автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Модели и методы организации взаимодействия основных и вспомогательных производств в системах массового обслуживания

На правах рукописи

ООби«*« —

Чернышев Владимир Петрович

МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОСНОВНЫХ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ В СИСТЕМАХ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ЗАО

«САМАРА-ЛИФТ»)

Специальность 05.02.22 — Организация производства (машиностроение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О ДЕК 2012

Самара-2012

005047448

Работа выполнена на кафедре эксплуатации авиационной техники федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)».

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Коптев Анатолий Никитович

Официальные оппоненты:

Морозов Владимир Васильевич, доктор технических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)», заведующий кафедрой экологии и безопасности жизнедеятельности;

Прилспский Илья Васильевич, кандидат технических наук, доцент, начальник отдела АСУ ОАО «Авиаагрегат».

Ведущая организация - негосударственная образовательная автономная некоммерческая организация высшего профессионального образования «Самарский институт управления».

Защита состоится 7 декабря 2012 г. в 13.00 на заседании диссертационного совета Д 212.215.03, созданного на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)» по адресу: 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королёва (национальный исследовательский университет)».

Автореферат разослан 2 ноября 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.215.03 Г/ ^ ,—^

кандидат технических наук, доцент Клочков Ю.С.

Общая характеристика работы

Актуальность. Повышение эффективности общественного производства является общей закономерностью экономического роста, развития экономики. В современных условиях реконструкции народного хозяйства, в частности ЖКХ, на основе научно - технического прогресса приобретает особое значение. Для этого надо, прежде всего, изменить структурную и инвестиционную политику. Суть перемен - в перенесении центра внимания с количественных показателей на качество и эффективность, с промежуточных результатов — на конечные.

Проблема разработки и внедрения в практику методов моделирования и оптимизации организационных структур и производственных процессов, вспомогательных и обслуживающих производств в новых условиях приобретает особую актуальность.

Выбор крупномасштабной системы (ее проекта, вариантов организации, планов, способов действий, стратегий управления и т.п.) производится только путем сравнения различных конкурирующих вариантов (альтернатив). Применительно к уникальным, сложным (большим) системам и процессам выбор основан на построении достаточно адекватных (близких к оригиналам) математических моделей (аналитических или имитационных) реальных объектов и процессов их функционирования и на сравнении результатов исследования этих моделей.

Вопросам разработки и исследования математических моделей, применительно к таким сложным системам как городские системы, посвящены работы ряда отечественных ученых, таких как Белинский А.Ю., Брановицкая C.B., Брегман JI.M., Дубов Ю.А., Икоева Н.В., Имельбаев Ш.С., Заков А.И., Розоноэр Л.И., Тихонов А.Н., Шмульян Б.Л., и др. и зарубежных ученых:Артль Р., Берри В. J. L., Вильсон A.J., Хаукинс А. Ф., Хилл G., Вейгон D.J. и др. В работах указанных авторов исследованы и обобщены все наиболее содержательные результаты по теории, связанные с проблемами количественного исследования качества сложных систем и эффективности процессов их целевого функционирования. Вместе с тем следует отметить, что в большинстве работ недостаточно исследованы вопросы организации взаимодействия основных и вспомогательных производств, которое существенно влияет на эффективность функционирования.

В настоящей диссертационной диссертации рассматриваются вопросы организации взаимодействия предприятий, производящих запасные детали и комплектующие с фирмами, осуществляющими техническое обслуживание лифтового хозяйства крупного мегаполиса (пример: ЗАО «Самара-лифт»). При этом исследование проведено с точки зрения двухуровневой природы происходящих производственно-экономических процессов. Она проявляется в пространственной организации системы (множеств обслуживающих участков) и взаимодействии с организациями вспомогательных производств. Следует также отметить, что заявки на обслуживание лифтов носят

случайный характер, что предопределяет необходимость использования аппарата теории массового обслуживания.

С учетом сказанного, цель работы заключается в повышении эффективности функционирования производственного комплекса технического обеспечения лифтового хозяйства за счет разработки и внедрения методов и моделей организации взаимодействия основных и вспомогательных производств в системах массового обслуживания.

Достижение поставленной цели предопределило решение следующих

задач:

1. Анализ современного состояния теории, методов и средств организации систем городского хозяйства и процессов их функционирования для оценивания эффективности операционных комплексов обслуживания этих систем;

2. Разработка методов анализа и синтеза эффективных процессов технического обслуживания системами операционного комплекса;

3. Формирование методов оценивания эффективности процессов технического обслуживания системами лифтового хозяйства в составе операционного комплекса;

4. Разработка функционально-стохастической модели циклического процесса технического обслуживания в составе операционной системы;

5. Построение специализированной модели процессов массового обслуживания сложных технических системам операционного комплекса лифтового хозяйства;

6. Разработка модели управления объектов вспомогательного производства в системе лифтового хозяйства;

7. Внедрение разработанных методов и моделей в практику работы ЗАО «Самара-лифт».

Методы исследования включают ряд дисциплин системного направления: "Теория массового обслуживания", "Исследование операций", "Теория систем", "Теория управления", "Анализ систем", "Системотехника".

Область исследования. Моделирование и оптимизация организационных структур и производственных процессов, вспомогательных и обслуживающих производств. Экспертные системы в организации производственных процессов (п4. паспорта специальности 05.02.22 -организация производства).

Объектом исследования является производственный комплекс обслуживания лифтового хозяйства крупного региона, включающий в свой состав обслуживающие производства, которые обеспечивают поставку ремонтных изделий и комплектующих.

Предметом исследования являются модели и методы организации взаимодействия основных и вспомогательных производств в системе управления лифтового хозяйства крупного региона.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложенная модель оперативного управления процессом массового обслуживания позволяет на основе введенных функций и коэффициентов чувствительности решать задачи повышения эффективности процессов обслуживания лифтового хозяйства;

- сформированные модели элементов операционного комплекса и циклических процессов функционирования восстанавливаемой системы лифтов позволяют обеспечивать оптимизацию структуры и процессов функционирования;

- разработанная модель организации взаимодействия вспомогательного производства запасных деталей и агрегатов обеспечивает при ее использовании сокращение технологического операционного времени и временных операционных задержек на ремонтно-восстановительные работы;

- созданная модель вспомогательного мелкосерийного производства запасных деталей и агрегатов и объемы их поставок обеспечивает при ее использовании сокращение технологического операционного времени и временные операционные задержки на ремонтно-восстановительные работы;

Достоверность результатов работы обусловлена

аргументированностью сделанных допущений, широкой апробацией полученных результатов, их приемлемость подтверждена экспериментальной проверкой автором в рамках ЗАО "Самара-лифт".

Реализация результатов работы. Полученные в диссертации результаты в полном объеме внедрены в ЗАО "Самара-лифт". Ввиду весьма достаточной общности содержательных постановок задач и отсутствия принципиальных ограничений на применимость рассмотренные методы позволяют использовать полученные результаты при совершенствовании организационных структур и повысить эффективность других систем городского хозяйства, например, в транспортной системе города и др.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на IV Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экономики современных промышленных комплексов» (Самара, 2008 г.), VI Международной конференции Татищевские чтения: "Актуальные проблемы науки и практики" (Тольятти, 2009 г.), VI Международной научно-практической конференции «Организация и стратегия развития конкурентоспособного производства в промышленности» (Самара, 2009 г.), XV Всероссийском семинаре по управлению динамическими системами (Самара, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 13 работ, в т.ч. 3 статьи в периодических научных и научно-технических изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы^ Диссертационная работа состоит их введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована проблема, определена цель работы и круг решаемых задач для достижения этой цели, отмечены научная новизна, практическая значимость, реализация результатов. Излагается краткое содержание диссертации, последовательность и суть выполненных исследований.

В первой главе на основе всестороннего анализа прокомментированы и обобщены наиболее содержательные работы, связанные с проблемами количественного исследования качества сложных технических систем на примере городской системы обслуживания лифтов в ЗАО "Самара-лифт" и эффективности процессов их целевого функционирования. Обоснованы и изложены концепции системного подхода к комплексному исследованию эффективности процессов функционирования этой системы, лежащие в основе единого подхода к их оценке. В рамках проведенных исследований состояния теории и практики проектирования и совершенствования таких систем сформулированы проблемы планирования, прогнозирования, управления. На основе поставленной цели детализированы задачи, решение которых позволит научно обосновать направления совершенствования организационной структуры для повышения эффективности функционирования системы лифтов городского хозяйства, их обслуживания и ремонта.

Во второй главе введены основные понятия, определения и классификации процессов обслуживания. Представлена и решена задача синтеза комплекса массового обслуживания «Самара-лифт».

Основными понятиями, определяющие прямые показатели качества операции обслуживания является закон обслуживания, который в свою очередь определяется законом распределения ^(т) виртуальной длительности г периода полного обслуживания произвольного требования поступающего в систему массового обслуживания (СМО).

Показано, что существуют характеристики требований, влияющие на операционное время непосредственно. Это величина т - трудоемкость требования, время, необходимое для полного (и качественного) обслуживания с заданной производительностью V. С учетом наличия очереди на обслуживание, это время определяется соотношением

Т = Тож "Ь Тобе = Тпр, О)

где Тож - время ожидания требования начала обслуживания;

Тобс- время пребывания требования в СМО (в простейшем случае);

Тпр - время обслуживания требования.

Общие вопросы синтеза сложных технических систем и операций в существующей научно-технической литературе рассмотрены достаточно подробно, и в настоящей работе исследуются лишь специфические особенности их синтеза. При решении задач комплекса массового обслуживания ЗАО «Самара-лифт» учтен целый ряд дополнительных факторов. В первую очередь - это его стоимостные характеристики (показатели «экономической эффективности»). Для разрешения противоречий между целевым эффектом (и) и затратами времени (т) применен один из вариантов бифакторной схемы, т.е. оптимизация показателя «функциональной эффективности при ограничениях» на показатель «экономической эффективности». В работе рассмотренный вариант показателя «экономической эффективности» представлен в следующем виде:

Ь(Х)кВ(Т,Х)- средний доход, приносимый комплексом массового обслуживания (КМО) в единицу времени и за время Т;

С(Х)1лС(Т,Х)- средние суммарные затраты в единицу времени и за время Т;

с1 = (¡(X) - средний доход в единицу времени от обслуживания одного требования;

СК=СК(Х)- средние потери (штраф) в единицу времени от не обслуживания одного требования;

С„=С„(Х)- средние потери (штраф) в единицу времени из-за простоя одного обслуживающего участка;

С,=С,(Х)- средние затраты в единицу времени на эксплуатацию одного обслуживающего участка;

N - число обслуживающих участков в СМО;

X - интенсивность (плотность) входящего потока требований;

Рв- вероятность полного обслуживания требования, поступившего в

СМО;

Р3- вероятность того, что в произвольный момент времени произвольный обслуживающий участок СМО занят требованием;

Легко заметить, что все перечисленные параметры соотношения представляют собой «агрегаты».

Выражение (2) учитывает динамические затраты, т.е. затраты, производимые в процессе эксплуатации и целевого применения КМО. Однако в него может быть введено отрицательное слагаемое, учитывающее

Э(Г) = Э(Т, Х(т) ) = 0(Г, Хм) - С (Г, Хн) = - С(Х{т)) ] Т

= [ 1хр„ - скх{ 1 - р„ ) - с,р,ы -сп(\-Р,)ы]т

, (2)

средние затраты Ср на разработку и создание КМО, не зависящие от времени его функционирования, т.е.

Э(т) = 5(т)-с(т)-ср = (5-с)т-ср. (3)

В результате может быть определен момент /„ начала режима прибыльного функционирования КМО (если он существует), т.е.

(4)

D-C '

Из равенства (4)_видно, что для существования такого режима должно выполняться условие £»с.

Решение конкретной задачи обслуживания в рамках комплекса связано с построением модели оперативных процессов обслуживания заявок с целью оценивания их эффективности.

Модели циклических оперативных процессов обслуживания позволяют описывать процесс функционирования системы в целом без его декомпозиции. Это свойство циклических моделей в ряде случаев оказывается весьма полезным, так как позволяет выявить непосредственное влияние характеристик обеспечивающих подсистем на эффективность процессов обслуживания в целом.

В связи со стремлением к наиболее полному исследованию операций проводимых в комплексах массового обслуживания (КМО) лифтового хозяйства, в частности в суперсистеме ЗАО «Самара-лифт» будут использоваться лишь относящиеся к нему понятия «дееспособность», «результативность», «эффективность», индикаторами которых являются процессы, имеющие соответствующие аналитические выражения для них: W(t) для дееспособного состояния, v(t) для недееспособных процессов, а так же для результативного //„(() и для эффективного Л,.,(;) процессов, отражающих состояние КМО.

Все исследуемые в данной главе модели этих процессов полностью определяются моделями процессов W(t),ÙK(t),ÛKI (t), находящихся в последовательном "соподчинении":

W(t)>nK{t)>nKL{t), (5)

где х - знак доминирования (отношения порядка).

В заключение рассмотрена модель функционирования восстанавливаемой системы лифтов определенного участка и модель системы комплекса ЗАО «Самара-лифт». Исследована реальная система массового обслуживания из КМО ЗАО «Самара-лифт», где интенсивность потока заявок зависит от состояния СМО, а сами источники заявок являются не внешними, а внутренними элементами СМО. Такие случаи имеют место,

когда СМО обслуживает ограниченное число «клиентов» (источников заявок), сравнимое по количеству с числом каналов обслуживания. В нашем случае примером такой системы является работа групп участков технического обслуживания: лифты являются источниками заявок, а электромеханики участков с их оборудованием, запасными частями, инструментами - каналами обслуживания. Интенсивность поступления заявок на обслуживание зависит от того сколько лифтов в данный момент работает, а сколько обслуживаются или ремонтируются.

Таким образом, в составе ЗАО «Самара-лифт» на обслуживании с общих позиций имеется т лифтов городского образования Самара, и п участков проведения регламентных и ремонтных работ (каналов обслуживания).

Обычно п<ш, т.е. число мест проведения ремонтных работ меньше общего числа лифтов, приписанных к данному участку. На каждом лифте после выхода из строя каких-то его элементов или наработки определенного числа часов требуется проводить регламентные или ремонтные работы.

В силу предельной теоремы для потоков событий будем считать потоки заявок на обслуживание являются пуассоновскими с интенсивностью X. Каждый лифт, находящийся в эксплуатации генерирует поток заявок на ремонтные работы, интенсивность которого обозначим X, а находящийся в ремонте или ожидающий его — не генерирует потока заявок, так как не эксплуатируется. Тогда общий поток заявок на ремонтные работы будет зависеть от числа лифтов, которые в настоящий момент эксплуатируются. Например, если эксплуатируются все ш лифтов, то интенсивность потока заявок на ремонтные работы будет равна шЯ.. Если эксплуатируется только к лифтов из т, то интенсивность потока заявок на ремонтные работы будет равна Хк.

В рамках исследуемого подхода рассмотрена следующая задача. Пусть система технического обслуживания, принятая в ЗАО «Самара-лифт», имеет взаимосвязь между всеми п каналами. Каждая бригада будет обслуживать по одному лифту. Интенсивность пуассоновского потока обслуживании каждого канала /1. Если к моменту отказа лифта все п каналов будут заняты, то этот лифт станет в очередь на обслуживание. Дисциплина очереди естественная: «кто раньше, пришел, тот раньше обслуживается».

При анализе такой системы массового обслуживания введены следующие состояния:

х0 — все лифты работают, каналы обслуживания свободны;

хк — отказало ровно к лифтов (к = 1, 2, ..., и), все эти к лифтов обслуживаются п каналами, которые распределяются приблизительно равномерно между каналами;

Хп+Г — отказало ровно п + г лифтов (г = 1,2, ..., (т-п)), из этого числа лифтов п обслуживается п каналами и г ожидает в очереди на обслуживание.

Граф состояний показан на рисунке 1.

EMU--В

(т-л-;>Л_(ст-ц,\

п-л-г+ 1*. "I1 (m-7-п . Г

-"W

a-Et=Ei

1Ц

Рис. 1 Граф системы технического обслуживания лифтов в ЗАО «Самара-лифт»

На базе графа системы технического обслуживания получена система дифференциальных уравнений для вероятностей ее состояний:

<*Po(t) dt

= mAp0(t) + MPi(t)

<*Pfc(t) dt

= — [A(m - k) + Mpfc(t) + A(m - к + 1 Jp^Ct) + +(fc + l)Wk+1(t)(fc = 1.2,....n - 1)

dPn(0 dt

= -[(m - n)A + щЦРпЮ + (m - n + l)Ap„_1(i) +

dpn + r(t) dt

+WPn+iW = -[(m - n - г)Я + n^]pn+r(t) +

+(m - л - r + l)Ap„+r(t) + пцрп+г+1 (r = 1,2, ...,m - n); .................

dt

■= -riUVmit) +Apm_!(t).

решение которой позволило получить важные для организации процесса функционирования параметры.

Среднее число простаивающих лифтов будет равно:

I

= + г)рп+г = т - /(1 - р0) (6)

к=0 г=1 _

Для нахождения среднего числа лифтов, ожидающих в очереди г, можно воспользоваться равенством:

1 = 1 + 7,

откуда

г = 7 - 5. (7)

Среднее время простоя будет:

т 1-<Г И-^(1-Ро)

•Я 1.(1-р) щ1-р0

Среднее время ожидания в очереди

Я(т-п,х)

_ _ 1

г — (т — п— 1 )рт + -

Д(т,дг)

Для КМО ЗАО «Самара-лифт» решена задача, реализуемая его СМО, с конкретными параметрами

п

п = 3,т = 30, Я = —,ц = 1 т

Найдены характеристики системы.

В третьей главе рассмотрена общая постановка задачи исследования элементов комплекса массового обслуживания, т.е. участков и систем ЗАО «Самара-лифт», с целью оценивания качества по эффективности их целевого применения.

Пусть объект исследования, участок технической системы (УТС) обслуживания лифтов, и пусть У<П) - вектор выходных эффектов ПФС (показатель виртуального качества его результатов), А\к,) - вектор виртуальных значений параметров и ЭТХ УТС (структурных, организационных, эксплуатационных, технических, параметрических и т.п.), А'\к- вектор виртуальных значений характеристик организации процесса функционирования системы (ПФС), В- вектор характеристик условий функционирования УТС. Кроме того известно соотношение:

У(П> = У(п>(Л'<к/>М"<к">'В'<1'>)> (10)

устанавливающее зависимость выходных эффектов (результатов) ПФС от параметров, ЭТХ и условий функционирования УТС и характеристик ПФС. Тогда, если через {УД)} обозначить область допустимых значений У^ вектора У<П) , т.е таких, при которых УТС для целевого применения (критерий целевой пригодности) будет иметь следующее выражение:

Сцп: У<п> 6 {$>} 2 и. (11)

или критерий параметрической пригодности УТС будет иметь вид

Сцп-.А\к1) е{А'д{к1)} = и. (12)

В пределах области качества УТС ее подсистем,

удовлетворяющих критерию (12), различны.

На практике допустимые значения Апараметров А' (ю) определяются, как правило, экспериментально с применением метода правдоподобных рассуждений, отражающую специфику широкого и весьма универсального класса целенаправленных процессов.

Одним из важнейших показателей "качества результатов" ПФС (ПМО) является длительность выполнения заказа (побочный эффект операции).

Однако число обслуживающих каналов и их быстродействие ограничены условиями "экономической эффективности" работы УТС.

Как показали проверенные в рамках ЗАО «Самара-лифт» источником побочных эффектов операций ремонта и обслуживания являются запасные агрегаты, компоненты и детали лифтов, отсутствие которых существенно влияет на выполнение работ УТС, т.е. реализацию заданного операционного времени.

В связи с этим была поставлена задача создания вспомогательного производства в ЗАО «Самара-лифт», как один из путей улучшения обслуживания и ремонта лифтов за счет собственного производства дефицитных компонент, которое по ПФС существенно отличается от функционирования СМО.

Постановка и решение узловых задач вспомогательного производства КМО потребовало учета совокупности факторов, как правило, организационно — ситуационного происхождения, влияющих на состояние СМО в процессе выполнения задач обслуживания и ремонта, на базе современных методов теории управления, связанных с построением соответствующих математических моделей.

С точки зрения управления вспомогательным производством ЗАО «Самара-лифт» представляет интерес определение специфических условий, в которых при заданных характеристиках системы типа "вход-выход" можно найти реализацию этой системы, т.е. такое ее описание в пространстве состояний, которому соответствуют эти характеристики.

Рассмотрена задача управления с прогнозированием состояния вспомогательного производства

В основу управления с прогнозированием положено балансовое уравнение

*(г + 1) = дс(0+и(0-/(0. (13)

где X — запас продукции, а и — управляемый выпуск продукции. Предполагается, что при управлении производством имеется долгосрочный планируемый спрос f. Также предполагается, что имеется желаемая (оцениваемая) траектория, т.е. существует множество номинальных значений для переменных, состояния х"и переменных управления и". Они определяются наличными трудовыми ресурсами и оборудованием. Наконец, предполагается, что эти номинальные значения согласуются с номинальным спросом f", так что

Х-(/ + 1) = *"(/)+«"(')-/" (') (14)

Вычитая второе уравнение из первого, имеем

e(t + 1) = e(t) + c(t) - s{t). (15)

При известном s{t) определяется корректирующее воздействие c(i), минимизирующее ошибку e(t +1).

В заключение рассмотрены частные задачи развития системы вспомогательного производства и управления запасами с учетом производственного потенциала, объема поставок СМО, в виде комплектующих, с учетом вводимых производственных мощностей.

Такая система может быть представлена следующим образом

Xl(t + 1) = *!(£) + а(*3(£) - *i(О)

x2(t + l) = x2(t) + x1(t)-d(t) (16)

x3(t + 1) = x3(t) + u(t) — объем выпуска продукции, Х2 — объем запасов, хз — производственный потенциал, d — объем поставок потребителю и ОС — вводимые производственные мощности. Задача заключается в выборе такого управления u(t), чтобы получить требуемые собственные значения системы.

В четвертой главе проведен анализ эффективного внедрения методов и моделей совершенствования организационной инфраструктуры ЗАО «Самара-лифт». Объектом оценки явился комплекс массового обслуживания лифтового хозяйства города Самары, входящий в рассматриваемую инфраструктуру. При этом из множества свойств, присущих предлагаемым решениям, в работе оценивается «экономическая эффективность», а «функциональный эффект» учитывается косвенно.

Для комплексного (многокомпонентного, «многокритериального») исследования эффективности процесса (операции) показатель качества его результатов (короче, показатель результатов или эффектов) определяется в канонической форме и включает в себя три группы компонент - три аспекта:

(у<п?у У(п!у О = ^i)' й<"2>' Г<"з>)' (18)

где Y^i) = ^«j) ~ показатель (вектор) виртуального операционного целевого (позитивного) эффекта операции; = К(п2) - показатель (вектор)

виртуальных затрат операционных ресурсов (побочных, негативных

(з)

эффектов) на получение целевых эффектов; Y^ = Т(Пз) - показатель (вектор) виртуальных затрат операционного времени (побочных, негативных эффектов) на получение целевых эффектов. Тогда показатель результатов (точнее, показатель качества результатов) операции представляют собой п-мерный (п = п1 + п2 + п3)вектор, содержащий три группы компонент (векторов) - показателей "качества" операционных свойств ПФС) характеризующих соответственно виртуальные целевые эффекты (результативность, действительность операции), затраты ресурсов (ресурсоемкость операции) и затраты времени (оперативность операции), т.е. как минимум три компоненты.

Предложена структурная схема алгоритма оценивания эффективности операций.

В связи с этими задачами разработана модель финансовой политики ЗАО «Самара-лифт», в которой она связана с максимизацией прироста капитала на определенном интервале времени.

В рамках комплексной оценки эффективности реализации моделей процесса функционирования ЗАО «Самара-лифт», исследована структура ее активов и их динамика. Приведены оценка стоимости чистых активов, анализ финансовой устойчивости, показателей рентабельности. Выполнен расчет деловой активности в связи с введенными в действие разработанными моделями и методами их реализаций.

Внедрение разработанных в диссертации инструментариев в практику работы ЗАО «Самара-лифт» позволило существенно повысить эффективность его функционирования. За счет применения моделей и методов организации вспомогательных и обслуживающих производств в системе лифтового хозяйства удалось сократить сроки обслуживания, повысить его качество, что в конечном счете привело к повышению экономической эффективности деятельности компании. На рис. 2 представлена динамика показателей выручки и прибыли ЗАО «Самара-лифт», обусловленная внедрением в практику управления разработанных в диссертации методов и моделей.

2003 2010 2011

Рис.2 Динамика экономических показателей

Помимо указанных экономических показателей (рис. 2) следует отметить позитивный сдвиг в части финансового состояния общества. Так следует отметить достаточно высокий уровень финансовой состоятельности. Показатели ликвидности полностью соответствуют нормативным значениям,

рентабельность активов составляет 48,9%, а рентабельность за рассчитанный период возросла на 6,6%.

Выводы и результаты.

1. Разработан метод синтеза процессов функционирования операционного комплекса обслуживания сложных (больших) систем, который позволяет:

- ставить и решать задачи оценки эффективности процессов обслуживания систем операционного комплекса;

- проектировать механизмы взаимодействия элементов операционного комплекса, обеспечивающие эффективность его функционирования;

2. Разработаны методы оценивания эффективности процессов технического обслуживания системами лифтового хозяйства и операционного комплекса.

3. Сформирована модель вспомогательного производства, позволяющая решать задачу снабжения дефицитными запасными деталями при ремонте лифтового хозяйства.

4. Предложены методы повышения эффективности операций комплекса массового обслуживания лифтового хозяйства с учетом затрат на различные виды ресурсов.

5. Разработана функционально-стохастическая модель управления циклическими процессами технического обслуживания лифтового хозяйства.

6. Предложенные модели и методы организации производства при обслуживании лифтового хозяйства г. Самары обеспечили повышение эффективности его функционирования.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

в изданиях, рекомендованных ВАКМинобрнауки России

1. Чернышов В.П. Математическая модель для обучения и самообучения эксплуатации авиационной техники [Текст] / В.П. Чернышов, А.А.Коптев, А.Н. Тихонова // Известия Самарского научного центра РАН - Самара. №4 (2) -2011.-С. 78-85

2. Чернышов В.П. Модели управления объектами жилищно-коммунального хозяйства в условиях неопределенности [Текст] / В.П. Чернышов // ж. Экономические науки, № 8, 2012, - С. 124-131

3. Чернышов В.П. Модели формирования планов развития предприятия [Текст] / В.П. Чернышов // ж. Вопросы экономики и права, № 10, 2012, - С. 86-94

в других изданиях

4. Чернышев В.П. Решение задачи стратегического управления организацией в условиях неопределенности [Текст] / В.П. Чернышов, A.A. Коптев // Сб. статей Семинара по неразрушающим методам контроля. - Самара: ИПО СГАУ-2009. - С. 109-118.

5. Чернышов В.П. Формализация оптимального потока финансовых средств реализации инновационного проекта [Текст] / В.П. Чернышов, A.A. Коптев // Актуальные проблемы социально-экономического развития: территориальные

и отраслевые аспекты. Часть I. Материалы VI Международной научно-практической конференции / Тольятти -2009.-С. 101-107.

6. Чернышов В.П. Модель этапов развития предприятия .[Текст] / В.П. Чернышов, A.A. Коптев // Актуальные проблемы социально-экономического развития: территориальные и отраслевые аспекты. Часть I. Материалы VI Международной научно-практической конференции / Тольятти - 2009. -С. 209-218.

7. Чернышов В.П. Моделирование задач управления объектов соцкультбыта (на примере лифтового хозяйства) [Текст] / В.П. Чернышов // Актуальные проблемы социально-экономического развития: территориальные и отраслевые аспекты. Часть I. Материалы VI Международной научно-практической конференции / Тольятти - 2009. - С. 219.-225.

8. Чернышов В.П. Вопросы совершенствования системы ЖКХ крупных регионов (по материалам г. Самары) [Текст] / В.П. Чернышов // Организация и стратегия развития конкурентоспособного производства в промышленности. Менеджмент промышленных компаний, экономики труда и управления персоналом. Материалы VI Международной научно-практической конференции. / Самара - 2009. - С. 177-179.

9. Чернышов В.П. Нелинейные модели для исследования процессов обслуживания лифтового хозяйства города [Текст]/ В.П. Чернышов // Сб. науч. тр. Прикладные цифровые технологии в системах управления Вып. 1../ СГАУ. - 2011. - С. 176-189.

10. Чернышов В.П. Описание взаимодействия систем инновационной инфраструктуры [Текст ] В.П. Чернышов, А.Н. Коптев, A.A. Коптев, A.B. Гусев // Сб. тр. Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов. 8-10 июня 2009/СГАУ-2011.-С. 176-189.

11. Чернышов В.П. моделирование процессов управления реализацией проекта развития промышленного предприятия с использованием технологических новаций [Текст] / A.A. Коптев, В.П. Чернышов / Сб. IV Всероссийский научно-практической конференции «Проблемы экономики современных промышленных комплексов». Часть I, СГАУ -2008г. с 29-35.

12. Чернышов В.П. Механизмы распределения ресурсов проектов развития предприятия [Текст ] В.П. Чернышов, A.A. Коптев // Сб. тр. XV Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов. Часть П. / СГАУ - 2012. - С. 74-78.

13. Чернышов В.П. Стоимостной анализ проектов развития промышленного предприятия [Текст ] В.П. Чернышов, A.A. Коптев // Сб. тр. XV Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов. Часть П. / СГАУ - 2012. -С. 78-83.

Подписано в печать 26.10.2012 г. Тираж 100 экз. Отпечатано с готового оригинал-макета. СГАУ, 443086, Самара, Московское шоссе, 34.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский

университет) -

На правах рукопис

Чернышов Владимир Петрович

МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОСНОВНЫХ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ в СИСТЕМАХ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ЗАО

«САМАРА-ЛИФТ»)

05.02.22 — Организация производства (машиностроение)

СО

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

^ со

ю £

СО

Научный руководитель ^ О Д-т.н., профессор А.Н. Коптев

СМ ю

Самара - 2012

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................................................3

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОПЕРАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА ОБСЛУЖИВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ.......................................................................................................................................10

1.1. Состояние методологии научного исследования сложных систем..............................................14

1.2. Состояние теории систем и практики системного анализа и синтеза процессов планирования и управления................................................................................................................................................23

1.3. Состояние теории, методов и способов представления типовых систем производственных процессов...................................................................................................................................................26

1.4 Проблемы планирования, прогнозирования и управления............................................................33

1.5. Цели и задачи диссертационного исследования.............................................................................37

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ОПЕРАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА ОБСЛУЖИВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ....................................................................................................................................................................40

2.1. Основные понятия, определения и классификация процессов обслуживания............................41

2.2 Задача синтеза комплекса массового обслуживания «Самара-лифт»...........................................43

2.3 Задача исследования циклических процессов обслуживания.......................................................52

2.4 Методы построения математических моделей операционного комплекса..................................57

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОВЕДЕНИЯ СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВА И ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОПЕРАЦИОННОГО КОМПЛЕКСА...........................................................................................................................................77

3.1 Общая постановка задачи исследования элементов комплекса массового обслуживания.........78

3.2 Задача представления производственных структур и процессов..................................................80

3.3 Разработка модели вспомогательного производства операционного комплекса ЗАО "Самара-лифт"..........................................................................................................................................................85

3.4. Методы определения заданной траектории функционирования вспомогательного производства.............................................................................................................................................88

3.5 Динамическая модель процесса производства................................................................................95

3.6 Управление операционной системой вспомогательного производства......................................101

3.7 Задачи оптимизации и развития организации производствен-ных услуг...................................106

ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ОРГАНИЗАЦИОННОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЗАО "САМАРА-ЛИФТ".....................................................................................................................................................114

4.1 Основные принципы исследования эффективности операций системы массового обслуживания ..................................................................................................................................................................114

4.2 Экономический анализ комплекса массового обслуживания и процессов функционирования его систем................................................................................................................................................119

4.3 Модель финансовой политики ЗАО "Самара-лифт".....................................................................122

4.4 Комплексная оценка эффективности реализации предложенного процесса функционирования ЗАО "Самара-лифт"................................................................................................................................125

Выводы и результаты по диссертационной работе.............................................................................141

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.................................................................................................142

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Повышение эффективности общественного производства является общей закономерностью экономического роста развития экономики. В современных условиях реконструкция народного хозяйства, в частности ЖКХ, на основе научно - технического прогресса приобретает особое значение. Для этого надо, прежде всего, изменить структурную и инвестиционную политику. Суть перемен - в перенесении центра внимания с количественных показателей на качество и эффективность, с промежуточных результатов - на конечные. Проблема разработки и внедрения в практику методов моделирования и оптимизации организационных структур и производственных процессов, вспомогательных и обслуживающих производств в новых условиях приобретает в этих условиях особую актуальность.

Выбор крупномасштабной системы (ее проекта, вариантов организации, планов, способов действий, стратегий управления и т.п.) производится только путем сравнения различных конкурирующих вариантов (альтернатив). Применительно к уникальным, сложным (большим) системам и процессам выбор основан на построении достаточно адекватных (близких к оригиналам) математических моделей (аналитических или имитационных) реальных объектов и процессов их функционирования и на сравнении результатов исследования этих моделей.

Вопросам разработки и исследования математических моделей, применительно к таким сложным системам как городские системы, посвящены работы ряда отечественных ученых, таких как Белинский А.Ю., Брановицкая С.В., Брегман J1.M., Дубов Ю.А., Икоева Н.В., Имельбаев Ш.С., Заков А.И., Розоноэр Л.И., Тихонов А.Н., Шмульян Б.Д., и др. и зарубежных ученых:Артль Р., Берри В. J. L., Вильсон A.J., Хаукинс А. Ф., Хилл G., Вейгон D.J. и др. В работах указанных авторов исследованы и обобщены все наиболее содержательные результаты по теории, связанные с проблемами количественного исследования качества сложных систем и эффективности процессов их целевого функционирования. Вместе с тем следует отметить, что в большинстве работ недостаточно исследованы вопросы организации взаимодействия основных и вспомогательных производств, которое существенно влияет на эффективность функционирования.

В настоящей диссертационной диссертации рассматриваются вопросы организации взаимодействия предприятий, производящих запасные детали и комплектующие с фирмами, осуществляющими техническое обслуживание лифтового хозяйства крупного мегаполиса (пример: ЗАО «Самара-лифт»). При этом исследование проведено с точки зрения двухуровневой природы происходящих производственно-экономических процессов. Она проявляется в пространственной организации системы (множеств обслуживающих участков) и взаимодействии с организациями вспомогательных производств. Следует также отметить, что заявки на обслуживание лифтов носят случайный характер, что предопределяет необходимость использования аппарата теории массового обслуживания.

С учетом сказанного, цель работы заключается в повышении эффективности функционирования производственного комплекса технического обеспечения лифтового хозяйства за счет разработки и внедрения методов и моделей организации взаимодействия основных и вспомогательных производств в системах массового обслуживания.

Достижение поставленной цели предопределило решение следующих

задач:

1. Анализ современного состояния теории, методов и средств организации систем городского хозяйства и процессов их функционирования для оценивания эффективности операционных комплексов обслуживания этих систем;

2. Разработка методов анализа и синтеза эффективных процессов технического обслуживания системами операционного комплекса;

3. Формирование методов оценивания эффективности процессов технического обслуживания системами лифтового хозяйства в составе операционного комплекса;

4. Разработка функционально-стохастической модели циклического процесса технического обслуживания в составе операционной системы;

5. Построение специализированной модели процессов массового обслуживания сложных технических системам операционного комплекса лифтового хозяйства;

6. Разработка модели управления объектов вспомогательного производства в системе лифтового хозяйства;

7. Внедрение разработанных методов и моделей в практику работы ЗАО «Самара-лифт».

Методы исследования включают ряд дисциплин системного направления: "Теория массового обслуживания", "Исследование операций", "Теория систем", "Теория управления", "Анализ систем", "Системотехника".

Область исследования. Моделирование и оптимизация организационных структур и производственных процессов, вспомогательных и обслуживающих производств. Экспертные системы в организации производственных процессов (п4. паспорта специальности 05.02.22 -организация производства).

Объектом исследования является производственный комплекс обслуживания лифтового хозяйства крупного региона, включающий в свой состав обслуживающие производства, которые обеспечивают поставку ремонтных изделий и комплектующих.

Предметом исследования являются модели и методы организации взаимодействия основных и вспомогательных производств в системе управления лифтового хозяйства крупного региона.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- предложенная модель оперативного управления процессом массового обслуживания позволяет на основе введенных функций и коэффициентов чувствительности решать задачи повышения эффективности процессов обслуживания лифтового хозяйства;

- сформированные модели элементов операционного комплекса и циклических процессов функционирования восстанавливаемой системы лифтов позволяют обеспечивать оптимизацию структуры и процессов функционирования;

- разработанная модель организации взаимодействия вспомогательного производства запасных деталей и агрегатов обеспечивает при ее использовании сокращение технологического операционного времени и временных операционных задержек на ремонтно-восстановительные работы;

- созданная модель вспомогательного мелкосерийного производства запасных деталей и агрегатов и объемы их поставок обеспечивает при ее

использовании сокращение технологического операционного времени и временные операционные задержки на ремонтно-восстановительные работы;

Достоверность результатов работы обусловлена

аргументированностью сделанных допущений, широкой апробацией полученных результатов, их приемлемость подтверждена экспериментальной проверкой автором в рамках ЗАО "Самара-лифт".

Реализация результатов работы. Полученные в диссертации результаты в полном объеме внедрены в ЗАО "Самара-лифт". Ввиду весьма достаточной общности содержательных постановок задач и отсутствия принципиальных ограничений на применимость рассмотренные методы позволяют использовать полученные результаты при совершенствовании организационных структур и повысить эффективность других систем городского хозяйства, например, в транспортной системе города и др.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на IV Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экономики современных промышленных комплексов» (Самара, 2008 г.), VI Международной конференции «Татищевские чтения»: "Актуальные проблемы науки и практики" (Тольятти, 2009 г.), VI Международной научно-практической конференции «Организация и стратегия развития конкурентоспособного производства в промышленности» (Самара, 2009 г.), XV Всероссийском семинаре по управлению динамическими системами (Самара, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 13 работ, в т.ч. 3 статьи в периодических научных и научно-технических изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работьг Диссертационная работа состоит их введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована проблема, определена цель работы и круг решаемых задач для достижения этой цели, отмечены научная новизна, практическая значимость, реализация результатов. Излагается краткое содержание диссертации, последовательность и суть выполненных исследований.

В первой главе на основе всестороннего анализа прокомментированы и обобщены все наиболее содержательные работы, связанные с проблемами количественного исследования качества сложных техническим систем на

примере городской системы обслуживания лифтов в ЗАО "Самара-лифт" и эффективности процессов их целевого функционирования. Обоснованы и изложены концепции системного подхода к комплексному исследованию эффективности процессов функционирования этой системы, лежащие в основе единого подхода к их оценке. В рамках проведенных исследований состояния теории и практики проектирования и совершенствования таких систем сформулированы проблемы планирования, прогнозирования, управления; на основе поставленной цели и задач, решение которых позволит научно обосновать направления совершенствования организационной структуры для повышения эффективности функционирования системы лифтов городского хозяйства для их обслуживания и ремонта.

Во второй главе рассмотрены вопросы моделирования операционных систем (ОС) и операционных комплексов ЗАО "Самара-лифт", а также процессов массового обслуживания как основы представления реальной системы и процессов, протекающих в системах организационной структуры ЗАО "Самара-лифт". При этом модель систем ЗАО "Самара-лифт", определяемая как совокупность соотношения (формул, уравнений, неравенств, логических условий, операторов и т.д.), определяющих характеристики состояния системы (а через них и выходные сигналы) в зависимости от параметров ОС и ОК, входных сигналов, начальных условий и времени. Следует отметить, что под состоянием ОС, ОК и процесса их функционирования следует понимать параметры и эксплуатационно -технические характеристики (ЭТХ).

В принципе в рассмотренную в данной главе схему вписывается и процесс "массового" обслуживания одиночного требования, образующего входящий "поток", состоящий из одного события, происходящего в момент поступления требования в СМО. В главе показано, что модели проектируемых технических систем и процессов являются принципиально стохастическими.

Для стохастических моделей ОС и ОК конкретные реализации учитываются в рамках вероятностных показателей качества синтезируемых объектов КМО, имеющих весьма четкую и содержательную частотную интерпретацию: чем выше качество технической системы, а следовательно, и

эффективность процесса функционирования системы, тем чаще будет выполняться задача технической системы, т.е. достигается цель операции.

В рамках предложенного подхода синтезированы модели участка эксплуатации лифтов и модель КМО и процесса функционирования восстанавливаемой системы лифтов.

В третьей главе рассмотрена суть системного подхода к моделированию вспомогательного производства КМО лифтов ЗАО "Самара-лифт", как динамической системе. При этом проектировщика такой системы интересует ее поведение при заданных управляющих воздействиях. С точки зрения управления производством представляет интерес определение специфических условий, в которых при заданных характеристиках системы типа «вход - выход» можно найти реализацию этой системы, т.е. такое ее описание в пространстве состояний, которому соответствуют все характеристики.

Моделирование в этой главе рассматривается как процесс определения такой динамики, которая описывала бы реальный процесс в соответствии с заранее принятыми допущениями. Важной особенностью процесса моделирования является то, что допущения должны делаться в явной форме.

Модель мелкосерийного производства строится на базе анализа всех переменных состояния, в качестве которых вводятся скорости потоков деталей, каждый из которых, в свою очередь, выражается числом деталей. Проанализировав таким образом взаимосвязи всех переменных, получаем блок - схему, состоящую из блоков единичной задержки, мультипликаторов и сумматоров в соответствии с разностными уравнениями, представляющую движение деталей мелкосерийного производства и в целом его модель.

В рамках полученной модели исследована управляемость системы и ее модификации в случае нарушения равновесия, предложена стратегия управления для этого случая, рассмотрена задача оценивания состояния этой системы для ее прогнозировани�