автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Исследование моделей управления запасами для систем автоматизированного управления хлопко-прядильным производством

На правах рукописи

Вахромеева Екатерина Николаевна

ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ УПРАВЛЕНИЯ ЗАПАСАМИ ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ХЛОПКОПРЯДИЛЬНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ

Специальность 05 13 06 - Авгоматизация и управление технологическими процессами и производствами (легкая промышленное гь)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 9 И.ЮЛ 2007

Москва, 2007

003064264

Работа выполнена в Московском государственном текстильном университете имени А Н Косыгина на кафедре информационных технологий и вычислительной техники

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Ссвостьянов П А

Официальные оппоненты

доктор технических наук, доцент Макаров А А

кандидат технических наук Ордов К В

Ведущая организация ООО научно-технический центр «Шелк плюс»

Защита состоится «_ 09 _ 2007 г в ^ час на заседании диссертационного совета Д212 139 03 при Московском государственном текстильном университете имени АН Косыгина по адресу 119071, Москва, Малая Калужская улица, дом 1

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ имени АН Косыгина

Автореферат разослан « /А о У-

2007 г

Ученый секретарь диссертационного совета, д т н , профессор

Козлов А Б

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы В управлении хлопкопрядильным производством немаловажную роль занимает система складирования сырьевых запасок, которая позволяет преодолеть временные, пространственные, количественные и качественные несоответствия между наличием и потребностью в сырье и полуфабрикатах в процессе производства Несмотря на обилие разработанных моделей управления запасами как для однопродуктовых, так и для многопродуктовых складов, для иерархических систем, для многоканальных систем складского управления, все вышеперечисленные разработанные модели носят познавательный характер, и позволяют в целом оценить эффективность того или иного варианта, но не могут служить руководством для конкретной работы на конкретном предприятии Поэтому, тема диссертационной работы, посвященная исследованию и созданию моделей управления запасами на хлопкопрядильных производствах, является актуальной

Целью данной диссертационной работы является решение научно-технической задачи автоматизации имитационного моделирования работы складов на хлопкопрядильных производствах Процесс решения этой задачи включает в себя следующие этапы

исследование существующих моделей управления запасами для систем автоматизированного управления хлопкопрядильным производством,

разработка компьютерной модели для имитации работы складской системы управления запасами с возможностью интерактивного управления,

разработка имитационных моделей работы однопродуктового и многопродуктовых складов,

проведение компьютерных экспериментов по изучению влияния случайных помех на работу склада,

разработка структуры автоматизированного комплекса для имитации работы мног опродуктового склада с возможностью интерактивного управления

Предмет исследования Объектом исследования являются модели управления запасами для автоматизированного управления хлопкопрядильного производства, имитационное моделирование систем управления и автоматизация методов моделирования

Методы исследования В работе использованы методы математического и имитационного компьютерного моделирования, спектрального анализа, математической статистики, исследования задач управления запасами и логистики

Научная новизна работы В результате выполнения поставленной научно-технической задачи в работе впервые были построены алгоритмы имитации работы одно- и многопродуктовых складов для хлопкопрядильного производств с учетом различных случайных факторов Построена модель многопродуктового производства как системы складов, что позволило изучить стабильность работы производства и возможные нарушения этой стабильности вследствие рассогласования отдельных переходов Предложена интерактивная модель оперативного контроля функционирования производства по отдельным машинам и по переходам Выполнены компьютерные эксперименты на исследование влияния различных факторов на функционирование работы склада и получены зависимости показателей стабильности работы производственной системы от этих факторов

Практическая значимость и реализация результатов работы По итогам работы создан программный комплекс, который на базе разработанных имитационных моделей позволяет осуществлять как оперативный контроль за материальными потоками в производственных условиях, так и прогнозировать возможность различных вариантов управления складами, запасами сырья и полуфабрикатов между переходами, отслеживать управление производственной программы

Апробация работы Материалы данной работы докладывались на научно-технических семинарах кафедры ИТ и ВТ МГТУ им А Н Косыгина , на всероссийской научно-текстильной конференции «Текстиль 2004», внутривузовских научных конференциях Разработки, выполненные в диссертации, использованы при выполнении курсового и дипломного проектирования

Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ

Объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы из 68 наименований и 3 приложений Основное содержание диссертации изложено на 154 страницах, содержит 58 рисунок и 10 таблиц

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, определены цели и задачи исследования Дана характеристика научной новизны и практической значимости работы

Первая глава посвящена обзору методов управления, приведены примеры существующих имитационных моделей управления запасами, в частности, статистические модели, однопродуктовые, многопродуктовые, многономенклатурные, динамические, модели с разветвленной структурой итд

Анализ существующих моделей управления запасами и методов их исследования показал, что задача управления запасами для текстильных предприятий является частным случаем общей классической задачи управления запасами Подобная задача детально рассматривается во многих учебных разработках, монографиях, научных работах, связанных с исследованием операций и методами принятия оптимальных решений Известно, что эта задача имеет весьма разнообразные варианты постановки и почти никогда не поддается аналитическому решению до завершающих результатов, которые пригодны для практического использования Разнообразие постановки приводит к тому, что общих рекомендаций оказывается зачастую недостаточно и приходится учитывать конкретные условия для предприятия и конкретного вида сырья Сама оптимизация управления запасами дает эффект от выбора оптимальной стратегии, когда в полной мере используется специфика производства Эти причины требуют построения специальных моделей для управления запасами сырья, ориентированных на текстильные предприятия

Установлено, что наиболее перспективным вариантом управления складскими системами в условиях достаточно сильного влияния случайно-

стей является применение имитационных моделей в совокупности с интерактивными элементами

Во второй главе изложены разработанные алгоритмы работы имитационной модели управления складом Предложенные алгоритмы были программно реализованы, и на их основе проводились все дальнейшие исследования

На основе простейшей имитационной модели однопродуктового склада, была создана и описана имитационная модель многопродуктового склада, которая позволяет прогнозировать его работу на определенный временной период и позволяет учитывать влияние случайностей на работу склада

Основные отношения для описания идеализированной работы многопродуктового склада могут быть записаны в виде формул

Используемые обозначения (для каждого, ¡-то вида сырья) Qmm(i) -минимальный объем заказа, R(i) - страховочный объем заказа, Msr(i) -средний уровень потребления, qmm{i) - критический уровень запаса

Основными переменными модели являются (для /-го вида сырья) m(i) — спрос, <7(1,/) - запас на складе, Q(i,t) - поставка на склад, r(i,t) -дефицит, t = 0,1,2,.. Т, где Т - моделируемый интервал времени (например, месяц), 1 = 0,1,2 . М, где M - количество видов сырья на складе

В алгоритм имитации данной модели была добавлена случайная составляющая величины спроса (g(i))'

П1 Input M, Qmax, T, Qmin(i), R(i), Msr(i), qmin(i), 11 2 M> 0, Qmax > 0, T > 0, Qmin{i) > 0, R(i) > 0, Msr(i) > 0, qmin(i) > 0, П 3 Dim m{t,i), q{t,i), qq(t,i), r(t,i), П 4 Пока 1 < M, выполняем n 4 1,П 4 I Input <7(1,0> П 4 2 m(l,i) = 0, qq(\,i) - 0, r(l,i) = 0,115 t— 2 Пока t < Tm выполнить пп 5 1 -

m(i, t) = Msr

q(i,t) = q(i,t-l) + QU,t-l)-m{',t)

(1) (2)

(3)

00,0 =

où t) = q{l,t ~+Q{,,t ~l)~m{ut) > 9mm (,)

' la,,,, (0 + m r(i, t), lU, '-D + Q(h t ~ 1) - m(,, 0 < ?„„„ {;)

r(i,t) = -q(i,t-l)-Q(iM) + m(i, t)

q{i,t-l) + Q(i,t-\)-m{i,t)>0 <7iW+42(0+ + <7n(0 — Qmax

(4)

(5)

(6)

5.6; П. 5.1. t = f+1 ; П. 5.2. m(t,t)^nA*Msr{i)*2\ П. 5.3. Если q{t-1, 0 + qq{t-\, о - m{t, i) > qmin{i), то П5.3.1.иначе П. 5.3.2.; П.5.З.1. qq(t) = 0\ Г1.5.3.2. qq(t, i) = Qntin(i) + R(i) r{t,i)\ П.5.4. Если q(t, i) > qmin{t,i), то переход к п. 5.1, Иначе переход к п. 5.5; П.5.5. r(t, i) = -q(t-1, 0 - Q{t-1, i) + m(t, i ) ; П.5.6. Если /•{', i) <0, то ?■(/, i) =0; П. 5.7. qq(t, i) = Qmin(i) + R*r(t, i)\ П.5.8. Если

ЫИ

Qmcix, то переход к п. 5.9, иначе к п. 5.1; П.5.9. Выбор

]

минимальной поставки.

Алгоритм был реализован при помощи средств M at lab и Excel. Пример работы программы, при исходных данных (таблица 1) можно видеть на рис. 1.

Таблица 1.

А: сырья Qmin R Msr qniin

1 25 8 5 3

2 30 12 5 2

3 20 10 5 2

Рис. 1 Динамика изменения запасов на трехпродуктовом складе.

Для того, чтобы правильно управлять работой склада, мы должны также описать работу всей производственной системы, т.к. именно она (система) является потребителем сырья находящегося складе и источником сырья для склада продукции. Поэтому, при исследоыании стабильности работы производственной системы, можно рассматривать

последовательность технологических переходов как последовательность складов полуфабриката Каждый из складов пополняет свои запасы за счет поступления новых емкостей с полуфабрикатом с предыдущего технологического перехода и расходует имеющиеся запасы, снабжая накопленным полуфабрикатом следующий переход

Особенность функционирования системы по такой схеме состоит в том, что контейнеры с полуфабрикатом наполняются на выходе к-го перехода в течение некоторого отрезка времени Его длительность, очевидно, равна

Tt=Qk/Prk,

где Qk - емкость контейнера, Ргк - производительность машин на к-м переходе Затем контейнер транспортируется на участок питания машин следующего, &+1-го перехода. Здесь он добавляется к уже имеющимся контейнерам и находится до срабатывания хранящегося в нем полуфабриката Таким образом, суммарный запас полуфабриката между к-м и к+1 -м технологическими переходами в каждый момент времени равен сумме полуфабриката в контейнерах на выходе к-ro перехода и на входе Âr+1-го перехода Транспортирование контейнеров между переходами происходит по мере заполнения контейнера на предыдущем переходе и срабатывания полуфабриката из контейнеров на следующем переходе

Описанный процесс функционирования системы представлен на

рис 2

Рис 2 Схема переходов производственной линии как системы последовательности складов Ниже приведен моделирующий алгоритм для двух последовательных переходов.

П 1 t = О, П 2 Пока t < Тт выполнить пп 2 1 - 2 6, П 2 1 i = f + dt, П2 2 (Ml, t) = Out{\, t) + Pr( 1, t)* dt, П 2 3 Если Out( 1, t) > Qmax{ 1), то n 2 3.1 иначе n 2 3 2, П 2 3 1 Out( 1, t) = Out{ 1, /) - Qmax( 1), П 2 3 2 In( 2, t) = In{2, t) + Qmax( 1), П 2 4 /«( 2, /) = In(2, t) - Pr{ 2, t)* dt, П 2 5

Если In(2, t)> 0, то п 2 5.1 иначе п 2 5 2 , П 2 5 1 Out{2, t) = Out(2, t) + Pr(2, t) * dt, П Ost = /и(2, 0 + Pr(2, /) * dt, П Out(2, t) = Oi/i(2, 0 + Os/, П In{2, t) = О, П Если Out{2, t) > Qmax{2), то п 2 6 1 ; П Out{2, t) = Out{2, t) -Qmax(2), П In{3, 0 = In{3, i) + Qmax{2)

Основные обозначения, используемые в алгоритме (для каждого /-го перехода в момент t) Pr(i, f) - производительность машины, Out(i, t) -объем наработанной продукции на выходе, накопленный с момента последней отгрузки, /«(¡, t) — запас сырья, Qmax(i) - максимальная емкость тары для продукции на выходе г-го перехода, dt - приращение времени, Тт — моделируемый интервал времени работы системы Поясним отдельные фрагменты алгоритма П 2 алгоритма осуществляет имитацию динамики функционирования системы с постоянным нарастанием шага по времени на dt В п 2 2 имитируется приращение выпуска полуфабриката на выходе первого перехода В п 2 3 проверяется заполнение контейнера с полуфабрикатом на выходе первого перехода Если контейнер заполнен, то он передается на вход второго перехода, а на выходе первого перехода устанавливается новый пустой контейнер При поступлении контейнера на вход второго перехода запас полуфабриката на этом участке возрастает В п 2 4 имитируется отбор полуфабриката со входа второго перехода со скоростью, равной производительности этого перехода При этом запас на входе этого перехода уменьшается В п 2 5 проверяется наличие или отсутствие запаса на входе второго перехода Алгоритм был реализован при помощи средств Matlab и Excel

Практическое решение для реальных производственных условий возможно лишь в результате разработки автоматизированной компьютерной системы, включающей в себя как модули для автоматического расчета показателей и оптимизации, так и интерактивные модули, в работе которых главную роль играет пользователь Главными функциями пользователя такой системы является построение рациональных вариантов расписания загрузки оборудования на основе имеющейся практики и опыта Нами была создана интерактивная модель работы управления складским хозяйством и производственными линиями, фрагмент которой (схема заправки машин) представлен на рис 4

17 1В "["¡Г1 20 I 21 I и ). 14 ' п/ги ; 1йШПи :"г

рис. 4 Схема заправки машин

Имея перед глазами такую картинку, разработчик сам заполняет ее определенным образом, учитывая ситуацию на складе и наличие работающих машин в цеху. Роль ПК при обработке - сделать просчет: сколько продукции будет выпущено, какие затраты времени, а так же информировать заказчика в реальном времени о состоянии дел на складе. Для подобных операций нужно располагать значениями

производительности отдельных машин но каждому артикулу и объемом, который необходимо переработать,

В третьей главе с созданными моделями были проведены различные эксперименты, которые показали влияние различных случайностей на работу склада и производства в целом.

В ходе экспериментов с имитационной моделью много продуктового склада было выявлено, что с увеличением вариации случайной составляющей четко выраженная периодическая составляющая, наблюдаемая в вариациях объемов поставок постепенно деформируется, распределяясь но широкому диапазону частот. Если при вариациях 2% и 5% эта периодическая составляющая еще просматривается, то при вариации 10% она уже перестает наблюдаться в чистом виде, а видна на общем фоне шумовых составляющих спектра, а при вариации 20% эта периодическая составляющая исчезает, Закрытая ее общим фоном. Кроме того, видно, что случайная составляющая в основном содержит компоненты низкой частоты, которые и маскируют периодическую составляющую.

На рис. 5 представлена спектральная плотность, рассчитанная в среде Ма|1аЬ при помощи операторов рзй для потока 0(1),

бЙН Су

Су =2 % СУ =10%

Рис. 5 исследование случайностей в объемах поставок

рис 6 Влияние исходных параметров на длительность между поставками

Были проведены эксперименты для исследования интервала между поставками в зависимости от исходных параметров Из графиков (рис 7) отчетливо видно, при изменении минимального объема на складе, страховочного объема заказа, среднего уровня потребления, критического уровня запаса, наблюдаются значения, которые соответствуют некому оптимальному значению этих параметров, поскольку кривые носят ярко выраженный экстремальный характер Из этого можно сделать выводы о том, что как слишком большие так и слишком маленькие значения Оппп, Мбг, <]_тт приводят к увеличению длительности поставок, тогда как существуют такие значения этих параметров, при которых интервал между поставками имеет наименьшее значение

С моделью последовательных переходов был проведен ряд однофакторных экспериментов Их цель состояла в исследовании влияния случайных вариаций в производительности машин на стабильность работы системы и ее чувствительность к вариациям этих параметров

В ситуации, когда производительность последующих переходов больше предыдущих Рг\ < Рг2, неизбежно возникают простои в работе склада (рис 7,), в противном случае, когда Рг\ > Рг2 (рис 8), происходит перенасыщение склада

Значения производительностей оборудования на каждом из переходов Рг(к, () подвержены случайным вариациям Поэтому при моделировании для получения значений этих величин использовались генераторы случайных величин Рг(к,0 ~ а(к) + 2Ь(к)(г - 0 5), г ~ С/п(0,1)

Средние -значения а(к) этих величин соответствовали заданным средним проиэводительностям, а величина вариации могла меняться в зависимости от заданного значения параметра Ь(к)

Для сравнения диаграмм запаса сырья в производстве, учитывалась разница в производительностях на каждом из переходов

(Рг1-Рг2) 100% а Рг1

При постоянном увеличении разницы между производителыюстями (с!а >0), увеличиваются простои оборудования tnp, и уменьшается длительность цикла работы 1раб Причем, при увеличении разницы между производителыюстями на переходах до 60 %, характер увеличения простоев и уменьшения цикла работы носит достаточно стремительный характер, а затем скорость изменения 1пр, и /рай снижается При отрицательной разнице между производителыюстями (с1а < 0), характеристикой изменения состояния запасов сырья на производстве является угол наклона между q\ и г/2 а Так, при увеличении разницы между производительностя-ми от 0 до 50%, угол изменяется от 0 до 40°С Дальнейшее увеличении разницы между производительностями при условии, что с!а <0, приводит к увеличению угла наклона а

60 50

1 6 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 % Ч

|- - -Рг1 « д1 1 ' ' »'1 рг2 —*— д2~|

рис 7 Работа склада при Рг1 > Рг2

р Рг1 » д1 ...........рг2 " д2 [

рис 8 Работа склада при Рг1 < Рг2

В четвертой главе описывается разработка структуры автоматизированного прогнозирующего программного комплекса Результаты научных исследований, приведенных в главах 2 и 3, могут найти практическое применение при условии использования их в автоматизированном режиме с удобным пользовательским интерфейсом Поэтому была разработана структура автоматизированного прогнозирующего комплекса с возможностью интерактивной работы и программно разработаны основные его функциональные узлы

Разработанное программное обеспечение позволяет эффективно анализировать возможные перебои в работе склада, а также предотвращать нежелательные простои и ситуации дефицита

Рассматриваемый комплекс позволяет так же проводить исследования на влияние различных характеристик системы на работу склада в условиях неизбежно возникающих случайных помех

В процессе проведенных исследований была накоплена база данных различных графиков и вариантов работы модели склада при определенных условиях, что облегчает процесс работы с моделью в дальнейшем

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В результате выполнения научных исследований решена важная научно-техническая задача разработки методологии и комплекса алгоритмов для моделирования работы складского хозяйства и производственных линий Создана автоматизированная система моде-

лирования , которая позволяет повысить эффективность работы складского хозяйства, управлять запасами сырья на производстве и выбирать наиболее рациональные режимы работы складского хозяйства.

На основании анализа моделей управления запасами разработаны компьютерные модели и алгоритмы управления многопродуктовыми и однопродуктовыми складами Разработанные модели позволяют решать задачу оптимизации управления складом в зависимости от конкретной постановки задачи выбор оптимального объема склада, выбор оптимального объема поставок, определение порядка оформления заказов на поставку сырья каждого вида Разработанные алгоритмы позволяют оценивать управление складским хозяйством в условиях, приближенным к реальным, при влиянии разнообразных случайных факторов на объем поставок, потребление запасов сырья на складе, а также влияние случайных факторов на длительность интервалов между поставками сырья Показано, что как слишком большие так и слишком маленькие значения входных параметров модели (объема на складе, страховочного объема заказа, среднего уровня потребления, критического уровня запаса) приводят к увеличению длительности поставок, тогда как существуют такие значения (Зтт, Мэг, ц_тт , при которых интервал между поставками имеет наименьшее значение Для решения задач управления производством и обеспечения бесперебойной и ритмичной работы всех переходов прядильного производства была разработана модель этого производства в виде последовательности складов

Для создания возможности оперативного управления производственным процессом, рассматриваемым как складское хозяйство, была разработана интерактивная модель управления складом Данная модель содержит в себе информацию о состоянии отдельных машин по переходам, запасам сырья, запасам полуфабрикатов Причем, данная схема включает в себя не только отображение информации, но и все необходимые расчеты по количеству расходуемого сырья,

Интерактивная модель управления складом позволяет прогнозировать время выработки запасов сырья и необходимости новых поста-

вок, возможные простои оборудования или переполнения запасов по переходам Тем самым наличие такой схемы создает основу для оперативного интерактивного компьютерного управления производством

8 Эксперименты с разработанными моделями показали малые затраты времени на моделирование, что подтверждает эффективность использования методов компьютерной статистической имитации поточных линий в системах оперативного управления производством

9 На основе разработанных алгоритмов и моделей был создан моделирующий программный комплекс, позволяющий выполнить все функции, связанные с работой складского хозяйства и управлением сырья и запасов на хлопкопрядильном производстве

Основное содержание работы отражено в публикациях

1 Севостьянов П А , Вахромеева Е Н Имитационная модель работы многопродуктового склада//Иваново Известия Вузов Технология текстильной промышленности, №1 , 2005, с 136-139

2 Вахромеева Е Н , Использование статистических компьютерных моделей в прядильном производстве// - Научно-производственный журнал Вестник ДИТУД, вып 2-Димитровград, 2005г

3 Севостьянов П А , Вахромеева Е Н Исследование имитационной модели работы однопродуктового склада на устойчивость к случайным помехам //Труды 6-й Международной научно-технической конференции Часть 2 Спб Изд-во «Нестор», 2005 г

4 Вахромеева Е Н , Имитационная модель многопродуктово1 о склада для системы автоматизированного управления поставками сырья для прядильного производства/ Труды 5-й Международной научно-технической конференции. Часть2 Спб Изд-во «Нестор», 2004, с 125-127

5 Севостьянов П А , Вахромеева Е Н, Исследование работы склада на устойчивость к случайным помехам// Сб научных трудов аспирантов , вып 10 — М.. МГТУ им А Н Косыгина, 2005 - 124 с

Подписано в печать 05 07 07 Формат бумаги 60x84/16 Бумага множ Услпеч.л 1,0 Заказ 281 Тираж 80 МГТУ им АН Косыгина, 119071, Москва, ул Малая Калужская, 1

Введение.

Глава 1 Задача управления запасами и ее роль в управлении производственными процессами.

1.1. Этапы решения задач управления запасами.

1.2. Структура систем складского хозяйства и управления запасами

1.3. Классификация систем управления запасами.

1.4. Математические модели управления запасами.

1.4.1. Модели управления запасами при известном спросе.

1.4.2. Динамическая модель управления запасами.

1.4.3. Многономенклатурные задачи.

1.4.4. Многофазные системы управления запасами.

1.4.5. Система с последовательной структурой.

1.4.6. Двухфазная иерархическая система и распределение спроса

1.5. Особенности управления запасами на текстильном

Выводы по первой главе.50

Глава 2 Разработка математической и компьютерной моделей функционирования складов сырья и готовой продукции.52

2.1. Простейшая детерминированная модель однопродуктового склада.52

2.2. Имитационная модель многопродуктового склада 58

2.3. Модель производственной программы.63

2.4. Модель производственных переходов как последовательности складов.69

2.5. Модели работы склада в интерактивном режиме.74

Выводы по второй главе.84

Глава 3 Имитационные модели складского хозяйства и управления производственными переходами как последовательностью складов 86 3.1. Исследования колебаний запасов на складе продукции с использованием спектрального анализа.87

3.2. Исследование работы склада на устойчивость к случайным помехам.94

3.2.1. Исследование влияний случайных вариаций в объемах поставок сырья и полуфабрикатов.95

3.2.2. Исследование влияний случайных вариаций в потреблении сырья и полуфабрикатов.98

3.2.3. Исследование влияний случайных вариаций в длительности интервалов между поставками сырья и полуфабрикатов.100

3.3. Исследование изменения интервала между поставками в зависимости от исходных параметров.102

3.4. Эксперименты с моделью производственных переходов как последовательности складов.104

Выводы по третьей главе.121

Глава 4. Разработка автоматизированного модельного исследовательского комплекса управления складским хозяйством и производства на ткацких фабриках.123

4.1. Обобщенная функциональная схема автоматизированного комплекса.123

4.1. Детализированная функциональная схема автоматизированного комплекса.126

4.3. Схема программного проекта автоматизированного комплекса 132

4.4. Примеры экранных форм.135

Выводы по главе 4.146

Общие выводы.147

Литература.149

Приложения.155

Введение

Склады сырья, полуфабрикатов и готовой продукции являются одним из важнейших элементов любого производственного предприятия, а задача управления складом - классической задачей управления запасами и центральным объектом исследований теории управления и промышленной логистики.

Данная задача, как известно, относится к классическим задачам управления запасами, рассмотренных с различных точек зрения в различных литературных источниках [3, 6, 7, 8, 12-15, 19, 23, 25-28, 31-68]. Анализ разработанных математических моделей показал, что они позволяют учесть большинство факторов и разнообразие особенностей для каждого из типов задач управления запасами. Однако это же разнообразие привело к тому, что до сих пор для каждого реального производства приходится разрабатывать специальные модели, учитывающие именно его особенности и адаптированные к конкретным задачам данного производства.

Одна из особенностей управления запасами для прядильного производства заключается в том, что в прядильном производстве наряду с отдельными переходами используются довольно широко поточные линии, особенно на предварительных переходах: питания, рыхления, смешивания, очистки. Причем, несмотря на то, что и сам процесс идет непрерывно, и потоки волокнистого материала непрерывные, но накопители для выравнивания и обеспечения надежной работы этих систем все равно присутствуют. В качестве таких накопителей используют, в качестве таких накопителей используют решетки транспортирующие, бункеры накапливающие и конденсоры (сетчатые барабаны на поверхности которых также накапливается волокнистый материал). Таким образом, задача управления запасами остается актуальной для непрерывных производств.

Целью данной диссертационной работы является решение важной научно-технической задачи исследования возможностей автоматизации имитационного моделирования работы складов на хлопкопрядильных производствах. Процесс решения этой задачи включает в себя следующие этапы: исследование существующих моделей управления запасами для систем автоматизированного управления хлопкопрядильным производством; разработка компьютерной модели для имитации работы складской системы управления запасами с возможностью интерактивного управления; разработка математической модели имитации работы одно-продуктового и многопродуктовых складов; проведение компьютерных экспериментов по изучению влияния случайных помех на работу склада; разработка структуры автоматизированного комплекса для имитации работы многопродуктового склада с возможностью интерактивной работы.

Объектом исследования являются модели управления запасами для автоматизированных управления хлопкопрядильных производств, имитационное планирование систем и автоматизация методов моделирования В работе использованы методы математического и имитационного компьютерного моделирования, спектрального анализа, математической статистики, исследования склада и логистики.

В результате выполнения поставленной научно-технической задачи в работе впервые были построены алгоритмы имитации работы одно и многопродуктовых складов для хлопкопрядильного производства с учетом различных случайных факторов. Построена модель многопродуктового производства как система складов, что позволило изучить стабильность работы производства и возможные нарушения этой стабильности в следствии рассогласования отдельных переходов. Предложена интерактивная модель оперативного контроля функционирования производства с точки зрения отдельных машин по переходам. Проведены исследования влияния различных факторов на функционирование склада в виде компьютерных экспериментов и получены зависимости показателей стабильности работы производственной системы от этих факторов. Практическая значимость и реализация результатов работы заключается в том, что по итогам работы создан программный комплекс, который на базе разработанных имитационных моделей позволяет осуществлять как оперативный контроль за материальными потоками в производственных условиях так и прогнозировать возможность вариантов управления складами, запасами сырья и полуфабрикатов между переходами, отслеживать управление производственной программы.

Выводы по главе 4.

1. Разработана функциональная схема автоматизированного комплекса работы склада и производств.

2. Разработана структура и база данных для хранения информации по результатам исследования и моделирования, средства визуализации результатов исследования.

3. Разработана модель производственных переходов как системы складов с возможностью интерактивной работы.

4. Разработано базовое программное обеспечение для автоматизированного комплекса, реализованное на языках Delphi и Matlab.

5. В процессе работы с программным комплексом была накоплена база данных различных вариаций работы склада, что облегчает процесс прогнозирования и дальнейшей работы с программой

6. Выполнена верификация, отладка и тестирование программного продукта, показавшие, что разработанный программный комплекс является эффективным средством имитации работы многопродуктового склада с целью прогнозирования, а также средством управления складом в реальном режиме времени.

1. В результате выполнения научных исследований решена важная научно-техническая задача разработки методологии и комплекса алгоритмов для моделирования работы складского хозяйства и производственных линий. Создана автоматизированная система моделирования , которая позволяет повысить эффективность работы складского хозяйства, управлять запасами сырья на производстве и выбирать наиболее рациональные режимы работы складского хозяйства.

2. На основании анализа моделей управления запасами разработаны компьютерные модели и алгоритмы управления многопродуктовыми и однопродуктовыми складами. Разработанные модели позволяют решать задачу оптимизации управления складом в зависимости от конкретной постановки задачи: выбор оптимального объема склада, выбор оптимального объема поставок, определение порядка оформления заказов на поставку сырья каждого вида

3. Разработанные алгоритмы позволяют оценивать управление складским хозяйством в условиях, приближенным к реальным, при влиянии разнообразных случайных факторов на объем поставок, потребление запасов сырья на складе, а также влияние случайных факторов на длительность интервалов между поставками сырья.

4. Показано, что как слишком большие так и слишком маленькие значения входных параметров модели (объема на складе, страховочного объема заказа, среднего уровня потребления, критического уровня запаса) приводят к увеличению длительности поставок, тогда как существуют такие значения Qmin, Msr, qmin , при которых интервал между поставками имеет наименьшее значение.

5. Для решения задач управления производством и обеспечения бесперебойной и ритмичной работы всех переходов прядильного производства была разработана модель этого производства в виде последовательности складов.

6. Для создания возможности оперативного управления производственным процессом, рассматриваемым как складское хозяйство, была разработана интерактивная модель управления складом. Данная модель содержит в себе информацию о состоянии отдельных машин по переходам, запасам сырья, запасам полуфабрикатов. Причем, данная схема включает в себя не только отображение информации, но и все необходимые расчеты по количеству расходуемого сырья,

7. Интерактивная модель управления складом позволяет прогнозировать время выработки запасов сырья и необходимости новых поставок, возможные простои оборудования или переполнения запасов по переходам. Тем самым наличие такой схемы создает основу для оперативного интерактивного компьютерного управления производством

8. Эксперименты с разработанными моделями показали малые затраты времени на моделирование, что подтверждает эффективность использования методов компьютерной статистической имитации поточных линий в системах оперативного управления производством.

9. На основе разработанных алгоритмов и моделей был создан моделирующий программный комплекс, позволяющий выполнить все функции, связанные с работой складского хозяйства и управлением сырья и запасов на хлопкопрядильном производстве

1. Акорф Р., Сасиени М. Основы исследования операции. - М.: Мир, 1971 г

2. Аникин Б.А.Логистика: Учебное пособие. М; Инфра - М.; 2002г.

3. Бездудный, Ф.Ф, Павлов, А.П. Математические методы и модели в планировании текстильной и легкой промышленности. -М.: Легкая промышленность, 1979г-440с

4. Беллман Р., Динамическое программирование. М.: Иностр. Лит, 1960г.

5. Беллман Р., Гликсберг И., Гросс О., Некоторые вопросы математической теории процессов управления. М. ИЛ, 1962г.

6. Булинская Е.В. Некоторые задачи оптимального управления запасами. Канд. Диссертация. М.:, Математический институт им В.А. Стеклова, 1965г.

7. Букан Дж., Кенигсберг Э. Научное управление запасами. М.: Наука, 1967г.

8. Ватник П.А. Об оперативном управлении производством при наличии случайных возмущений. В сб. Все вопросы автоматизации и управления производством. ЛГУ, 1965г

9. Вентцель Е.С. Элементы динамического программирования. -М.: Наука, 1964г.

10. Гаджинский А.М.Основы логистики. М.: ИВЦ «Маркетинг», 2002.-105с.

11. Глушков В.М. Введение в АСУ,- М.Техника, 1972г.

12. Голенко Д.И. Статистические методы сетевого планирования и управления. М.: Наука, 1968г

13. Григорьев М.Н., Долгов А.П., Уваров С.А. Управление запасами в логистике: Методы, модели, информационные технологии. Бизнес-пресс, 2006г.

14. Турин JI.C., Дымарский Я.С., Меркулов А.Д. Задачи и методы оптимального распределения ресурсов.- М.: Советское радио, 1968г.-465с

15. Ильин А.И. Планирование на предприятия. Минск, Новое знание, 2000.- 256 с.

16. Каток А.Б. Хасселблат Б., Введение в современную теорию динамических систем/ пер. с англ. Кононенко А. при участии Ферлегера С. М.: Факториал, 1999г — 768с

17. Катовник В.Я., Полуэктов Р.А. Многомерные дискретные системы управления. М.: Наука, 1966г.

18. Катрич С.В. Процесс принятия решений и АСУ. М.: Наука, 2000г

19. Кендал М. Дж, Стьюарт А. Теория распределений Пер. с англ. -М.: Наука, 1966г-587с

20. Климов Г.П. Стохастические системы обслуживания. М.: Наука, 1966

21. Корн Г. А. Моделирование случайных процессов на аналоговых и аналого-цифровых машинах. М.: Мир, 1968. 316 с.

22. Кофман А., Анри-Лабордер А. Методы и модели исследования операций. Целочисленное программирование М.: Мир, 1977г, 432 с

23. Лившиц Н. А., Пугачев В. Н. Вероятностный анализ систем автоматического управления. Т. I, II. М.: Советское радио, 1963. 896 с. 484 с.

24. Лившиц В.Н. Выбор оптимальных решений в технико-экономических расчетах. М.: Экономика, 197г.

25. Лукинский B.C. Модели и методы теории логистики. СПб.: Питер, 2003.- 175 с

26. Майкл Р. Линдере, Харольд Е. Фиерон. Управление снабжением и запасами. М.: Полиграфуслуги, 2006. - 768 с.

27. Мамиконов А.Г. Теоретические основы автоматизированного управления. М.: Высшая школа, 1994г.

28. Негойце К. Применение теории систем к проблемам управления. Мир, М.: 1981

29. Неруш Ю.М. Логистика М.: Юнити-Дана, 2001. - 3 89с

30. Первозванский А.А. Динамическая модель управления производственной системой и ее приближенная оптимизация, Автоматика и телемеханика, №8, 19г

31. Первозванский А.А. Математические модели в управлении производством. М.: Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», 1975. -616с

32. Поспелов Г.С., Тейман А.И. Автоматизация процессов управления разработками больших систем или сложных комплексов, Изв. АН СССр, Техническая кибернетика №4

33. Прабху П. Методы теории массового обслуживания и управления запасами. Пер. с англ. Под ред. И.Н. Коваленка. М.: «Машиностроение», 1969г.

34. Райбман Н.С., Чадеев В.М. Построение моделей процессов производства. М.: Энергия, 1975.

35. Рубальский Г.Б Вероятностные модели управления запасами с непрерывным временем. Канд. Дис., МФТИ, 1972г.

36. Рубал ьский Г.Б. Управление запасами при случайном спросе (модели с непрерывным временем) Под ред. И.А.Ушакова. -М.: Сов. Радио, 1977г. 160с

37. Рыжиков Ю.И. Многономенклатурная задача об управлении запасами. Известия АН СССР. Техническая кибернетика, 1966г, №4

38. Рыжиков Ю.И. Оптимальное управление запасами при случайной задержке поставок. Известия АН СССР. Техническая кибернетика, 1966г. № 4

39. Рыжиков Ю.И. Теория очередей и управление запасами. Спб: Питер, 2001 -384с

40. Рыжиков Ю.И. Управление запасами. М.: Наука, 1969г.

41. Сакович В.А. Модели управления запасами. Минск: Наука и техника, 1986г. 319с

42. Саломатин Н.А, Беляев Г.В, Петроченко В.Ф., Прошлякова Е.В. Имитационное моделирование в оперативном управлении производством. М.: Машиностроение, 1984г. - 208с

43. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Моделирование технологических процессов (в текстильной промышленности). М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 344с.

44. Севостьянов П.А. Математические методы обработки данных. М.: МШТУ им. А.Н. Косыгина, 2004г

45. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. М.: Высшая школа, 1998. - 319с

46. Сытник В.Ф., Рогач И.Ф., Тихонова И.А. Имитационная динамическая модель управления запасами при случайных поставках и детерминированном спросе. Киев. Вища школа, 1975г

47. Трувцев Н.И., Трувцев Н.Н. Прядение (технология и оборудование прядения смежных волокон. М.: Легкая индустрия, 1966 -277с

48. Уайт О.У. Управление производством и материальными запасами/Пер. с англ. М.: Прогресс, 1978г. - 304с

49. Хедли Дж. Уайтин Т. Анализ систем управления запасами. Пер. с англ. Под ред. A.JI. Райкина. М.: Наука, 1969

50. Ховард Р., Динамическое программирвоание и Марковские процессы., Пер. с англ. М.: Советское радио, 1964

51. Хрущкая B.C. Комплексное нормирование и управление материальными запасами. Труды института народного хозяйства имени Г.В. Плеханова, М. вып. 29, 1965г.

52. Хруцкой Е.А. Проблема эффективности принятия решений на примере материально-технического снабжения. -М.: Наука, 1983.-330с

53. Хэнссмен Ф. Применение математических методов в управлении производством и запасами. Пер. с англ. М.: Прогресс, 1966г.

54. Штойян Д. Качественные свойства и оценки стохастических моделей. М.: Мир, 1979 - 268с

55. Юдин Д.Б., Цой Э.В., Априорные решающие правила в многоэтапных задачах стохастического программирования, Экономика и матем. Методы, т. IX, вып., 1973

56. Ackoff R.L. Production and inventory control in a chemical process. OR, v.3, 1995, №3

57. Arrow K.J, Karlin S., Scarf H. Studies in the Mathematical Theory of Inventory and Productio <Stanford University Press, 1958

58. Arrow K.J., Harris, Marshak, Optimal inventory policy, Econometrica, v. 1951, 250 272

59. Barrsh N.N. Economic analysis. For engineering and managerial decision making. McGraw-Hill, N.Y., 1962

60. Carr C.R. Howe C.W. Quantitative decision procedures in management and economics. Deterministic theory and applications, McGraw-Hill, N.Y. 1964

61. Gani J. Problems in the probability theory of storadge systems. J. Roy. Stat. Soc. В19. 181-206. 1957

62. Harris F. operations and cost (Factory management series). Chicago, A.W. Shaw Co., 1915

63. Raymond F.E., Quantity and economy in manufacture, McGraw. -Hill, N.Y. 1931

64. Pertrovie R., Silver E.A. Decision systems for inventory management and production planning. N.Y. Wiely, 1979

65. Prabhu N.U. On the ruin problem of collection risk theory. Ann. Math. Stat, 1961

66. Starr M., Miller D., Inventory control: theory and practice. Prentice-Hall, N.Y., 1962

67. Wagner H.M., Statisticaal management of inventory systems, Publications in operations research, №6/j. Wiley, N.Y., 1962

68. Нач. производственного отдела