автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Автоматизированная система управления развитием производственных мощностей предприятия

Министерство науки, высшей школы и технической политики

Казанский ордена Трудового Красного Знамени и ордена Дружбы народов авиационный институт им. А.Н.Туполева ( КАИ )

На правах рукописи

РОДИОНОВ ВИТАЛИЙ ВИТАЛЬЕВИЧ

УДК 65.012.122:519.862

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЕМ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ МОЩНОСТЕЙ ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность: 05.13.01 - Управление в технических системах и

05.13.12 - Системы автоматизированного проектирования

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Казань - 1992

Работа выполнена в Казанском ордена Трудового Красного Знамени и ордена Дружбы Народов авиационном институте им. А.Н.Туполева.

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техник

РСФСР и ТССР, доктор технических наук, профессор Т.К.Сиразетдинов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Я.И.Заботин, кандидат физ.математ. наук Маликов А.И.

Ведущее предприятие указано в решении Совета.

гЛУ» омсаЛл 199 2. г. в / Ч

• Защита состоится

часоЕ

на заседании специализированного совета ^&& О % Казанског

ордена Трудового Красного Знамени и ордена Дружбы Народов авиационного института им.А.Н."Туполева, 420084, Казань, ул. Карла Маркса, д. 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казанского авиационного института.

Автореферат разослан " " 199^ г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

Л.А.Шацилло

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В период перехода экономики страны на рыночный механизм хозяйствования с особой остротой встает вопрос, достаточно точного определения возможностей предприятий, подразделений предприятий ( цехов, участков и т.д.) по производству конкретных видов продукции как по количеству ее, так и по качеству. Рынок-определяет спрос на продукцию и менеджеры предприятия должны- точно знать в какой мере их производство соответствует существующему спросу на конкретную продукцию.

При принятии решений менеджеру предприятия неоходимо полагаться на конкретные данные, которые в различных аспектах раскрывают возможности его предприятия. Возможность для получения этих данных дает метод математического моделирования применительно к производственным процессам, протекающим на предприятии. Динамическое моделирование, реализованное в виде автоматизированной системы управления развитием производственных мощностей предприятия является важным и эффективным методом анализа процессов развития производства и разработки эффективных методов управления. При этом точность и обоснованность анализа и управления зависят от того, насколько разработанные модели адекватно отражают реальные процессы.

Цель работы. Диссертационная работа посвящена разработке и / внедрению моделей и методов управления производством на основе динамических экономико-математических моделей.

Автор выносит на защиту : 1. Динамическую модель основных производственных фондов предприятия с учетом структуры этих фондов по видам фондов и по видам продукции, выпускаемой на них.

2. Динамическую модель развития персонала предприятия с учетом' его структуры по специальностям и уровням квалификации. ^

3. Динамическую модель процесса .производства продукции с учетом различных способов измерения величин, входящих в эту модель, а также с учетом многопродуктовости процесса производства.

4. Постановки задач синтеза управления процессом производства продукции на предприятии.

5. АлГ-оритмы решения задач синтеза управления процессом производства.

I

6. Программное обеспечение автоматизированной системы управления развитием производственных мощностей предприятия на базе персональных компьютеров типа РС-АТ.

Научная новизна. Дано обобщение динамических зкономико-мате-матических моделей впервые с учетом структуры фондов по их видам и по видам работ, выполняемых при выпуске продукции;' разработана динамическая модель персонала предприятия с учетом его структуры по специальностям.и уровням квалификации; разработана динамическая модель производства продукции с учетом размерности величин, входящих в системы уравнений.

Разработанные модели в совокупности использованы для исследования процесса производства продукции и решения задач управления производством.- Поставлены задачи синтеза управления производством Даны алгоритмы решения поставленных задач. Создано программное обеспечение для решения поставленных задач синтезу управления прс изводством.

Практическая ценность. Разработанные алгоритмы и программы реализованы в виде автоматизированной системы управления разви-

тием производственных мощностей предприятия. Автоматизированная . система позволяет повысить качество и достоверность информации," необходимой для менеджера предприятия, а также ускорить принятие реше/ний при управлении производством. ,

I

Разработанная автоматизированная система управления развитием производственных мощностей предприятия на базе ЭВМ типа РС-АТ/ХТ находится в опытной эксплуатации в авиационной отрасли промышленности и внедрена на одном из'предприятий отрасли. Разработанная автоматизированная система применима также при управлении развитием ,производственных мощностей предприятий других машиностроительных мощностей.

Апробация'работы. Результаты исследований автора, входящие з данную работу Были опубликованы в 4-х научных■статьях. Также по результатам исследований автором были сделаны сообщения на трех научных коференциях в Казанском авиационном институте (1981, 1982, 1884 г.г!) и сообщение на отраслевой конференции Министерства авиационной промышленности в.Казанском филиале НИАТ ( 1982 г.). Отдельные положения и программы из данной диссертации были исполь- , зованы при составлении трех научно-исследовательских отчетов, выполненных автором под научным руководством Т.К. Сиразетдинова.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и пяти приложений. Работа изложена на 135 страницах машинописного текста, включая 9 рисунков, 10 страниц библиографического списка, содер- - • жащег9 96 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается краткий анализ проблемы, выделяется круг задач, решаемых в диссертации, приводится изложение новых результатов и положений, выносимых на защиту.

В первой главе разрабатывается динамическая модель развития основных производственных фондов (ОЦФ) предприятия с учетом структуры фондов по их видам, производимым на них видам работ и способов измерения'величин, .входящих в модель. Разрабатываемая модель является дальнейшим развитием моделей, рассмотренных Т,К.Сиразет-диновым и получивших развитие в работах других авторов.

Динамическая модель представляет собой совокупность соотношений, устанавливающих количественную связь между входными и выходными переменными процесса развития ОПФ.

Динамическая модель развития ОПФ предприятия с учетом структуры фондов по видам оборудования, видам работ, выполняемым на оборудовании и способам измерения'величин, входящих в модель, описывается системой дифференциальных уравнений:-

Г! ж; тгг- г . ы*. ^ ' ~С7Г г " " V/

■ Ть 1 4 ' Ж ' ? '

где Фк' ~ количество активной части ОПФ * -го вида, «у

на котором изготавливается J -ое изделие, при Л -м способе

г

измерения активной части ОПФ; 6/- поступление^

единицу времени освоенных фондов К -го вида, относящихся к

активной части ОПФ, для изготовления у -го изделия при -м

*) Сиразетдинов Т.К. Динамическая модель прогнозирования и оптит мапьное управление экономическим объектом.- Изв. ВУЗов, " Авиационная техника" 1972, N 4, с. 3-8.

. гё '

способе измерения активной части ОПФ; ~ выбытие в

единицу времени активной части ОПФ < - го вида, изготавливавших

^ • -ое изделие при г -м способе измерения активной части ОПФ;'

^cJ - величина неосвоенных фондов К -го вида,

относящихся к активной части ОПФ, приобретенных для изготовления

J -го изделия при <~ -м способе измерения активной части ОПФ; г « '

I/" К/' - поступление в единицу времени фондов < -го

вида, относящихся к активной части ОПФ, приобретаемых для изготовления '^ -го изделия при -м способе измерения активной части

У/У

ОПФ; У*/ ~ М°ЩН0СТЬ оборудования £ -го.вида по изготов-

лению продукции у -го вида при X -м способе измерения про-

дукции; п> - коэффициент фондоемкости у -го вида

продукции при изготовлении ее на -м виде оборудования, при

Г~ -м способе измерения оборудования и 5-м способе измерения количества изготавливаемой продукции; Я^ ^ - количество пассивной части ОПФ р -го вида при £ -м способе измерения пассивной части ОПФ; и ^ - поступление в единицу времени освоенных фондов ^ -го вида, относящихся.к пассивной части ОПФ при £ -м способе измерения пассивной части ОПФ;

е? е

и 0 - выбытие в единицу времени пассивной части ОПФ

У

^ - го вида при С-м способе измерения пассивной части ОПФ;

V-5 у - величина неосвоенных фондов у -го вида,

относящихся к пассивной части ОПФ, при £ -м способе измерения'

тг е'

пассивной части ОПФ; СУ ^ - поступление в единицу вре-

мени фондов ^ -го вида, относящихся к пассивной части ОПФ, при £■ -м способе измерения пассивной части ОПФ.

Задаваясь определенными значениями входных (управляющих) воздействий, в качестве которых используются поступления капитальных вложений ¿^/К/ и ^ , можно получить тот

■Л 7

или иной вариант развития ОПФ предприятия.

Каждый вид активной части ОПФ находится в определенной зависимости с пассивной частью ОПФ конкретного вида. Потребность в пассивных ОПФ ' ^ -го вида для активной части ОПФ определяется по формуле

; Ту«;' = ??1< ' Ф?*- ? ( 2 ) ■

где - максимальная потребность в пассивных фондах

' ^ -го вида при £ -м способе измерения при выпуске продукции на к -м виде активной части ОПФ из перечисленного списка видов продукции у" ; ^ ч ^ - параметр использования

пассивных фондов у -го вида ' -го способа измерения при работе А" -го вида активных фондов при -м способе их измерения над выпуском продукции, которая требует максимального количества пассивных фондов у -го вида; 7* ~ активная часть ОПФ

АТ -го вида при г- -м способе измерения, которая используется при выпуске продукции, требующей максимального количества пассивных фондов ^ -го вида.

Во второй главе разрабатывается динамическая модель развития производственно-промышленного персонала (ППП) предприятия с учетом структуры персонала по специальностям и уровням квалификации персонала для каждой специальности, а.также с учетом способов измерения величин, входящих в модель.

Динамическая модель представляет собой совокупность соотношений устанавливающих количественную связь между входными и выходными переменными процесса развития ППП.

Динамическая модель развития ППП предприятия с учетом структуры персонала по специальностям и уровням квалификации персонала для каждой специальности, а также с учетом способов измерения

величин, входящих в модель, описывается дифференциальным уравнением: '

с/1 ЬЛ СМ сги е

-77 ~ к А ~ £ ЬА . < * )

ат 7

.СУП

где к количество персонала -й специальности

I. -го уровня квалификации, выполняющего работу по изготовлению изделия А -го вида при А -м способе измерения количества

д I Л-7 .

персонала; с (,А ~ количество персонала Л* -й

специальности -го уровня квалификации, поступившего на рабо-

Ал

ту на предприятие в единицу времени; £ , . - количество

персонала ат» -й специальности ¿--го уровня квалификации,

вы-бывшего с предприятия в единицу времени.

¿> с

Интенсивность С ^ д поступления на работу персонала г*1 -й специальности с -го уровня квалификации определя-

ется по формуле:

Г М 1г

I

• где ¿т - средняя заработная плата одного работающего из персонала С -го уровня квалификации а? -й специальности;

л {с Г^г

- величина затрат на заработную плату для'персонала т -й специальности ^ -г'о уровня квалификации, поступившего на работу за единицу времени» С/ , , - величина

п <1

затрат на заработную плату персоналу, перешедшему в единицу време-

~ } / Л-г к %

ни с £ -го уровня квалификации; Л А ~ вепичина затрат

на заработную плату персоналу, перешедшему на /п -ю специальность

, г

( -й уровень квалификации.

Задаваясь определенными значениями входных (управляющих)

воздействий, в качестве которых используются величины затрат на заработную плату для персонала, переходящему на данную специальность и данный уровень квалификации, можно получить тот или иной вариант развития ППП предприятия.

Введено понятие мощности персонала предприятия для определенной специальности и уровня квалификации персонала при выполнении

ими работ конкретного вида.

¿т

Мощность' ¡/ м персонала ^ -й специальности- с -го уровня квалификации па изготовлению изделия ^ -го вида при Г -м способе измерения мощности связана с количеством персонала следующим соотношением:

. £ í <■ »•» ' / с г*

^^А ' с/^ = , " ' <

г. I ч - .

где ^ л ~ коэффициент трудоемкости изделия . п -го

вида при работе персонала ьп -й специальности с -го уровня

квалификации при А -м способе измерения количество персонала

и X -м способе измерения мощности.

В третьей главе рассмотрен процесс производства продукции. При этом разобраны различные случаи соотношения потребных и наличных количеств оборудования и персонала для выполнения производственной программы. Соотношения рассмотрены по видам оборудования, профес-^ сионапьной структуры персонала (>по специальностям и уровням квалификации), а также способов измерения количеств оборудования и персонала предприятия.' ,

Даны уравнения связи между выпуском продукции и количеством оборудования, выпуском продукции и численностью персонала.

- 9 -

ф;„«)-- «)■ < (н,

где и ' ' - программа производства (выпуск продукции в единицу времени) по к -ому виду работ, при 5 -м способе измерения программы производства;' Я^с/, ) - величина основных производственных фондов -го вида, участвующйх в процессе производства продукции при Л-м способе измерения фондов;

- коэффициент мгновенной фондоемкости работ- Ь -го вида

/

по к -ому виду оборудования при г -м способе измерения основных производственных фондов и 5-м способе измерения продукции; /С * а ) - количество персонала ^ -й специальноси £ -го уровня квалификации, необходимого для обслуживания оборудования количеством ) , при А -м способе измерения количества персонала;^^ ~ коэффициент трудоемкости ^ -го вида работ по К -ому виду оборудования при Л -м способе измерения количества персонала пл -й специальности С -го уровня квалификации и .5-м способе измерения количества продукции.

Отличие предложенных уравнений от ранее введенных в работе в более детальной записи уравнений по видам оборудования, профессиональной структуре персонала.

Рассмотрен процесс производства в многопродуктовом предприятии, т.е. предприятии выпускающем различные виды продукции. Приводится соотношение, дающее связь между выпуском продукции и ОПФ:

Ф^Ь^ и)> • (7)

где (1-) - программа производства т -го изделия

А -го вида работ ( А/ - количество выпускаемых изделий, -

количество видов работ, необходимых для изготовления п -го изделия ), при '.у -м способе измерения продукции; Н) - величина основных производственных фондов X -го вида, необходимых для производства продукции величиной (4) в каждый момент времени í I- коэффициент мгновенной фондоемкости работ

.-го вида при производстве п -го изделия на К-м виде оборудования при г -м способе измерения основных производственных фондов и я -м способе измерения продукции.

В четвертой главе поставлены три задачи управления производством, отвечающие различным уровням информативности. Предложены алгоритмы решения каждой из поставленных задач. Первая задача управления производством.

Задается среднее значение обьема продукции ЗС^ь по

¡1 -ому виду работ на К -м виде оборудования при 5 -м способе измерения продукции за некоторый промежуток времени причем . Это значение )Ск^ ^^представляет

собой некоторое задание для предприятия, которое предприятие должно выполнить за промежуток времени П] ^¿3 .

Необходимо определить возможности предприятия по выполнению задания УС ^ (¿, всем видам работ к - /,// , т.е. необходимое

количество основных производственных фондов ) К-го вида

при производстве ^ -го вида работ при выполнении задания

на отрезке времени'/"^,7 и необходимое количество персонала —■ Л б .

)м-й специальности I -го уровня квалификации при

выполнении задания по & -ому виду работ на оборудовании

X -го вида на отрезке времени/^г^г-7 . Поставленная задача ре-

—■ а?

шается через определение средних коэффициентов фондоемкости/и. ,

, 1 К*7

и трудоемкости /»» на рассматриваемом промежутке времени, что

позволяет воспользоваться соотношениями, для вычисления необходи-

мых для выполнения задания "Х.^ (Ь, количеств ОПФ Ф^ь (^¡^-г) и персонала предприятия ~£ л )

кН ' с ' >

^.ль^/Д ■ х;«, а,,о,

(8 )

I

Вторая задача управления производством. Прибыль предприятия за отрезок времени

от выпуска N различных' видов изделий, определяемая по фор-

муле

} ( 9 )

/

рпат)-Е

. ь,

- коэффициент удельных затрат при выпуске го

изделия ),

существенно зависит от выбора программы выпуска по каждому виду изделия п • Поэтому вектор-функция ОС (4) -г-

-(х (t), ... ^ -Х-является управлением.

На управление рс Ы ) накладываются ограничения

0<х'(+) <- х1(4) , П : /Л'

( 10 )

где (V-) - значение выпуска продукции -го

вида, определяемое наличным оборудованием.

Ставится следующая задача:

г

Найти такую вектор-функцию программы выпуска Ос (4) (■(•)> • • • > Э^п^)) ПРИ выполнении неравенств (10), чтобы обеспечить максимальную прибыль предприятия , определяемую выражением (9), т.е.

гпаос РСЬ.Т) ( 11 )

При разбиении рассматриваемого отрезка времени Г*., г! на й интервалов, оптимизационная задача (9)-(11) приближенно сводится к решению задачи линейного программирования.

" I

^ В силу отсутствия дифференциальных связей процессы, протекающие в отдельных интервалах,' являются независимыми.

Для ^ -го интервала получаем задачу линейного программи-

рования

при ограничениях на переменные

/ и = -/,Л/

О £ я: ^ * :

( 13 )

В результате рещения задачи для , -го интервала времени получим оптимальный набор X , . Эс

V ' ' "у

Подобная задача линейного программирования решается для' каждого интервала ¿"¿у из отрезка , Т . .

Третья задача управления производством.

Считается заданным обьем ЗСк. ^ Ь -го вида работ на

< -м виде оборудования при -Г -м Ьпособе измерения продукции к моменту времени ' за период времени

Г] .

г *

Обьем вычисляется по формуле:

7

С 14 )

где 2С /V-) - обьем работ ^ -го вида на к -м оборудовании в. единицу времени с ,

Требуется определить, необходимы ли капитальные вложения в в ОПФ - предприятия для выполнения задания (Т) , определя-

емого соотношением (14), и, если они необходимы, определить такую программу капитальных вложений в ОПФ ЪГ*/, в единицу времени в X -й вид оборудования для производства работ ^ -го

вида на отрезке времени [¿г, ТЛ , чтобы суммарный обьем капитальных вложений' и Л (т) за период времени , определяемый выражением , у

и.:'т] - /¿г.: (*> * •

( 15 )

был минимальным, т.е. необходимо выполнить

ГГЦ

ип и*" (Г)

и;, ^ ¡7Л ;

( 16 )

— 'г- 1 "

где ) - множество допустимых вариантов капиталь-

ных вложений 1/^1, № ) в единицу времени, при заданных уравнениях связи (1).

Оптимизационная задача (16) при уравнениях связи (1), изо-периметрических условиях (12), (13) приближенно сводится к задаче линейного программирования:

минимизировать

Р -¿1 С/у

при наличии ограничений __( 17 )

¿А"*"*, V'''*

и уравнения связи Л, л г Г- - У /V I

Ь, + 22 ¿<у &у -. л 11)

где ^ - индекс интервала разбиения рассматриваемого от- резка времени

. При этом уравнение связи получено применением конечных приращений к системе уравнений (1) ( только для уравнений изменения активной части ОПФ).

Запаздывание в освоении капитальных вложений для полученного уравнения связи учитывается сдвигом через ^ временных интервалов, через которые осуществляется освоение капитальных вложений.

В результате решения задачи (17) получим оптимальный набор

У

Т7Г ' -'

капитальных вложении (у ^ ,,...,(/ > Доставляющий мини-

мум суммарным капитальным вложениям на отрезке-времени

В'пятой главе рассматриваются вопросы программной реализации математических моделей, поставленных задач и алгоритмов их решения в виде автоматизированной системы управления производственными мощностями предприятия. '

При создании автоматизированной системы,преследовалась цепь ■достижения сбалансированного развития производственного потенциала предприятия, обеспечивающего в каждый момент времени соответствие производственных мощностей заданиям по производству продукции, причем продукция эта различается по виду, т.е. присутствует номенклатура изделий, а предприятие является многопродуктовым. .

При' помощи автоматизированной системы определяются возможности предприятия по выпуску продукции- в заданном оРьеме и номенклатуре. В случае нехватки оборудования по какому-либо его виду, предлагается обновить парк оборудования более производительным или дополнить его до устранения дефицита в оборудовании данного вида. Определяется также необходимое количества персонала для обслуживания нового парка оборудования ло группам профессий персонала, необходимое количество площадей под новый парк оборудования.

При достижении сбалансированного по отношению к производственному заданию развития производственного потенциала предприятия анализируется трудоемкость й станкоемкость изделий по видам работ. Сопоставление станкоемкости производственного задания с производительностью наличного парка оборудования, а +рудоемкости с эффективным годовым фондом времени основных произ'водственных рабочих дает возможность установить "узкие места" производства в прогнозируемом периоде. Под "узкими местами" производства здесь понимаются те виды работ или виды оборудования, по которым имеет-

ся нехватка оборудования или производственно--промышленного персонала нужных групп профессий.

Автоматизированная система управления развитием производственных мощностей предприятия функционирует в среде MS DOS персональных компьютеров типа PC AT/XT.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. В диссертационной работе разработана динамическая модель развития основных производственных фондов с учетом производимых на фондах видов работ и по видам фондов.

В модели основных производственных фондов учитываются различные способы измерения количества фондов, а также способы измерения продукции, производимой на них.

2. Разработана динамическая модель развития персонала предприятия с учетом профессиональной структуры персонала ( структура по специальностям и уровням квалификации ) , а также способов измерения количества персонала.

3. Приводятся уравнения процесса производства однородной продукции по ви^ам работ с учетом способов измерения количества фондов, выпускаемой продукции и количества персонала предприятия. Рассмотрены различные случаи соотношения потребных для выполнения производственной программы фондов и имеющихся в наличии на предприятии фондов. Соотношения приводятся для различных видов оборудования и видов работ. Рассмотрены соотношения.потребного

и наличного количества персонала предприятия по специальностям

и уровням квалификации. Предлагается подход к управлению процессом производства'при, выпуске предприятием нескольких изделий различного вида ( случай многопродуктового производства ).

4. Поставлены три вида задач управления производством, отпича-

ющиеся друг от друга различной степенью информативности. Разработаны алгоритмы их решения.

5. Разработано программное обеспечение, реализующее алгоритмы

решения поставленных задач управления производством для случая

многопродуктового производства. Просчитаны несколько вариантов

t

' решения задачи управления производством для различных способов задания номенклатурного плана производства. Программное обеспе-ни^ в виде автоматизированной системы управления принято к эксплуатации в НИИ экономики, планирования и управления с целью по-

N *

вышения эффективности управления процессом производства и развития ОПФ предприятия.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Афанасьев A.A., Родионов В.В. Математические модели и методы решения задачи учета влияния научно-технического прогресса на производство. - Вопросы радиоэлектроники, 1981, сер. АСУ, выпуск 2, с.34-40.

2. Родионов В.В. Оптимальное распределение капитальных вложений между производственной и научно- исследовательской организациями. ЦНИИ "Электроника", Электронная техника, Сер.9, вып.4(33), 1979. с.6-10.

4. Сагайдак Р.К..Джаксыбаев С.К..Афанасьев A.A., Булыгин В.М., Родионов В.В. Прогнозирование технико-экономического развития предприятия с учетом влияния научно-технического прогрес-

/ '

са. Исследование операций и аналитическое проектирование в тех-

нике. Межвузовский сборник, 1985, с.71-76.