автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Динамическое моделирование функциональной структуры производственных процессов

Введение.

Глава 1. Динамическое моделирование однопродуктового производст- 17 венного объекта

1.1 Вводные замечания.

1.2 Модель выпуска продукции.

1.3 Вычисление величины вектора с пропорциональными компонентами

1.4 Случай параллельного соединения участков.

1.5 Случай последовательного соединения участков.

1.6 Случай параллельно-последовательного соединения участков

1.7 Пример. Сборка кессонной части отсека крыла.

1.8 Алгоритм определения матрицы распределения продукции

1.9 Алгоритмы вычисления потока потребных оборотных фондов

1.10 Определение потребных основных производственных фон- 42 дов и мощности участка.

1.11 Алгоритмы вычисления потребных основных фондов.

1.12 Выводы по первой главе.

Глава 2. Динамическое моделирование выпуска продукции однопродуктового производственного объекта с учетом цикла ее изготовления

2.1 Задача учета цикла производства.

2.2 Модель выпуска с учетом чистого запаздывания.

2.3 Модель выпуска с учетом инерционного запаздывания.

2.4 Случай последовательного соединения участков.

2.5 Случай параллельного соединения участков.

2.6 Параллельно - последовательное соединение участков.

2.7 Пример. Параллельно-последовательное соединение участков с учетом цикла изготовления на примере схемы сборки отсека кессонной части крыла.

2.8 Алгоритмы вычисления потока потребных оборотных фондов с учетом запаздывания.

2.9 Расчет потребных основных фондов.

2.10 Сравнительный анализ методов календарного планирования и динамического моделирования.

2.11 Выводы по второй главе.

Глава 3. Моделирование многопродуктового производственного объ- 79 екта

3.1 Вводные замечания.

3.2 Моделирование выпуска продукции многопродуктового уча- 80 стка.

3.3 Моделирование использования основных фондов многопро- 82 дуктового участка.

3.4 Моделирование производственного объекта в целом как сис- 85 темы.

3.5 Задача выпуска заданного потока продукции.

3.6 Модель выпуска многопродуктового производственного 94 объекта с учетом цикла производства.

3.7 Выводы по третьей главе.

Актуальность темы. В современных рыночных условиях производящим предприятиям приходится приспосабливаться к рынку. Рынок жестко определяет спрос на продукцию. Производимая продукция часто модифицируется и меняется, а предприятия подвергаются реструктуризациии. В связи с этим остро встает вопрос об определении возможностей предприятия с целью своевременного выпуска продукции, эффективного анализа и управления. Только своевременное приспособление к рынку, и эффективное управление предприятием позволяет адаптироваться к рыночным условиям и дает возможность выдержать конкуренцию и развиваться. Для управления в условиях постоянно меняющейся конъюнктуры рынка необходимо уметь прогнозировать выпуск продукции и возможность выполнения заказов.

Для достижения этих целей необходимо развить математические методы достаточно точной и быстрой оценки возможностей производства предприятия, а это возможно только при разработке адекватных математических моделей процессов, происходящих на предприятии. Экономико-математическое моделирование является важным и действенным инструментом, позволяющим анализировать экономические и производственные процессы и разрабатывать эффективные методы управления.

Так что задача математического моделирования производственных процессов в настоящее время является актуальной.

Построение экономико-*математических моделей было начато в работах В.В.Леонтьева [26], B.C. Немчинова [32], JI.B. Канторовича [21]-[23]. Начиная с 50-60-ых годов, методы моделирования развивались в работах К.А. Багриновского, А.Г.Гранберга [3], Ю.П. Иванилова [19], В.Л. Макарова [27], T.C.Koopmans, R.Stone и многих других авторов. Систематические исследования динамических математических моделей процесса производства с учетом основных производственных фондов и оборотных фондов были начаты в работах Сиразетдинова Т.К.

В работах Сиразетдинова Т.К. [41]-[65] разработан подход к составлению динамических моделей развития экономических объектов. Этот подход получил дальнейшее развитие в работах Джаксыбаева С.К. [12]-[17], Афанасьева A.A. [1],[6], Сиразетдинова Р.Т., Шургина Ю.П.[66]-[69], Семенова П.К.[61], Родионова В.В. [35]-[37] и других авторов. Эти модели были разработаны с целью исследования отраслей электронной и авиационной промышленности и получили применение при выполнении плановых расчетов в головных институтах этих отраслей.

В этих исследованиях производственные процессы описываются, начиная с цехов, включая предприятия и отрасли. Развит метод агрегирования на уровне предприятий и отраслей. Они достаточно адекватно описывают экономические и производственные процессы. Но следует сказать, что в них не рассматриваются вопросы производственного процесса внутри предприятия, завода. А проблема исследования взаимодействия цехов, участков, их возможностей в настоящее время в условиях конкуренции и необходимости быстрого переналаживания производства является очень важной. Настоящая диссертационная работа посвящена именно математическому моделированию, построению алгоритмов прогнозирования выпуска продукции с учетом взаимодействия участков, основных производственных фондов и определения возможности выполнения заказов.

В течение целого ряда лет развивались АСУ ТП, а в последнее время» резко возрос интерес к методологиям типа ERP и MRP, входящим в основу интегрированных систем управления жизнедеятельностью предприятия типа CALS и другим технологиям, где технологические процессы рассматриваются детально и дискретно. Здесь в отличие от них, процессы рассматриваются непрерывными, как потоки, что позволяет более полно учитывать их динамику и использовать методы теории управления. Это также позволяет моделировать влияние различных факторов и дает возможность управления процессами производства с учетом их динамики и временной структуры, т.е. оперировать производственными процессами как динамическими величинами. Модель, представленная в данной работе, охватывает важнейшую часть процессов жизненного цикла продукции, а именно, поступление фондов, подготовку и производство продукции.

Цель работы.

Целью данной работы является разработка гибких динамических моделей, которые обобщенно и достаточно адекватно описывают производственный процесс на предприятиях. Построение алгоритмов расчетов, позволяющих определить компоненты оборотных и основных производственных фондов, необходимые для выполнения потока заказов, определить возможности потока выпуска продукции при заданных основных фондах и потоках оборотных фондов,

Задачи исследования.

- Разработка математической модели движения оборотных и развития основных производственных фондов предприятия с учетом их структуры.

- Разработка динамической модели функционирования предприятия с учетом цикла или запаздывания производства продукции.

- Математическое моделирование производственного процесса, когда цехи или участки производят несколько видов промежуточной продукции.

- Разработка методов и алгоритмов, позволяющих решать задачи динамики распределения заданий по цехам при заданном потоке выпуска готовой продукции и определение при этом потребных оборотных и основных производственных фондов по видам.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач в работе использовались методы математического моделирования, теории систем, системного анализа, методы теории управления.

Научная новизна.

-Построение динамических моделей функционирования производственного процесса с учетом структуры и цикла производства как системы непрерывно взаимодействующих цехов или участков, которые производят один или несколько видов продукции.

-Разработка методов и алгоритмов расчета распределения потока компонентов оборотных фондов на участках, потока выпуска промежуточных изделий по заданной программе выпуска готовой продукции.

-Построение алгоритмов расчетов, позволяющих определять компоненты основных производственных фондов, необходимые для выполнения потока заказов, определять возможности выпуска продукции при заданных компонентах основных фондов и потоках компонентов оборотных фондов.

Практическая ценность работы.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные модели и методы позволяют построить алгоритмы и решать задачу автоматизации расчетов, синтеза движения потоков видов оборотных фондов и определить потребное количество компонентов основных производственных фондов. Предложенные в работе методы и алгоритмы доведены до конкретных инженерных методик и по ним разработано программное обеспечение.

Использование работы.

Результаты работы использованы в Государственном институте прикладной оптики, Казанском медико-инструментальном заводе, ОАО Казанский научно-исследовательский институт авиационной технологии, в учебном процессе Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на

VIII Четаевской международной конференции «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением», Казань 2002;

Международной научно-практической конференции «Маркетинг, производство, сбыт: актуальные вопросы теории и практики», Казань 2002;

Всероссийской (с международным участием) молодежной научной конференции «XI Туполевские чтения», Казань 2003; научных семинарах кафедры управления, маркетинга и предпринимательства Казанского государственного технического университета им. А.Н.Туполева - КАИ.

Публикация результатов работы. По теме диссертации опубликованы 3 печатные работы в журналах Изв. Вузов Авиационная техника и Вестник КГТУ им. Туполева и 3 тезиса конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, приложения, заключения, списка литературы. Объем диссертации 129 страниц машинописного текста.

3.7 Выводы по третьей главе

1. Разработан способ динамического моделирования многопродуктового производственного объекта при условии мгновенного выпуска продукции.

2. Разработана модель, учитывающая чистое и инерционное запаздывания поступления оборотных фондов на участки.

3. Рассмотрены особенности моделирования многопродуктового производственного объекта по сравнению с однопродуктовым.

Заключение

1. В диссертационной работе разработана динамическая модель производственного объекта как системы взаимодействующих участков, цехов и склада оборотных фондов. Производственный объект представляется в виде последовательного, параллельного или параллельно-последовательного соединения участков.

2. Моделируются взаимосвязь и взаимообусловленность используемых оборотных фондов различных участков, учитываются ограничения на поток выпускаемой продукции основными производственными фондами.

3. Разработана динамическая модель однопродуктового производственного объекта, где каждый участок производит только один вид промежуточной продукции. Произведенная продукция распределяется и используется на нескольких участках.

4. Построена динамическая модель многопродуктового производственного объекта, где каждый участок может производить несколько видов промежуточной продукции.

5. Учитывая, что компоненты потребляемых оборотных фондов и используемых в производстве основных производственных фондов образуют вектора с пропорциональными компонентами, разработаны алгоритмы для определения компонентов оборотных и основных фондов, необходимых для обеспечения заданного выпуска готовой продукции.

6. Разработаны алгоритмы для определения возможного выпуска готовой продукции при заданных компонентах оборотных и основных производственных фондах. Рассмотрены вопросы идентификации параметров производственного объекта и сравнительного анализа построенной динамической модели с методом календарного планирования.

7. Построены модели производственного объекта с учетом цикла, задержки производственного процесса в цехах за счет транспортировки. Рассмотрены модели с чистым и инерционным запаздываниями. Разработаны методы, позволяющие определять потребные потоки оборотных фондов на участках необходимые для выпуска заданного потока готовой, с учетом запаздывания перехода оборотных фондов в готовую продукцию.

8. Разработано программное обеспечение, реализующее предложенные алгоритмы, позволяющее численно решать рассмотренные в диссертации задачи. Проведены численные расчеты, подтверждающие работоспособность программ. Рассмотрены частные случаи моделей.

103

1. Афанасьев А. А., Родионов В. В. Математические методы решения задачи учета влияния научно-технического прогресса на производство // Вопросы радиоэлектроники. Сер. Автоматизированные системы управления. 1981. Вып. 2. С. 34-40.

2. Автоматизированная система плановых расчетов / Под ред. Н.П. Лебединского М.: Экономика, 1980. -376 с.

3. Аганбегян А.Г., Багриновский К.А., Гранберг А.Г. Система моделей народнохозяйственного планирования. М.: Мысль, 1972. -348 с.

4. Альбрехт Э.Г. "Методика построения и идентификации математических моделей макроэкономических процессов." Электронный журнал "Исследовано в России" ,5 ,54-86, 2002. http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/ 2002/005 .pdf

5. Ананьев А. Visual Basic 6, BHV-Санкт-Петербург, 2004, 628 стр.

6. Афанасьев A.A., Куршев В.Н. Теория организации: Учебное пособие. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та. 2003.184 с.

7. Бабушкин А. И. Методы сборки самолетных конструкций М.Машиностроение, 1985. 247 с.

8. Батраков Ю.И., 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.

9. Вавилов A.A. и др. Имитационное моделирование производственных систем. М.: Машиностроение, Берлин: Техника, 1983. 416 с.

10. Ю.Гершензон М.А. Анализ упрощенных динамических моделей межотраслевого баланса. — Новосибирска, 1975. 219 с.11 .Грачев И.Д. Оценка микроэкономических рисков и безопасности. Санкт-Петербургский университет экономики и финансов. Москва, 2003 279 с.

11. Джаксыбаев С.К. Агрегирование динамических моделей Леонтьевского типа и многоуровневая процедура планирования. — В кн.: Теория и практика использования методов агрегирования в планировании и управлении. Ереван: Изд-во АН Арм. ССР, 1983, с. 61-64.

12. Джаксыбаев С.К. Взаимосвязь моделей в системе многоуровневого планирования. Электронная техника. Сер. 9, 1975, 4(16), с. 3-12

13. Джаксыбаев С.К. Лебедев В.А. Динамическая модель взаимодействующих производственных объектов с учетом запаздывания. Электронная техника. Сер. 9, 1975, 1(13), с. 40-47.

14. Джаксыбаев С.К. Оптимизация плана в схеме многоуровневого планирования. Электронная техника. Сер. 9, 1976, 5(21).

15. Джаксыбаев С.К., Афанасьев A.A. Комплекс динамических моделей развития отраслевого производства. Вопросы радиоэлектроники, сер. АСУ, 1980, с. 56-63.

16. Джаксыбаев С.К., Семенов П.К., Халкин A.B. Структурный анализ и прогноз экономических показателей. Электронная техника, Сер. 9, 1978, 2(31), с. 36-42.

17. Дудкин JI.M., Ершов Э.Б. Межотраслевой баланс и материальные балансы отдельных продуктов. — Плановое хозяйство, 1965, №5, с. 59-64.

18. Иванилов Ю.П., Петров A.A. Динамическая модель расширения и перестройки производства. В кн.: Кибернетику на службу коммунизму, т.6, -М.: Энергия, 1971, с.23-50.

19. Калинина В.К., Маниловский Р.Г. Расчеты оптимального производственного плана предприятия и объединения в машиностроении. Плановое хозяйство, 1978, №2, с. 81-88.

20. Канторович JI.B. Экономический расчет наилучшего использования ресурсов. М.: Изд-во АН СССР, 1960, -345 с.

21. Канторович Л.В., Макаров В.Л. Оптимальные модели перспективного планирования. В кн.: Применение математики в экономических исследованиях. т.З. -М.: Мысль, 1965.

22. Канторович JI.B., Чегиенко Н.И., Зорин Ю.М., Шепелев Г.И. Об использовании оптимизационных расчетов в АСУ отрасли народного хозяйства. Экономика и математические методы, 1978, т.14, №5, с. 821

23. К&фасев А.И. и др. Математические методы и модели в планировании: Учеб. пособ. для экон. вузов /А.И.Карасев, Н.Ш.Кремер, Т.И.Савельева; Под ред. А.И.Карасева. М.:Экономика, 1987.-240 с.

24. Коссов В.В. Межотраслевые модели (теория и практика использования). — М.: Экономика, 1973,-359 с.

25. Леонтьев В. Исследования структуры американской экономики. М.: Гос-статиздат, 1958.

26. Макаров В.Л., Маршак В.Д. Модели оптимального функционирования отраслевых систем. М: Экономика, 1979. - 160 с.

27. Мину М. Математическое программирование. Теория и алгоритмы. М.: Наука, 1990. 488 с.

28. H.H. Моисеев "Математические задачи системного анализа". М.: Наука, 1981,488с.

29. Немчинов B.C. Экономико-математические методы и модели. М.: Мысль, 1965. -478 с.

30. Первозванский А.Н. Математические модели в управлении производством. М.: Наука, 1975.

31. Рафиков М.М. Управление динамической системой экономических объектов с использованием агрегирования. В кн.: Управление сложными техническими системами. — Уфа: Изд. Уфимского авиационного института, 1977, №1, с. 135-140.

32. Родионов В. В. Влияние научно-технического прогресса на показатели эффективности производства // Экономика и управление. 1987. Вып. 4(28). С. 71-77.

33. 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.

34. Родионов В. В., Суетина Т. А. Модель взаимодействия авиационного производственного и инновационного проектов. Изв. ВУЗов. Сер. "Авиационная техника". Казань, 2000, N 4, с.50-52.

35. Сиразетдинов Т. К. Динамическая модель системы научно-исследовательских производственных объектов.- Изв. ВУЗов, Авиационная техника, 1977, 2, с. 112-117.

36. Сиразетдинов Т.К. Агрегирование экономических объектов и их показателей. Изв. ВУЗов, Авиационная техника, 1975, 2, с. 117-123.

37. Сиразетдинов Т.К. Джаксыбаев С.К. Динамическая модель взаимодействующих экономических объектов. Изв. ВУЗов. Авиационная техника, 1974, 1, с. 25-30.

38. Сиразетдинов Т.К. Динамическая модель многоцелевых экономических объектов. Изв. ВУЗов, Авиационная техника, 1973, 1, с. 12-17.

39. Сиразетдинов Т.К. Динамическая модель прогнозирования и оптимальное управление экономическим объектом. Изв. ВУЗов. Авиационная техника, 1972, 4, с.3-8.

40. Сиразетдинов Т.К. Динамическая модель системы экономических объектов. Изв. ВУЗов, Авиационная техника, 1975, 3, с. 92-99.

41. Сиразетдинов Т.К. Динамическое моделирование экономических объектов Казань, "Фэн", 1996, 224с.

42. Сиразетдинов Т.К. Методы решения многокритериальных задач синтеза технических систем. М.: Машиностроение, 1988. 160 с.

43. Сиразетдинов Т.К. Технические объекты как сложные системы. Изв. ВУЗов. Авиационная техника, №3, 1984, с. 70-74.

44. Сиразетдинов Т.К. Функционирующие системы и их моделирование. -Изв. ВУЗов, Авиационная техника, 1986, №1, с. 52-56.

45. Сиразетдинов Т.К., Богомолов А.И. Аналитическое проектирование сложных систем. Изв. ВУЗов, Авиационная техника, 1978, №2, с. 83-91.

46. Сиразетдинов Т.К., Богомолов А.И., Дегтярев Г.Л. Аналитическое проектирование динамических систем. Казань: КАИ, 1978, 78 с.

47. Сиразетдинов Т.К., Гришин В.Н. Математическая модель многопродуктового экономического объекта с учетом научно-технического прогресса // Изв. Вузов. Авиационная техника. 1988.№ 1. С. 71-75.

48. Сиразетдинов Т.К., Масалкин С.М. Математическая модель основной технологической операции. Изв. ВУЗов, Авиационная техника, 1988. №2, с. 63-67.

49. Сиразетдинов Т.К., Рафиков М.М. Динамическая модель многопродуктового производственного объекта. -Изв. ВУЗов, Авиационная техника. 1978, №2, с. 74-82.

50. Сиразетдинов Т.К., Рафиков М.М. Задача агрегирования системы экономических объектов. В кн.: Труды 4-го Всесоюзного совещания по управлению большими системами. - Алма-Ата: Каз. ПТИ, 1977, с. 117-121.

51. Сиразетдинов Т.К., Родионов В.В., Сиразетдинов Р.Т. Динамическое моделирование и идентификация экономических процессов и систем. Тезисы доклада, Международный конгресс , «Нелинейный анализ и его приложения», Москва, 1998 г.

52. Сиразетдинов Т.К., Сабитов III.P. К задаче математического моделирования производственного объекта. Изв. ВУЗов, Авиационная техника, №1, 2004, с. 65-68.

53. Сиразетдинов Т.К., Сабитов Ш.Р. Математическое моделирование многопродуктового производственного объекта. Изв. ВУЗов, Авиационная техника, №4, 2003, с. 45-49.

54. Сиразетдинов Т.К., Сабитов Ш.Р. Моделирование производственного процесса с учетом запаздывания. Изв. ВУЗов, Авиационная техника, №2, 2004, с. 72-75.

55. Сиразетдинов Т.К., Шургин Ю.П. Динамическая модель потребности в продукции системы взаимодействующих экономических объектов. Изв. ВУЗов, Авиационная техника, 1980, №3, с. 83-89.

56. Сиразетдинов Т.К., Шургин Ю.П. Задача идентфикации динамической модели процесса. Изв. ВУЗов, Авиационная техника, 982, №2, с. 106-109.

57. Сиразетдинов Т.К., Шургин Ю.П. К задаче построения динамической модели экономического объекта с учетом временной структуры фондов. -Изв. ВУЗов, Авиационная техника, 1981, №4, с. 51-55.

58. Шургин Ю.П. Идентификация динамической модели экономических объектов. Электронная техника, сер. 9, 1980, 1(30), с. 83-89.

59. Шургин Ю.П. Оптимальное по быстродействию управление экономическим объектом с запаздыванием ввода в действие основных производственных фондов. Электронная техника, сер. 9, 1977, 2(23), с. 19-23.

60. Шургин Ю.П. Прогнозирование потребности в продукции на основе динамической модели. Электронная техника, 1981, 1(38), с. 7-10.

61. Aubin J.-P. Dynamic Economic Theory. Springer Verlag, 1997. 510 p.

62. Bateman, R. E., R. G. Bowden, T. J. Gogg, С. H. Harrell and J. R. Mott. 1997. System improvement using simulation . 5 th Edition. Orem, Utah: ProModel Corporation.

63. Bubenko J., Dahl R., Gustafsson M.R., Nellborn C., Song W., Computer Support for Enterprise Modelling and Requirements Acquisition, SISU, Stockholm, 1992

64. Fox M. S., Chionglo J. F., and Fadel F. G. A common sense model of the enterprise. In Proceedings of the 2nd Industrial Engineering Research Conference, volume 1, pages 425-429, Norcross GA, USA, 1993.

65. Gustas R. A Basis for Integration within Enterprise Modelling. Second Int. Conference on Concurrent Engineering: Reasearch and Applications, Washington, DC Area, August 23-25,1995, pp. 107120.

66. Gruninger M. and Fox M.S. The logic of enterprise modelling. In J. Brown and D. O'Sullivan, editors, Reengineering the Enterprise, Chapman and Hall, 1995.

67. Janowski T., Atienza R.V., and Lugo G.G. Integrating Enterprise Models and Models for Marketing Analysis. In 2nd IFIP Conference on Design of Information Infrastructure Systems for Manufacturing. Chapman and Hall, 1998.

68. Koopmans T.C. (ed.). Statistical inference in dynamic economic models. John Wiley & Sons. Inc. N.Y.,1950

69. Lorenz H.-W. Nonlinear Dynamical Economics and Chaotic Motion. Springer -Verlag,1993. P.319.

70. Petrie, C.J. (ed.). Enterprise Integration Modeling. The MIT Press, Cambridge, MA. 1992.

71. Petrie, C., (ed.), Introduction Enterprise Integration Modeling, Proceedings of the First International Conference, The MIT Press, October, 1992.

72. Stone R. Mathematical models of the economy. Bulletin of the Institute of Mathematics and its Applications (1966): 77-87.