого планування і управління промисловим виробництвом.

У роботі проведено системний аналіз діяльності підприємств функціонуючих в ринкових умовах, сутність планування і використовуваних для цих цілей алгоритмів і сучасних технологій, вживаних критеріїв для оцінки ефективності їх функціонування. Запропоновано модель стратегічного планування в умовах невизначеності і ризику, вирішено задачу календарного планування, виконано уніфікацію і типізацію аспектів управлінської діяльності. Розроблено узагальнену модель рішення задачі автоматизованого управління трудовими, енергетичними та іншими ресурсами. Запропоновано теоретико-множинний підхід до синтезу структури ієрархічної системи управління виробництвом, визначення способу підвищення ефективності локальних систем. Розроблено модифікований підхід до розробки алгоритмів адаптованого управління і алгоритми автоматизованого синтезу організаційної і функціональної структур інтегрованої автоматизованої системи управління виробництвом.

Створено програмний інструментарій - пакет програм, який частково впроваджений в другому кварталі 2003 р. на ВАТ “Мікрон” з реальним економічним ефектом від впровадження 12987 грн. і очікуваним економічним ефектом 342 тис. грн. після впровадження повного пакету в 2006 році.

Ключові слова: інформаційна технологія, модель, алгоритм, удосконалення, система підтримки прийняття рішень, оптимізація, автоматизовані системи управління.



АННОТАЦИЯ

Кухаренко С. В. Методы, модели и алгоритмы оптимизации автоматизированного планирования и управления промышленным производством. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 _ автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2005.

Диссертация посвящена решению вопросов усовершенствования методов, моделей и алгоритмов автоматизированного планирования и управления промышленным производством.

В диссертационной работе проведен системный анализ деятельности предприятий функционирующих в рыночных условиях, сущности планирования и используемых для этих целей алгоритмов и современных технологий, применяемых критериев для оценки эффективности их функционирования.

В работе разработано упрощенную схему комплексного алгоритма анализа производственного процесса, рассмотрено содержание наиболее важных алгоритмов автоматизированного анализа и оптимизации. Предложена модель стратегического планирования в условиях неопределенности и риска. Решена задача календарного планирования с использованием эвристических алгоритмов. Выполнена унификация и типизация аспектов управленческой деятельности. Разработана обобщенная модель решения задачи автоматизированного управления трудовыми, энергетическими и другими ресурсами. Предложен теоретико-множественный подход к синтезу структуры иерархической системы управления производством, определения способа повышения эффективности локальных систем. Разработаны модели планирования объектов основного и вспомогательного производств в комплексной увязке технологической и экономической информаций, что обеспечивает определение потребности в ресурсах, фондах и затратах труда. Построены модель планирования производства при ограниченных ресурсах производства и предложено детерминированный алгоритм оптимизации целевых функций. Рассмотрен вопрос формализации задачи оптимизации программы выпуска продукции. Решена задача оптимального поэтапного обновления производственного оборудования с целью получения максимальной суммарной дополнительной прибыли за планируемый период. Предложены модифицированный и комбинаторно-проблемно-ориентированный подходы к разработке алгоритмов адаптивного управления, синтеза организационной и функциональной структур интегрированной автоматизированной системы управления производством (ИАСУП) и входящей в ее состав системы подготовки и принятия решений. Разработаны методы построения организационных структур для абсолютно-распределенной, поконтурно-распределенной, межконтурной, поконтурно и межконтурно-агрегированной систем. Синтезированную ИАСУП образуют подчиненные единым целям функциональные подсистемы: АСУНИПКР - автоматизированная система управления научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими работами, куда могут входить как составляющие части: АСНИ - автоматизированная система научных исследований, САПР - система автоматизированного проектирования, АСТПП - автоматизированная система технологической подготовки производства; АСУТП - автоматизированная система управления технологическими процессами, состоящая из: АСИО - автоматизированная система инструментального обеспечения, АСУОТП - автоматизированная система управления основными технологическими процессами, АСКК - автоматизированная система контроля качества, АСТСС - автоматизированная система транспортно-складской системы; АСУП - автоматизированная система управления производством, включающая: АСТЭП - автоматизированную систему технико-экономического планирования, АСОУОП - автоматизированную систему оперативного управления основным производством, АСОУВП - автоматизированную систему оперативного управления вспомогательным производством, АСУРГП - автоматизированную систему управления реализацией готовой продукции, АСБУ - автоматизированную систему бухгалтерского учета, АСУФК - автоматизированную систему управления финансами и кадрами, АСУМТС - автоматизированную систему управления материально-техническим снабжением. Создан программный инструментарий - пакет программ, который частично внедрен во втором квартале 2003 г. на ОАО “Микрон” с реальным экономическим эффектом от внедрения 12987 грн. и ожидаемым экономическим эффектом 342 тыс. грн. после внедрения полного пакета в 2006 году.

Использование разработанного комплекса моделей, алгоритмов и программных продуктов позволило снизить трудовые и временные затраты на подготовку решений относительно стратегии развития промышленного производства, обосновать их реализуемость, оценить объем реализации на перспективу.

Ключевые слова: информационная технология, модель, алгоритм, усовершенствование, система поддержки принятия решений, оптимизация, автоматизированные системы управления.



ABSTRACT

Kuharenko S. Methods, models and algorithms of optimization for automated planning and industrial operations management. - Manuscript.

Dissertation on competition of graduate degree of candidate of technical sciences on speciality 05.13.06 - The automated control systems and progressive information technologies. - Kherson national technical university, Kherson, 2005.

Dissertation is devoted to the decision of questions of improvement of methods, models and automated scheduling algorithms and industrial operations management.

The systems analysis of activity of enterprises of functioning in market conditions is conducted in work, essences of planning and algorithms and modern technologies are used for these aims. These algorithms and modern technologies are applied criteria for estimation of efficiency of their functioning. The model of the strategic planning in the conditions of vagueness and risk is offered in the work, the task of the calendar planning is decided, standardization and typification of aspects of administrative activity are executed. The generalized model of decision of task of the automated management by labour, power and other resources is developed. Theoretic-plural approach is offered to the synthesis of structure of the hierarchical control system by production, decisions of method of increasing of efficiency of the local systems. The modified approaching to development of algorithms of the adapted management is developed. Algorithms of the automated synthesis of organizational and functional structures of the integrated automated control system by production are developed.

The programme tool is created - software package which is partly inculcated in the second quarter 2003 in Ltd company “Micron” with the real economic effect from introduction was 12987 UAH and the expected economic effect will be 342 thousand of UAH after introduction of complete package in 2006.

Keywords: information technology, model, algorithm, improvement, system to support of acceptance of decisions, optimization, automated control systems.