автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизированное проектирование процесса преобразования ресурсов производственно-коммерческого предприятия

рг Б ОД

2 7 ОПТ 1993

На правах рукописи

УДК 681.3.06

ЗОРИН Андрей Васильевич

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ РЕСУРСОВ ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОММЕРЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность 05.13.12 — «Системы автоматизации проектирования»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Институте механики Ижевского госу-дарственгого технического университета.

Научный руководитель

Заслуженный деятель науки РФ, докт. техн. наук, проф. ГОЛЬДФЛРБ В. И.

Научный консультант канд. техн. наук, доц. МАЛИНА О. В.

докт. техн. наук, проф. СМИРНОВ М. И., канд. техн. наук, доц. АДИГАМОВ А. Э.

Ведущая организация — АО «Ижмаш».

Защита состоится «... ноября 1998 г. в ... час. на

заседании диссертационного совета Д 053.12.12 в Москоз^ком государственном горном университете по адресу: 117935, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

./Л-

Автореферат разослан « . ,с\» октября 1998 г.

Официальные оппоненты:

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. техн. наук, доц. РЕДКОЗУБОВ М. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ------------------------ВВЕДЕНИЕ-------------------------------------------------------

Актуальность темы. Автоматизация в настоящее время является необходимым условием и свершившейся реальностью эффективной деятельности практически во всех сферах: производственной, проектной, исследовательской, управленческой и многих других. Решение проблемы автоматизации осуществляется по уже достаточно стандартной схеме: сначала систематизируются объекты, процессы, явления, которые определяют сущность рассматриваемой сферы; формулируется постановка задачи автоматизации; формализуется указанная задача - выбирается или разрабатывается математическая модель исследуемого (проектируемого) объекта, процесса, явления; готовится алгоритмическое и программное обеспечения. Именно по такой схеме (или близкой к ней) решаются задачи автоматизации проектирования и конструирования различных изделий, процессов управления их производством и т.д. Создано большое количество САПР различного отраслевого назначения, в основу которых положены фундаментальные научные разработки таких отечественных и зарубежных ученых как Горбатов В.А., Редкозубов С.А., Решетников В.Н., Норенков И.П., Осипов В.А.. Медведев B.C., Принс М., Хог Э., Apopa Я., Сазерленд И. и других.

Достаточно большое количество работвыполненотакже в области создания компьютерных систем управления и организации производства, распределения ресурсов предприятий, выбора эффективных форм их функционирования.

Однако сложившиеся экономические условия делают невозможным применение указанных систем при решении задач автоматизации на современных предприятиях, что в свою очередь приводит к непроизводительным затратам для принятия управленческих решений и снижению эффективности работы предприятий.

В связи с этим очевидна актуальность создания таких систем управления производством и распределения их ресурсов, которые имели бы возможность учитывать изменяющиеся экономические условия, в рамках которых функционируют предприятия, что в свою очередь требует разработки новых подходов к формализации процессов преобразования ресурсов предприятия и создания соответствующих алгоритмических и программных средств. :

► Целью работы является обеспечение эффективности деятельности производственно - коммерческого предприятия путем разработки автоматизированной системы преобразования его ресурсов.

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи.

1. Анализ и определение принципов описания процесса преобразования ресурсов как элемента деятельности производственно-коммерческого предприятия, позволяющих сформировать исходное множество единичных преобразований, на базе которого будут синтезированы все возможные варианты процессов.

2. Построение обобщенной модели процесса преобразования ресурсов, учитывающей все возможности и особенности функционирования данного производственно-коммерческого предприятия.

3. Раз работка оптимизационных алгоритмов синтеза множества всех возможных процессов преобразования ресурсов, отвечающих требованиям по оперативности принятия решений.

4. Разработка программной системы поиска оптимальных преобразований ресурсов, как инвариантного средства автоматизации элементов деятельности коммерческого предприятия. Определение ее возможностей, структуры, алгоритмов функционирования и способов хранения оперативной информации.

5. Разработка принципов организации информационного обеспечения системы как набора взаимосвязанных баз данных, адаптирующего инвариантные программные средства под условий работы конкретного коммерческого, пред приятия.

Методы исследования, обоснованность и достоверность результатов. При выполнении работы использовался аппарат дискретной математики: теория множеств, математическая логика, характеризационный анализ, методы вычислительной математики, принципы разработки программного обеспечения. Численные эксперименты выполнялись с помощью разработанной системы. Обоснованность и достоверность результатов диссертационной работы подтверждаются корректным использованием математических методов, большим количеством выполненных численных экспериментов и положительными результатами внедрения в промышленность разработанных программных средств.

з

Научная новизна работы заключается в:

- построении формальной обобщенной модели объекта, где под______ -

_______объектом понимается процесс преобразования ресурсов при

деятельности производственно - коммерческого предприятия, и модели синтеза частных решений при наложении ресурсных и временных ограничений, присущих конкретному предприятию;

- разработке алгоритмов оптимизации процесса генерации множества указанных выше объектов на основе использования предложенной классификации запрещенных фигур единичных преобразований;

- представлении обобщенной графовой модели объекта в виде бесконечной структуры, элементами которой являются множества обобщенных графов единичных преобразований, исключающих возможность появления внутримодульных абсолютно запрещенных фигур, наращивание которой происходит посредством использования алгоритма синтеза, исключающего возможность появления межмодульных абсолютно запрещенных фигур;

- разработке подхода к созданию автоматизированной системы, обеспечивающего инвариантность двух видов:

а) возможность работы системы с изменяющимся множеством ресурсов в рамках выбранной стратегии деятельности предприятия;

б) возможность работы системы при изменении стратег ии деятельное! и предприятия.

Практическими результатами работы являются:

- структура информационных баз ресурсов и предложений производственно-коммерческого предприятия, обеспечивающих при функционировании системы инвариантность первого вида;

- структура базы модулей, содержащей обобщенные модели единичных преобразований, фактически отражающих стратегию деятельности конкретного предприятия, что обеспечивает при использовании системы инвариантность второго вида;

- инструментальные средства подготовки данных информационных баз;

-инвариантный алгоритм функционирования САПР при синтезе множества возможных решений и поиске оптимального процесса преобразования ресурсов предприятия;

- автоматизированная система поиска оптимальных процессов преобразования ресурсов, внедренная на конкрегныхпроиэводственно-коммерческих предприятиях.

Практические результаты внедрены в ЗАО НПФ "Радио-Сервис", ООО "РС-Прибор", в учебный процесс в ИжГТУ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на симпозиуме "Информационная математика в информациологии" (Москва, Ижевск, 1997) в рамках Всемирного Конгресса "Информационная математика и искусственный интеллект в информациологии", конференции. "Проблемы проектирования изделий машиностроения" (Ижевск, 1998), научно-технических семинарах Института механики ИжГТУ (1996-1998), научном семинаре кафедры вычислительных машин Московского государственного горного университета (1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы из 128 наименований и изложена на 170 страницах машинописного текста.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу проблемы автоматизации элементов деятельности производственно коммерческого предприятия. В ней отмечено, что особенности текущего состояния экономики (коммерческая деятельность на фоне широкого распространения бартера при осуществлении взаиморасчетов) порожд ают новые схемы управления ресурсными потоками как внутри предприятия (рис. 1) (что порождает необходимость решения задачи выбора наиболее оптимальной структуры самого предприятия, включая распределение обязанностей между организационными структурами, их численный и профессиональный состав, отвечающий реальной загрузке структуры), так и извне (что может быть достигнуто реализацией наиболее выгодных процессов преобразования ресурсов посредством анализа всего множества предложений сторонних организаций с последующим выбором ряда наиболее приемлемых).

Очевидно, что одним из средств решения задач, связанных с обеспечением рентабельности работы предприятия в условиях недостаточной денежной массы, является прогнозирование и планирование процессов преобразования ресурсов. В связи с этим

otp

5

отр

др

ДР ДР OTP

Схема движения ресурсных потоков коммерческого предприятия (стабильная экономика с денежной формой расчетов) отр

OTP

Схема движения ресурсных потоков производственного предприятия (стабильная экономика с денежной формой расчетов)

otp др

др

OTP

(УПР

отр г1 отр ©

Схема управления ресурсными потоками производственно-коммерчес кого предприятия (стабильная экономика с денежной формой расчетов)

НТР н,р

ДР НТР

Схемы управления ресурсными потоками производственно-коммерческого предприятия (бартерная экономика) Рис. 1

САПР рассматривается как удобный инструмент, возможности и уровень сложности которой выбираются в результате подробного' анализа тенденций развития автоматизированных систем. Анализ существующих систем, с одной стороны, и требования текущего ■ момента, с другой, позволили определить, во первых, уровень возможностей системы в рамках предметной области, во-вторых, уровень инвариантности ее по отношению к множеству потенциальных потребителей. Очевидно, что сегодня не имеет смысла создавать систему, ориентированную как на строго определенный набор ресурсов, так и на строго определенный набор функций, отражающих специфику конкретного предприятия. Обеспечение такой возможности достигается созданием инвариантных алгоритмов в рамках указанной предметной области, что и позволяет классифицировать такую САПР как систему, имеющую высокий уровень разнообразия и сложности проектируемого объекта при достаточной степени универсальности и комплексности функциональных возможностей.

Задачи, сформулированные в первой главе, по сути отражают этапы исследований, необходимые для создания такой САПР.

Вторая глава полностью посвящена формализации процесса преобразования ресурсов предприятия, то есть созданию математической модели объекта.

В условиях отсутствия предметных алгоритмов генерации наилучшего процесса преобразования ресурсов в качестве подхода к решению поставленной задачи предлагается формализация и алгоритмизация правил выбора наилучшего варианта из множества, полученного с использованием переборных алгоритмов, оптимизированных методами характеризационного анализа. Принципы декомпозиции и композиции, модульности, упорядоченности, смежности и инвариантности позволяют не только сформировать множество модулей, представляющих из себя набор единичных преобразований ресурсов, состоящих из исходного набора, нового набора, каходый из которых может быть любым подмножеством рассматриваемого множества ресурсов Н={а,Ь,с}, где а - денежные ресурсы, Ь - основные товарные ресурсы (товары производимые данным предприятием или комплектующие к ним), с - неосновные товарные ресурсы (другие виды ресурсов , ценные бумаги) и непосредственно операции преобразования, но и сформулировать некоторые правила объединения указанных модулей в процесс, лишенный

запрещенных фигур - элементов, делающих весь процесс запрещенным, то есть нереализуемым или не имеющим смысла.

Введенные операции:

1. Преобразование ресурсов (используется для обозначения преобразования как отдельных ресурсов п->п, так и множеств ресурсов Н'-ХТ)

2. Объединение ресурсов п'+п или совмещение преобразований <г1 ->п) + (гк->г1)

3. Исключение ресурса п-п

4. Выбор ресурса п V п или преобразования (г!->г]) V (гкЩ) (операция логического "ИЛИ")

и правила преобразования выражений, например:

П'->Н"= (г-)', г2'}-> <г1г2"}= {г1,->г1", Т]->Г2". Г2'->ГГ. г2'->г2"}

Г|->(п+гк) = (п'->п)+(г(-г('->гк) ;

(Г,+Гк>>Г{ = (ГГ>Г| )+(Гк->ГГГ(') ,

позволяют рассматривать модель процесса преобразования ресурсов в общем виде

Р = П (Я'-Ж')^, где ^=1?' - множество возможных наборов ресурсов, Я'-> И'' = { 0->0,0->а, 0->Ь, 0->с, 0->а+Ь, 0->а+с, а->а^с. а->Ь+с, а->а+Ь+с, Ь->0, Ь->а, Ь->Ь, Ь->с, Ь->а+Ь, Ь->а+с, Ь->Ь+с. Ь->а+Ь+с, с->0, с->а, с->Ь, с->с, с->а+Ь, с->а+с, с->Ь+с, с->а+Ь+с, а+Ь->0, а+Ь->а, а+Ь->Ь, а+Ь->с, а+Ь>а+Ь, а+Ь->а+с, а+Ь->Ь+с, а+Ь->а+Ь+с. а+с->0, а+с->а, а+с->Ь, а+с->с, а+с->а+Ь, а+с->а+с, а+с->Ь+с, а+с->а+Ь+с. Ь+с->0, Ь+с->а, Ь+с->ь, Ь+с->с, Ь+с->а+Ь, Ь+с->а+с, Ь+с->Ь+с, Ь+с->а+ь+с, а+Ь+с->0, а+Ь+с->а, а+Ь+с->Ь, а+Ь+с->с, а+Ь+с->а+Ь, а+Ь+с->а+с, а+Ь+с->Ь+с, а+Ь+с->а+Ь+с} , п -мощность множества Я'-Ж' , 1 - множество запрещенных вариантов.

Однако анализ запрещенных вариантов, полученных посредством использования переборных алгоритмов на множестве возможных модулей, показал, что причины их нереализуемости различны. Следствием этого явилось разбиение множества запрещенных фигур на подмножества в соответствии с характером породившей их причины.

Таким образом, все множество запрещенных фигур было

расклассифицировано на типы и подтипы, как показано на рис.2, в зависимости от причины возникновения и степени воздействия на процесс синтеза множества возможных процессов преобразования ресурса.

Создание математической модели объекта , а именно графовой модели обобщенного процесса преобразования ресурса, производилось в два этапа.

Первый этап представлял из себя создание графовой модели объекта, исключающей возможность возникновения абсолютно запрещенных фигур. Вследствие того, что абсолютно запрещенные фигуры не обеспечивают окончание процесса синтеза множества возможных вариантов, то есть схематически он может быть представлен лишь бесконечной структурой, особенностью подхода к созданию модели является то, что в качестве графой модели предлагается множество обобщенных графов единичных преобразований для каждого типа ресурсов в исходном наборе и правила их объединения в модель.

При этом для всех трех типов ресурсов выполняется аналогичная последовательность действий:

1) Из множества возможных единичных преобразований FRM = {a->b, b->a, b->b, b->c, b->a+b, b->a+c, b->b+c, b->a+b+c,

c->a, c->b, c->c, c->a+b, c->a+c, c->b+c, c->a+b+c, a+b->b, 4a+c->b, b+c->a, b+c->b, b+c->c, b+c->a+b, b+c->a+c, b+c->b+c, b+c->a+b+c, a+b+c->b, begin->a, begin->b, begin->c, begin->a+b, begin->a+c, begin->b+c, begin->a+b+c, a->end, b->end, c->end, a+b->end, a+c->end, b+c->end, a+b+c->end)

выбираются все единичные преобразования с данным типом ресурса в исходном наборе:

{a->end, a->b,a+b->b=a->b'-b",a+c->b=a->b'-c, a+b+c->b=a->b'-(b"+c) }

2) Объединение новых наборов единичных преобразований через вершину ИЛИ. Полученные таким образом графы единичных преобразований (рис. 3) соответствуют следующим выражениям: f(a)=(a->b) V (a->b"-b') V (a->b-c) V (a->b"-b'-c) V (a->end) =

= a->(b V (b"-b') V (b-c) V (b"-b'-c) V end) f(b) - (b->a) V (b'->b") V (b->c) V (b->a+b) V (b->a+c) V (b->b+c) V (b->a+b+c) V (b'->b"-a) V (b->a-c) V (b'->b"-c) V (b->c"-c') V (b'->a+b"-c)\/ (b->a+c"-c')V(b'->b"+c"-c') V(b'->a+b"+c"-c') V (b'->b"-c-a) V (b->end) = b-> (aVbVcV (a+b) V (a+c) V

абсолютно запрещенные фигуры

являются необходимым условием процесса сужения генерируемого множества

(запрещенные ^фигурьГ)

относительно запрещенные ^ фигуры

отвечают как за сужение гак и за окончание процесса синтеза отображаю г текущие ресурсные ограничения

У

межмодульные абсолютно

запрещенные фигуры

представляют из себя подпроцесс, состоящий из двух последовательных модулей, ие являющихся смежными

внутримодульные абсолютно запрещенные фигуры

представляют из себя отдельные модули, неправомерность использования которых объясняется нарушением принципиальных ограничений продиктованных:

-законодател ьство м;

- спецификой и профилем функционирования;

- особенностями экономи -ческой ситуации

"неосновной ресурс не приобретается за деньги"

FZa2={ а->а, а->с, а->а+Ь, а->а+с, а->Ь+с, a->a+b+c, а-<- b->a, а+Ь->с, a+b->a+b, a+b->a+c, a+b->b+c, a+b->a+b+c, а*с->а, а+с->с, а+с->а+Ь, а+с->а^с, а+с->Ь+с, a+c->a-tb-'-c, a+b+c->a, а+Ь^с->с, a+b+c->a+b,aJ-b+c->a+c, a+b+c->b+c, a+b+c->a+b+c) _

ограничение времени процесса преобразования ресурса

отсутствие спроса и предложения на текущий ресурс

отсутствие товарного ресурса, входящего в исходный навор текущего модуля

отсутствие денежного ресурса, входящего в исходный набор текущего модуля

ресурсные

ограничения,заданные пользователем в качестве исходных данных.

/

\

Рис.2 Классификация запрещенных фигур

(b+c) V (a+b+c) V (b-a) V (a-c) V (b-c) V (c-c) V (a+b-c) V (á+c-c) V (b+c-c) V (a+b+c-c) V (b-a-c) V end)

f(c) = (c->a) V (c->b) V (c'->c") V (c->a+b) V (c'->a+c") V -----------

-------- (c'->b+c") V(c'->a+b+c") V (c->b-a) V (c->a-b) V (c->b"-b') V

(c'->c"-b) V (c->a+b"-b') V (c'->a+c"-b) V (c'->b"+c"-b') V (c'->a+b"+c"-b')V(c->b"-a-b') V(c->end) = c->(aVbVc V(a+b) V (a+c) V (b+c) V (a+b+c) V (b-a) V (a-b) V (b-b) V (c-b) V (a+b-b) V (a+c-b) V (b+c-b) V (a+b+c-b) V (b-a-b) V end) Объединение в графовую модель процесса графовых моделей единичных преобразований производится согласно принципа смежности, когда исходный набор последующего преобразования должен являться подмножеством нового набора предыдущего преобразования.

Отдельный процесс преобразования ресурсов, выделенный из полученной обобщенной модели, будет представлять из себя граф типа "ДЕРЕВО", разветвление которого организуется вершинами "-" и "+", при этом вершины "+" являются процессобразующими.

Подобная структура отдельного процесса порождает трудности анализа его на наличие в нем относительно запрещенных фигур, например: завершился ли процесс; достигнуто ли пороговое время; а также саму идентификацию этого процесса в рамках обобщенной модели.

Для преодоления указанных трудностей предпринята попытка исключения разветвлений на вершинах "+" посредством исключения вершин "+" и введением вершин наборов ресурсов (например а+Ь), следствием чего явилась необходимость дополнения множества графов единичных преобразований f(a), f(b), 1(c) обобщенными графами единичных преобразований f(a+b), f(a+c), f(b+c), f(a+b+c). В преобразованной модели отдельный процесс преобразования ресурса, выделенный из обобщенной модели, будет представлять из себя линейный граф (без учета разветвлений на вершинах "-"), что позволяет преодолеть указанные выше трудности.

Для фиксации реально проводимых преобразований параллельно графовой модели синтезируется система протоколов, посредством которой отображается реальное состояние ресурсной массы, набора использованных преобразований, временные характеристики, возникновение относительно запрещенной фигуры на каждой вершине графа, при этом протокол вершины графа строится дополнением протокола материнской вершины. На

основании протоколов, а именно в момент, фиксации на вершине возникновения относительно запрещенной фигуры, производится раскраска данной вершины графа, что означает невозможность дальнейшего наращивания графовой модели путем присоединения к ней следующего обобщенного единичного преобразования. Именно таким образом относительно запрещенные фигуры организуют не только сужение, но и окончание процесса синтеза множества возможных процессов преобразования ресурсов.

Третья глава целиком посвящена описанию возможностей, структуры (рис.4) и алгоритмов функционирования системы автоматизированного поиска оптимальных процессов преобразования ресурсов.

Помимо подсистемы, непосредственно решающей задачу поиска оптимального процесса, алгоритм функционирования которой показан на рис.5, система включает еще две подсистемы: подсистему анализа загруженности организационных структур, собирающую статистическую информацию, необходимую в дальнейшем для определения численного состава структурного подразделения, и подсистему системной адаптации. Включение последней объясняется требованиями по обеспечению инвариантности системы и по отношению к номенклатуре ресурсов в рамках данного предприятия, и по отношению к особенностям функционирования различных производственно -коммерческих предприятий.

Подсистема системной адаптации представляет из себя набор инструментальных средств, отвечающих за формирование информации баз данных, при этом в качестве информации сохраняются не только данные о ресурсах и коммерческих предложениях, но и особенностях функционирования каждого конкретного предприятия: его структурных подразделениях, их функциях, стратегии деятельности, которая формируется путем преобразования принципиальных ограничений в абсолютно запрещенные фигуры, на основании чего строятся обобщенные модели единичных преобразований.

Помимо алгоритмов функционирования системы в целом в третьей главе рассмотрены некоторые особенности программной реализации отдельных модулей, например, модуля РАСКРАСКИ ГРАФА, являющегося по сути дела инвариантным по отношению к множеству единичных обобщенных преобразований средством, позволяющим наращивать и усекать синтезируемую графовую

2 В) х со

•а

Я)

Е ®

х

?"5 о ш ш X

о —( о

"О

О

О ¡1

¡1

в> тз а>

<

ш о и и с; О с:

ПОДСИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ выбор задачи

Л.

модуль управления

Подсмстема системной дотации

I выбор корреп базы 1 ;

©

баи ресурсов 2

, бвааорг стругтур

Ф _____

'—|| пароль 3 1—^ 4 —

^Ьш предложений

10 ,

М ценностная 6 МюоцедурнжГТ

ручной 11 —

-автам-ий

•'—т-----

1 / 14 1»/ 1в

12 1 / 17

13 17 / 18

И4

;,. 'Ь 18 га.

16 Я1

(/22

.. . . Л___________

Подсистема поиска оптимального процесса

> - - ввод 17

•• • - .„ 4/23

-----дополнение модели 16 ——.---1

- - - - - . --.- --...-_-.-. 3.33/24

■--поиск предложений 19-«-----

--.Г- . _--• - 2.38/25

поиск ресурсов 20 — ----»

......- ' - - 22.39/ 26

— провара порог усвов. 21 ~ —----<

.. . 24 26/27

---- мпаяиаи« протокола 22 —■ —■

....... . М ?в

---- раскраска графа 23 — зв" ; 28"

занесение в базу 24 —-------—

выбор варианта

ручной26 автом-ий

^ со»*> опт вар та

1/31

127 1 /32

>28 £32.39 / 33

: 2« 33/34

30 ; 35

Подсистема анализа загружен*«:и орт структур

-- ____ _____, 1 ; 36

ввод данных — *

____ __-5.6 г 37

анализ загруж ти « —

визуализация

,37/38

база ресурсов

база предложений

база модулей

г

о &

сг

29.3Ь 6'

база орг. структур

база процессов

1 / 30

поиска оптимального процесса

модель, совершая тем самым ее обход в поиске возможных вариантов процессов преобразования ресурсов.

В четвертой главе, посвященной описанию информационного обеспечения сйстёмьГавтоматизированного поиска оптимальных процессов преобразования ресурсов, основное внимание уделено организации хранения и процедурам обработки информации баз данных системы. Структура, содержание и основные операции баз данных системы показаны в табл.1

Следует отметить, что структурное многообразие баз данных не означает возможность их обособленного использования в силу информационной зависимости данных, составляющих указанные структуры. Фактически указанная взаимосвязь есть ссылки (явные или неявные) на информацию других баз, зафиксированные в качестве данных рассматриваемой базы.

Вследствие достаточно небольших объемов баз данных в качестве явных ссылок используются данные типа указатель, неявные же ссылки обозначаются как правило кодами.

Помимо этого в четвертой главе рассмотрены причины использования, структура и процесс заполнения протоколов, являющихся наряду с синтезируемой графовой моделью оперативной составляющей информационного обеспечения.

Структура протокола каждой вершины определяется состоянием в текущий момент процесса преобразования ресурсов. Определено три возможных состояния процесса: процесс запрещенный, процесс неполный, процесс возможный. Протокол запрещенного процесса удаляется в момент раскраски соответствующей вершины графа. Протокол возможного процесса заносится в базу текущих процессов из которых потом модулем выбора оптимального варианта подсистемы поиска оптимального процесса выбирается решение. Протокол неполного процесса используется для заполнения протокола дочерней вершины.

В пятой главе продемонстрирован пример функционирования системы с распечаткой обобщенной графовой модели, полученной исходя из конкретных исходных требований и содержимого информационных баз. Приведена соответствуюа!.-.я данному сеансу работы синтезированная система протоколов, пример которого показан на рис.6

Таблица 1

СОДЕРЖАНИЕ ОПЕРАЦИИ

БАЗА РЕСУРСОВ 1)алфавитныйуказатель, - первая ячейка хранит ссылку напервый в алфовитном порядке ресурс, начинающийся на указанную букву; - вторая - на аналогичный ресурс, но имеющийся в наличии. 2) связный список ресурсов -тип ресурса: - описание ресурса.- иена ресурса.- количество ресурса: - коэффициент массы; - ликвидная стоимость товара; т ликвидность. • ссылку на следующий в алфавитном порядке ресурс; - ссылку на следующий в алфавитном порядке ресурс, имеющийся в налтии; - одномерный массив, состоящий из ссылок на базу предложений. -дополнение базы: - удаление ресурса: -поиск ресурса; •печать списка ресурсов; ■обновление базы данных.

БАЗА ПРЕДЛОЖЕНИЙ - компоненты исходного набора в кодах, согласно кодировки базы ресурсов, их количество, - компоненты нового набора ресурсов в кодах, согласно базы ресурсов, их количество, условия поставки - складские расходы; - транспортные расходы: - налоги; • платежи. - тип преобразования в видечислового кода: - формат преобразования -упакованный массив типовых ссылок, - поле флагЗлогического типа, •структуры данного преобразования в виде графа -дополнение базы. • исюочение. ■ поиск преобр. -оценка приемлемости преобр. -печать списка предложений, ■обновлениебазы

БАЗА МОДУЛЕЙ - тип исходного модуля: • массив новых наборов. - процедура синтеза графовой структуры модуля: -процедура подключения синтезированной структуры к обобщенному графу, являющемуся моделью множества возможных вариантов процессовпреобразованияресурсов. ■ операция поиска модуля - операции дополнения базы и исключения

БАЗА ОЦЕССОВ • Список кодов преобразований - Массив состояний ресурсной массы в пороговые моменты времени, - Граф типа дерево, каждая вершина которого есть запись в вариантами, имеющая следующий формат: 1 поле: тип вершины { вершина операционная илиресурсная); Если вершина операционная, то: 2 поле: наименование операции: 3 поле количество вершин следующегоуровня. 4 поле: упакованный масив указателей на вершины следующего уровня. Если вершина ресурсная, то: 2 поле характер ресурса (ресурс преиобрегаемый или вычитаемый) Если вычитаемый, то: 3 поле:наименование ресурса(код) 4 поле: кодлреобразования. требующего вычитания ресурса, указанного в полеЗ. Если приобретаемый: 3 поле: наименование ресурса (код): 4 поле: упакованный массив номеров преобразований по получению ресурса данной вершины из списка преобразований данного файла: 5 поле: поле указателя на вершину следующего уровня (достаточно одного указателя так как каждая ресурсная вершина может быть связана только с одной вершиной следующего уровня или операционной ("+* или "-*) или ресурсной (при отображении преобразования "один на евин')).

а с

БАЗА ОРГ.СТР. - количество участий каждой организационной структуры в коммерческой деятельнсти (измеряется в раз.) - общая сумма сделок данной структурной единицы (руб.) - общая длительность сделок (час.) - количество совместных сделок: -переопределение функций организац. структур • печать данных

ПРОТОКОЛ ВЕРШИНЫ 13'

1. Вариант возможный

2. Таблица изменений ресурсной массы

эк 32 •76 тыс.руб (0.5) с!Ю

вексель УЭ (номиналом 80) 14 460 тыс.руб.(0) сПО

денежная масса т28 тыс. руб. сИО'

вексель УЭ (номинал 80) 14 0 тыс.руб.

денежная масса -76 тыс.руб.

3. Список кодов преобразований 1:9 2:103:11

4.

Проверка порогового условия: в 11 денежная масса - 28 тыс. руб. в {2 денежная масса - 86 тыс.руб. Вывод: пороговое условие выполнено

Рис.6

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В итоге выполнения настоящей работы, посвященной разработке математических, методических и программных средств автоматизированного преобразования ресурсов производственно -коммерческого предприятия, получены следующие основные результаты:

1. Выполнен анализ функционирования производственно -коммерческого предприятия с точки зрения преобразования его ресурсов, показана роль САПР различного назначения в его деятельности, в том числе САПР организационно - экономического назначения, отмечено отсутствие таких систем, которые учитывали бы особенности преобразования ресурсов в современных экономическихусловиях.

2. Предложены принципы описания процесса преобразования ресурсов, как элемента деятельности производственно -коммерческого предприятия, позволяющие сформировать исходное множество единичных преобразований, на базе которого могут быть построены все возможные варианты процессов.

3. Построена формальная обобщенная модель объекта, под которым понимается процесс преобразования ресурсов при деятельности производственно - коммерческого предприятия, учитывающая все возможности и особенности его функционирования, и модели процесса синтеза частных решений с учетом ресурсных и временных ограничений, присущих данному предприятию.

4.Разработанаоригинальнаяклассификациязапрещенныхфигур единичных преобразований, на базе которой построены алгоритмы оптимизации множества объектов - процессов преобразования ресурсов предприятия, обеспечивающие необходимую оперативность принятия решений.

5. Создана графовая модель обобщенного процесса преобразования ресурсов, имеющая вид бесконечной структуры, построенная на базе множества единичных преобразований ресурсов. организация которых исключает возможность появления внутримодульныхабсолютно запрещенных фигур, связанных между собой с использованием алгоритма, реализующего принцип смежности, исключающего возможность появления межмодульных абсолютно запрещенныхфигур.

6. Разработаны структура и алгоритм функционирования

программной подсистемы системной адаптации, представляющей из себя набор инструментальных средств по подготовке данных информационных баз системы поиска оптимального процесса преобразования ресурсов, что обеспечивает возможность работы как с изменяющимся множеством ресурсов, в рамках выбранной стратегии деятельности, так и при изменении указанной стратегии.

7. Разработаны структура, алгоритмическое и программное обеспечение подсистемы поиска оптимального процесса преобразования ресурсов, позволяющего на основании заданной целевой функции осуществить выбор искомого варианта, оптимальным образом синтезируя и анализируя все возможные варианты процессов преобразования ресурсов на имеющемся множестве исходных данных как ресурсов, так и предложений.

8. Разработана программная подсистема анализа загруженности организационных структур производственно - коммерческого предприятия, позволяющая путем статистической обработки ранее накопленных данных по частоте обращения к каждой из структурных единиц предприятия получить рекомендации по корректировке численного и профессионал ьногосостава указанных организационных структур.

9. Разработаны принципы организации и структура информационного обеспечения системы, включающего в себя базу ресурсов и предложений производственно - коммерческого предприятия, базу модулей, содержащую обобщенные графовые модели единичных преобразований, отражающих стратегию деятельности предприятия, базуорганизационныхструктур, в которой закодирована информация о сферах деятельности каждой из организационных структур предприятия, базу процессов преобразования ресурсов, в которой сохраняются процессы, принятые в качестве решения задачи и рекомендованные к исполнению, что также является необходимой информацией для подсистемы анализа загруженности организационныхструктур.

10. Разработанная САПР оптимальных процессов преобразования ресурсов была внедрена в ЗАО НПФ Радио - Сервис, в ООО Производственная компания РС - Прибор, что юзволило за счет прогнозирования производственной и коммерческой деятельности обеспечивать ее рентабельность, планировать накопление денежных средств, организовать своевременное обеспечения производства необходимыми комплектующими и улучшить организацию сбыта, своевременно выплачивать налоги и заработную плату.

Основное содержание работы отражено в следующих публикацииях:

1. Малина О.В., Зорин A.B. Структура информационного обеспечения автоматизированной системы преобразования ресурсов производственно-коммерческого предприятия. -Проблемы проектирования изделий машиностроения./Труды научных сотрудников и аспирантов УНЦ зубчатых передач и редукторостроения Института механики ИжГТУ. Ижевск, 1998. -с.29-34.

2. Зорин A.B. Особенности организации управления современным производственно-коммерческим предприятием. -Проблемы проектирования изделий машиностроения./Труды научных сотрудников и аспирантов УНЦ зубчатых передач и редукторостроения Института механики ИжГТУ. Ижевск, 1998. -с.35-40.

3. Зорин A.B. Особенности использования информации баз данных в системе автоматизированного поиска оптимальных решений. - Информационная математика в информациологии./ Сборник трудов симпозиума. Москва-Ижевск, 1997. - с. 12-14.

4. Малина О.В., Зорин A.B. Принципы описания процесса преобразования ресурсов в автоматизированной системе поиска оптимальных решений. - Информационная математика в информациологии./Сборник трудов симпозиума. Москва-Ижевск, 1997. - с.20-22.

5. Малина О.В., Зорин A.B. Создание обобщенной модели процесса преобразования ресурсов при деятельности коммерческого предприятия без учета относительно запрещенных фигур. - Информационная математика в информациологии./ Сборник трудов симпозиума. Москва-Ижевск, 1997. - с.51-55.

6. Зорин A.B. Синтез множества абсолютно запрещенных фигур внутримодульного типа при моделировании процесса преобразования ресурсов.-Информационная математика в информациологии./Сборник трудов симпозиума. Москва-Ижевск, 1997. - с.63-67.

&

ч.

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации

Ижевский Государственный Технический Университет

ЗОРИН АНДРЕЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ПРОЦЕССА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ РЕСУРСОВ ПРОИЗВОДСТВЕННО-КОММЕРЧЕСКОГО

ПРЕДПРИЯТИЯ

Специальность: 05.13.12 - "Системы автоматизации

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Заслуженный деятель науки РФ, академик МАИ и РАЕН доктор технических наук, профессор ГОЛЬДФАРБ Вениамин Иосифович

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент

МАЛИНА Ольга Васильевна

На правах рукописи

УДК 681.3.06

проектирования

ИЖЕВСК - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

с:

Введение_______________________________4

1. Проблема автоматизации элементов деятельности

производственно-коммерческого предприятия_______9

1.1. Особенности функционирования производственно-

коммерческого предприятия в современных условиях_____9

1.2. Тенденции разработки систем автоматизированного проектирования___________________________16

1.3. Задачи исследования______________________32

2. Формализация процесса преобразования ресурсов

коммерческого предприятия__________________34

2.1. Принципы описания объекта - процесса преобразования ресурсов____________________34

2.2. Общий вид модели объекта___________________38

2.3. Классификация запрещенных фигур______________41

2.4. Графовая модель обобщенного процесса

преобразования ресурсов_____________________48

2.4.1 . Построение графовой модели обобщенного процесса

без учета относительно запрещенных фигур_______48

2.4.2. Построение графовой модели обобщенного процесса

с учетом относительно запрещенных фигур_______56

2.5. Алгоритмы оптимизации процесса генерации множества

объектов_____________________________63

2.6. Постановка оптимизационной задачи_____________66

3. Система автоматизированного поиска оптимальных

процессов преобразования ресурсов____________69

3.1. Возможности системы____________________69

3.2. Структура автоматизированной системы___________76

3.3. Особенности функционирования системы__________86

3.3*1. Особенности моделирования в рамках автоматизированной системы поиска оптимальных решений _ _ 86 3.3.2. Особенности функционирования модуля раскраски

графов__________________________87

3.3.3. Алгоритмы функционироваия системы________91

3.4. Особенности программной реализации___________96

4. Информационное обеспечение системы автоматизированного поиска оптимальных процессов

преобразования ресурсов___________________100

4.1. Особенности информационного обеспечения_______100

4.2. Организация хранения и процедуры обработки

информации баз данных системы______________103

4.2.1. База данных ресурсов_________________103

4.2.2. База данных предложений_______________112

4.2.3. База данных модулей__________________119

4.2.4. База данных процессов________________120

4.2.5. База организационных структур____________122

4.2.6. Взаимосвязь баз данных________________126

4.3. Организация протоколов___________________129

4.3.1. Причины введения протокольной организации

данных__________________________129

4.3.2. Структура протокола__________________131

4.3.3. Процесс заполнения протоколов___________133

5. Примеры и результаты функционирования системы автоматизированного поиска оптимальных процессов

преобразования ресурсов___________________136

Выводы по работе________________________156

Литература _____________________________158

Приложения_____________________________172

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация в настоящее время является ^необходимым условием и свершившейся реальностью эффективной деятельности практически во всех сферах: производственной, проектной, исследовательской, управленческой и многих других. Решение проблемы автоматизации осуществляется по уже достаточно стандартной схеме: сначала систематизируются объекты, процессы, явления, которые определяют сущность рассматриваемой сферы; формулируется постановка задачи автоматизации; формализуется указанная задача - выбирается или разрабатывается математическая модель исследуемого (проектируемого) объекта, процесса, явления; готовится алгоритмическое и программное обеспечения. Именно по такой схеме (или близкой к ней) решаются задачи автоматизации проектирования и конструирования различных изделий, процессов управления их производством и т.д. Создано большое количество САПР различного отраслевого назначения, в основу которых положены фундаментальные научные разработки таких отечественных и зарубежных ученых как Горбатов В.А., Редкозубов С.А., Решетников В.Н., Норенков И.П., Осипов В.А., Медведев B.C., Принс М., Хог Э., Apopa Я., Сазерленд И. и других.

Достаточно большое количество работ выполнено также в области создания компьютерных систем управления и организации производства, распределения ресурсов предприятий, выбора эффективных форм их функционирования.

Однако сложившиеся экономические условия делают невозможным применение указанных систем при решении задач автоматизации на современных предприятиях, что в свою очередь приводит к непроизводительным затратам для принятия управленческих решений и снижению эффективности работы предприятий.

В связи с этим очевидна актуальность создания таких систем управления производством и распределения их ресурсов, которые имели бы возможность учитывать изменяющиеся экономические условия, в рамках которых функционируют предприятия, что в свою очередь требует разработки новых подходов к формализации процессов преобразования ресурсов предприятия и создания соответствующих алгоритмических и программных средств.

Целью работы является обеспечение эффективности деятельности производственно - коммерческого предприятия путем разработки автоматизированной системы преобразования его ресурсов.

Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи.

1. Анализ и определение принципов описания процесса преобразования ресурсов как элемента деятельности производственно-коммерческого предприятия, позволяющих сформировать исходное множество единичных преобразований, на базе которого будут синтезированы все возможные варианты процессов.

2. Построение обобщенной модели процесса преобразования ресурсов, учитывающей все возможности и особенности функционирования данного производственно- коммерческого предприятия.

3. Разработка оптимизационных алгоритмов синтеза множества всех возможных процессов преобразования ресурсов, отвечающих требованиям по оперативности принятия решений.

4. Разработка программной системы поиска оптимальных преобразований ресурсов, как инвариантного средства автоматизации элементов деятельности коммерческого предприятия. Определение ее возможностей, структуры, алгоритмов функционирования и способов хранения оперативной информации.

5. Разработка принципов организации информационного обеспечения системы как набора взаимосвязанных баз данных, адаптирующего

инвариантные программные средства под условия работы конкретного коммерческого предприятия.

Научная новизна работы заключается в : .

- построении формальной обобщенной модели объекта, где под объектом понимается процесс преобразования ресурсов при деятельности производственно - коммерческого предприятия, и модели синтеза частных решений при наложении ресурсных и временных ограничений, присущих конкретному предприятию;

- разработке алгоритмов оптимизации процесса генерации множества указанных выше объектов на основе использования предложенной классификации запрещенных фигур единичных преобразований;

- представлении обобщенной графовой модели объекта в виде бесконечной структуры, элементами которой являются множества обобщенных графов единичных преобразований, исключающих возможность появления внутри модульных абсолютно запрещенных фигур, наращивание которой происходит посредством использования алгоритма синтеза, исключающего возможность появления межмодульных абсолютно запрещенных фигур;

- разработке подхода к созданию автоматизированной системы, обеспечивающего инвариантность двух видов: а) возможность работы системы с изменяющимся множеством ресурсов в рамках выбранной стратегии деятельности предприятия; б) возможность работы системы при изменении стратегии деятельности предприятия.

Практическими результатами работы являются:

- структура информационных баз ресурсов и предложений производственно-коммерческого предприятия, обеспечивающих при функционировании системы инвариантность первого вида;

- структура базы модулей, содержащей обобщенные модели единичных преобразований, фактически отражающих стратегию деятельности

конкретного предприятия, что обеспечивает при использовании системы

• -

инвариантность второго вида;

- инструментальные средства подготовки данных информационных

баз;

- инвариантный алгоритм функционирования системы при синтезе множества возможных решений и поиске оптимального процесса преобразования ресурсов предприятия;

- автоматизированная система поиска оптимальных процессов преобразования ресурсов, внедренная на конкретных производственно-коммерческих предприятиях.

Структурно диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, содержащего 128 источников, приложения.

Первая глава посвящена анализу проблемы автоматизации элементов деятельности производственно - коммерческого предприятия. В ней отмечено, что особенности текущего состояния экономики (коммерческая деятельность на фоне широкого распространения бартера при осуществлении взаиморасчетов) порождают новые схемы управления ресурсными потоками внутри предприятия и требуют решения новых задач, связанных с обеспечением рентабельности работы, что в условиях недостаточной денежной массы делает прогнозирование и планирование процессов преобразования ресурсов актуальной необходимостью. В связи с этим САПР рассматривается как удобный инструмент, возможности и уровень сложности которой выбираются в результате подробного анализа тенденций развития автоматизированных систем. Далее определены основные этапы исследования, сформулированные в виде задач.

Вторая глава полностью посвящена формализации процесса преобразования ресурсов предприятия, то есть созданию математической модели объекта. В общем виде модель множества возможных вариантов есть освобожденное от запрещенных множество всех вариантов, полученных посредством перебора единичных преобразований ресурсов. Дано

определение запрещенной фигуры, как единичного невозможного преобразования, приводящего к возникновению запрещенного варианта. Предложена классификация запрещенных фигур, позволяющая построить графовую модель обобщенного объекта, а также оптимизировать процесс решения задачи.

Основные особенности построения и функционирования как системы автоматизированного поиска оптимальных процессов преобразования ресурсов в целом, так и отдельных оригинальных модулей, как то модуль раскраски графовой модели в процессе синтеза множества возможных вариантов преобразования ресурсов, рассмотрены в третьей главе.

В четвертой главе предложено подробное описание информационного обеспечения системы, структурные и функциональные особенности всех баз данных с указанием формата данных и основных операций. Помимо этого подробно описана протокольная организация оперативной информации с обоснованием ее использования.

В пятой главе рассмотрен пример, иллюстрирующий работу системы, с демонстрацией синтеза графовой модели и процесса заполнения протоколов, фиксирующих все ресурсные изменения, использованные предложения, наступление пороговых моментов времени и другую служебную информацию.

1. Проблема автоматизации элементов деятельности

производственно - коммерческого предприятия

►

1.1. Особенности функционирования производственно -коммерческого предприятия в современных условиях

Для того, чтобы четко представить и сформулировать те задачи, которые необходимо решить для разработки математического, информационного и программного обеспечений САПР структуры процесса преобразования ресурсов производственно-коммерческого предприятия, следует в первую очередь проанализировать условия функционирования предприятий и тенденции разработки и внедрения на них САПР различного назначения. Эти вопросы являются предметом рассмотрения настоящего и следующего параграфов.

Говоря об условиях функционирования предприятий, остановимся, главным образом, на двух аспектах:

- хозяйственно-правовая ситуация, сложившаяся в последние годы;

- сложившаяся и видоизменяющаяся структуры управления и преобразования товарно-денежной массы (ресурсов) предприятия.

Достаточно хорошо известно [84], что преобразование постсоциалистической плановой системы хозяйствования в рыночную систему привело к дестабилизации экономических связей, непропорциональному росту цен и изменению их структуры, разрушению сложившейся системы продвижения и сбыта продукции. Инфляционные процессы, связанные сначала с ростом инфляции и последующим искусственным ее подавлением, сопровождающиеся повышенными банковскими кредитными ставками, не позволяют предприятиям привлекать кредиты для финансирования своих производственных программ, что в свою очередь резко усугубляется правовой нестабильностью и непомерной

тяжестью налогообложения. К указанным негативным условиям следует добавить непомерно высокие тарифы в энергетике и на транспорте'г которые спровоцировали предприятия либо останавливать отдельные производства частично или полностью, либо не платить за услуги естественных монополий.

Указанные причины привели к тому, что функционирующие предприятия, не являющиеся банкротами, в условиях слабого платежеспособного спроса перешли на оплату своих счетов продукцией своего предприятия, то есть вместо денежного обмена по взаимным обязательствам предприятия повсеместно перешли на бартерный обмен. [85]

Массовый характер это явление приобрело в 1996-1997 гг. Например, доля денег в расчетах с таким монополистом, как РАО "Газпром", упала до 4% от общего числа расчетов. [86]. Хотя предпринимаются попытки административно запретить или уменьшить расчеты в неденежной форме, изменить сложившуюся ситуацию быстро невозможно, поскольку либо потребуется резко увеличить объем денежной массы и, следовательно, размер инфляции, либо многие предприятия станут банкротами, что приведет к еще большему падению производства. Оба эти варианта неприемлемы; следовательно бартерная экономика будет реальностью еще достаточно долгий период.

Как сложившаяся ситуация сказывается на управлении предприятиями?

Рассмотрим схемы, представленные на рис. 1.1 - 1.5. В условиях стабильной экономики с денежной формой расчетов между предприятиями - партнерами задача управления и тем более оптимизации товарных и денежных (ресурсных) потоков не ставится. На рис. 1.1. и рис. 1.2. приведены стандартные схемы управления, точнее в данном случае движения, товарно-денежными потоками коммерческого (рис. 1.1.) и производственного предприятий. Поскольку все расчеты внутри предприятий производятся основными товарными ресурсами (ОТР) и денежными

ОТР ОТР ДР

Рис. 1.1. Схема движения ресурсных потоков коммерческого предприятия (стабильная экономика с денежной формой расчетов)

ДР

ОТР

Рис.1.2. Схема движения ресурсных потоков производственного предприятия (стабильная экономика с денежной формой расчетов)

ОТР

ресурсами (ДР), то по сути нет предмета управления и, следовательно, оптимизации.

Такие схемы являются классическими [72,93]. Отличием одной от другой является наличие в схеме производственного предприятия (рис.1.2.) производственного блока или отдела, являющегося потребителем комплектующих деталей и узлов выпускаемого (выпускаемых) изделия и производящего это изделие, которое является OTP и, следовательно, предметом сбыта. Заметим здесь сразу, что поскольку любое производственное предприятие помимо производственных функций выполняет также коммерческие функции, то в дальнейшем будем говорить о производственно - коммерческих предприятиях.

В случае, когда номенклатура выпускаемых изделий велика, логичным является введение управляющей структуры (рис.1.3.), функция которой заключается в распределении OTP, а функции отделов сбыта, снабжения и производственного остаются прежними [7].

При переходе к бартерной экономике возникает ситуация, когда предприятие реализует свою основную продукцию не за деньги, а за предлагаемые товары и изделия, которые назовем неосновным товарным ресурсом (НТР). Эти НТР могут быть использованы для приобретения отделом снабжения комплектующих и узлов для производства OTP, для погашения долгов и содержания предприятия (погашение долгов за энергоресурсы, транспортные перевозки, оплата почтово-телеграфных расходов и многое другое), а также некоторая часть НТР должна быть продана за деньги для выплаты заработной платы и погаше