автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Интегрированная автоматизированная система управления за...сами и транспортным потоком

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КСШУНИКАЦИЙ

На правах рукописи

ВИХРОВ НИКОЛАЙ МИХАЙЛОВИЧ

ИНТЕГРИРОВАННАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СЮТЕ.^А УПРАВЛЕНИЯ 3/ ЧСАМИ и ТРАНСПОРПШ ПРОЦЕССОМ

Специальность: 05.13.06 - Автоматазкровччяыз

системы управлекйя

АВТОРЕФЕРАТ диссертацчи на соискание учено"; сгепета кзндидрл'а технических каук

Сачкт-Пзтербург - 1995

Работа выполнена в Салкт-Петербургском Государственном университете водных коммуникаций

Научный руко водит аль:

доктор технических наук, профессор Попов С.А.

Официальные оппоненты:

доктор технических нарт, профессор Киреэв Ю.К. кандидат технических наук, доцэнт Кутузов О.И.

Ведущая оргаклзацгя - ¿цшооектречтпанс

Защита диссортатш состоятся " Ц " ОХ^-сЛЛС 1995 г. в 14 часов на заседание диссертационного созета Д 115.01.03 при Санкт-.ЪтербургсиО?л Государстазнмом университете водных ко^чуанзацд! по адресу: 1У8035, Сапкт-Пэтэрбург, ул.Двинская, д.5/7.

С длсоертицие;; «южно озпакошться

в библиотеке университета

4А

Автореферат разослан 'рС7 " 1995 г

Уче ниГ: секретарь диссэртацлон. :ого

доктор техаическ; наук, профессор Кулибачов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышение эффективности управления производственными комплексами в настоящее время.немыслимо без шрокого внедрения современных средств вычислительной техники, экономико-математических методов и создания на их основе автоматизированных систем управления (АСУ). В последние годы для исследования поведения, выработки стратегии развития, а также принятия оптимальных управленческих решений в технико-экономических системах находят широкое применение автоматизированные методы: планирования производства, управления технологическими процессами, материально-технического снабжения, управления транспортными процессами и т.п., и для достижения этих целей интенсивно используются методы моделирования.

Судоремонтное производство вообще, и производство Канонерского судоремонтного завода в частности, является исключительно многопрофильным. Это обусловлено тем, что завод выполняет все виды ремонта судов самых разных типов. Такое положение заставляет завод иметь в своем распоряжении достаточно разнообразные запасы ремонтных материалов и судового оборудования. Кроме плановых капитальных и текущих ремонтов судов заводу приходится выполнять достаточно большое количество заказов по устранению на судах аварийных повреждений различного характера, начиная от корпусных и включая поврежедения теплотехнического, электротехнического оборудования, судовых систем и другой различной судовой техники.

Для выполнения многообразного комплекса ремонтных работ на судах завод должен располагать необходимыми рациональными объемами технического оборудования и материалов, запасы котооых должны быть определены как на основе научных исследований, так и учитывая многолетний опыт эхссгапгатационной деятельности завода.

Учитывая большую разнотипность судов, тазнообпазие коопусных

несущих конструкций, многочисленную номенклатуру судового оборудо вания, ресурсных материалов (грунты, лаки, краски, крепек, армату ра и т.п.), на заводе уже давно возникла объективная необходимое! создания автоматизированной системы управления материально-технического обеспечения (АСУ МТО).

Решение задач управления запасами потребовало, в свою очеред своевременной закупки и транспортировки оборудования и материалов на склады завода, а следовательно и решения задач управления тран спортными процессами и создания подсистемы АСУ ТТЛ.

Весь этот комплекс задач обусловил требования создания интег рированной АСУ (ИАСУ), обеспечивающей более эффективное функциони рование производственных процессов судоремонтного производства в достаточно жестких условиях рыночных отношений.

За последние два десятка лет накоплен большой зарубежный и отечественный опыт решения задач управления запасами, как в плане решения научных проблем разработки математических методов, так и в решении инженерных задач, с учетом использования математического и программного обеспечения различных АСУ в ряце отраслей народ ного хозяйства. Однако, следует заметить, что многие разработки были выполнены в условиях плановой экономики и командно-административной системы управления народным хозяйством и не учитывали специфики рыночных отношений.

В связи с этим целью исследования данной диссертационной работы является использование опыта разработки и решения задач упрг вления запасами и организацией транспортных процессов их пополнения в рамках создания автоматизированных систем управления для пс вышения эффективности функционирования судоремонтного произволен Для реализации поставленной цели в работе решаются следувдш основные задачи:

- рассмотрение и выбор концептуальных и математических моделей с позиций их использования при создании интегрированной АСУ

МТО (3) ТТП в условиях судоремонтного производства;

- разработка основных положений практического применения выбранных концептуальных и математических моделей управления запасами системы материально-технического обеспечения (СМТО) и транспор-тяо-технологических процессов (ТТП) создаваемой ИАСУ;

- исследование организационных принципов и форм построения создаваемой ИАСУ 3 ТТП, учитывающих особенности судоремонтного производства,с целью повышения эффективности управления.

Объектом исследования в диссертационной работе является судоремонтное производство и повышение его эффективности с помощью разрабатываемой и создаваемой ИАСУ 3 ТТП, как средства поддержки вырабатываемому и принимаемых решений.

Предмет исследования в работе составляет комплекс концептуальных и математических моделей, выбираемых для использования управления запасами и траяспортно-технологическими процессами обеспечения судоремонтного производства при создании ИАСУ.

Методы исследования. Методологической основой и общетеоретической базой проводимого исследования служат принципы системного анализа процессов формального описания функционирования ИАСУ 3 ТТП, а также эвристические методы и экспертные оценки использующие обобщение практического опыта эксплуатации судоремонтного производства.

Научная новизна полученных в работе результатов заключается в следующем.

1. Предложены методологические аспекты системного проектирования АСУ МТО производственного процесса судоремонтного предприятия, учитывающие специфические особенности и основные цели системы; определены оптимизационные задачи проектирования как многоэтапного процесса.

2. Определены организационные принципы и формы, заложенные в

«

ИАСУ 3 ТТП и учитывающие особенности объекта управления (структу-

pa, сложность и интенсивность связей, экономические механизмы, информационные технологии, инструментальное обеспечение), централизО' ванность и эффективность управления.

3. Разработана центрированная граф-модель и стохастическая математическая модель транс по ртно-технологиче с кого процесса перевозк грузов, основанные на теории марковских процессов и дифференциальных уравнениях Колмогорова.

'4. Для автоматизированной системы моделирования предложена ко цептуальная и математическая модели анализа и нормирования технико экономических показателей функционирования СМТО, основывающихся на сети фреймов и понятии формальных агрегатов.

5. Алгоритмизированы методологические аспекты создания АСМ на базе проблемно-ориентированного подхода с выделением концептуальны элементов, разработкой модельных компонентов и вычислительно-имита ционкых алгоритмов.

6. Разработаны методы среднесрочного и долгосрочного прогнозе рования изменения ресурсов и алгоритм оперативного регулирования г сурсов малой инерционности.

7. Обоснована математическая модель управления комплексом "склад-базы" с получением оптимального решения задачи на основе имитациончого моделирования.

Практическая ценность. В результате проведенных исследований доказана целесообразность и эффективность теоретических разработо; и алгоритмических средств методологии организации и функционирования ИАСУ МТО и транспортно-гехнологическими процессами производственных судоремонтных предприятий, оптимизацией решения задач на о< нове имитационного моделирования.

Полученное математическое обеспечение доведено до методичесю

рекомендаций и алгоритмов и использовано в исследовательских разр

ботках по повышению эффективности работы производственно-траяспор1

ных комплексов и конкретных мероприятий, проводимых в организация отрасли.

Реалиапгрщ работы. Разработанные в диссертации методические рекомендации: по проектированию ИАСУ МТО ТТП; по управлению транс-портно-технологическими процессами используются на Канонерском судоремонтном заводе (г.Санкт-Петербург). Методики, алгоритмы, прикладные программы используются в научных исследованиях и учебном процессе в Государственном университете водных коммуникаций (г.Санкт-Петербург) .

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: на Всесоюзной конференции "ТРАНСКОМ-94" в октябре, 1994 г. (г.Санкт-Петербург); на Международной конференции в г.Люблине, Польша, в сентябре, 1994 г. -"

Публикации. Основные положения диссертации изложены в четырех публикациях.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы. Содержит 212 страниц машинописного текста, иллюстрирована 31 тэисунком и включает пять таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертационной работы дан анализ математических моделей оптимального планирования и систем управления производством, запасами и транспортным предприятием. Вначале приводится общая схема решения задачи оптимизаций в АСУ ПП и показана роль математического программирования (линейного, нелинейного, дискретного, динамического, стохастического, оптимизации на сетях) в решении разнообразных оптимизационных задач. Классифицируется математическое обеспечение АСУ ПП и приводится основная процедура моделирования на основе моделей оптимизации. Информационное обеспечение, создание базы данных является основным вопросом, решаемым на первой стадии создания и функционирования АСУ При этом

выделяются локальные информационные массивы и развитые централизованные базы данных, хранящиеся в различных иерархических* подрг зделениях систем "управления. Современное программное' обеспечение АСУ ПП "ориентируется на использование в системах4 управления персональных ЭВМ и подразделяется на общесистемные программы (упра: лякщие и обрабатывающие), тестовые и диагностические программы, прикладные программы и обеспечивающие программы.

В классификации задач управления запасами преаде всего ввд< лены следующие: по количеству управляемых'периодов, по характер: пополнения запасов, по учету характера спроса, по количеству ти-до в ресурсов, по виду целевой функции. Кроме того отдельно выделены и рассмотрены задачи: одно продуктовая детерминированная, у равления запасами с учетом убытков, общая детерминированная мно-гопериодная, управления запасами при случайном сцросе. Затем фо; мулируется задача линейного программирования, довольно часто используем^ дал управления запасами.

3 главе анализируются два основных вида моделей управления запасами: динамические оптимизационные и стохастически^. (по Вагнеру) .

Наличие совокупности математических моделей как детершнир ванных, так и стохастических, позволяет в рамках АСУ решать шир кий круг задач, связанных с оптимизационным управлением планиро ния производства, для различного рода наложенных ограничений и конкретных условий. Назначение АСУ может быть самым разнообразя и в работе приведена их классификация по различным признакам: п назначению; по характеру производства; по иерархичности структу рн спстамы; по составу системы управления; по степени автоматиз цик информационного процесса; по степени автоматизации процессе управления. При этом все виды АСУ требуют разработки органнзацк ного, информационного, программного и инструментального обеспэч ния. Рассматривается содер;>сание этих обеспечений для существует.

отечественных и зарубежных систем управления, а также анализируются основные возможные направления интеграции в различных АСУ. ИАСУ должна удовлетворять единым глобальным требованиям, позволяющим объединить все функции управления и обработки информации на всех этапах - от планирования производственно-хозяйственной деятельности предприятия до регулирования параметров отдельных производственных процессов.

Обобщены основные принципы, которым должна удовлетворять ИАСУ: принцип системности (определение глобальной цели, идентификация, декомпозиция, моделирование); принцип иерархичности (распространен четырехуровневый); принцип неадекватности (несоблюдение принципа аддитивности); принцип совместимости технических средств; принцип единства технологической информации; принцип повышения роли человека-оператора снизу доверху по иерархической структуре системы.

В настоящее время существует несколько моделей построения и развития ИАСУ. В частности, одна из них, имеющая кольцевую структуру, наглядно представляет связь различных компонентов ИАСУ с центральным вычислительным устройством через распределенную сеть передачи и обработки данных. Другой тип ИАСУ имеет структуру многоуровневой иерархической системы деревообразного типа.

АСУ транспортным комплексом предприятия (ТП) является развивающейся системой вследствие постоянных изменений в экономике, совершенствовании хозяйственного механизма, ввода в действие новых методов и моделей управления, совершенствовании средств реализации АСУ. Интегрированная АСУ ТП должна обеспечивать устойчивое достижение экономических, технических целей, поставленных при создании системы; допускать развитие, расширение функций системы и включение в её состав новых АСУ; обеспечивать согласованное по содержанию, информации, форме и процедурам обмена взаимодействие различных систем управления в транспортных системах. Для обеспечения этих

свойств ИАСУ ТП комплекс технических средств (КТО) должен иметь многоуровневую иерархическую структуру и обладать возможностями взаимоувязки уровней между собой.

Во второй главе приводятся результаты исследований по формированию методологических основ системного проектирования автоматизированной системы управления материально-техническим обеспечением (запасами) научно-производственных организаций. Вначале прежде всего рассматриваются методологические особенности процессов создания АСУ MIO в условиях производственной организации, а затем цели системного проектирования средств АСУ МТО. Основная цель проектирования - создание системы, обладающей свойствами инвариантности относительно смены этапов технологического цикла разрабатываемых объектов и максимально удовлетворяющей целям управления. Поставленная глобальная цель декомпозируется на локальные подцели по этапам жизненного цикла АСУ LITO (исследование, проектирование,

изготовление, опытная проверю) и лр уровням проектирования: кон- • ■

ц'ептуальный, методологический и технологический.

Для оценки эффективности процесса проектирования и качества проектных решений в работе предложена векторная целевая функция

= ( У/ , .....<fK ). Выбираемые проектные решения R ¿ ,

¿ = S,N , в конечном счете, приводят к максимальному удовлетворению целей управления. Процесс управления декомпозируется на уровни: стратегический, тактический и оперативный.

.К . - -

Функции J.¿j , /¿J , ¿ - IN'J- выражают полное и своевременное удовлетворение потребности соответственно в комплектующих изделиях и материалах и представляют собой векторы

/Л (CCCh /ЛлОСО,

лГ-U С L Ф,

,MJ. _ _

У. - ц • _

Ч/ rnaxtf' ТЧ maxjp' '

- 9 -

- степень полезности функции.

Формализация представления целевых функций позволяет эффективно использовать АСУ для решения оптимизационных задач управления запасами. •

Одной из основных задач системного проектирования является оптимизационная задача выбора эффективных вариантов проектных решений из множества допустимых вариантов и представляет собой многоэтапный процесс. Множество вариантов полных проектных решений представляет собой последовательность всевозможных комбинаций вариантов частичных проектных решений на этапах жизненного цикла. Проектирование представляется как взаимодействие пары логических * связанных комбинированных систем: внешней (производящей) и внутренней (управляющей),(рис).

В качестве входных управляемых переменных внешней системы

о и* • -<

рассматриваются варианты проектных решений К[ , I = ^ N , в качестве выходных - значения целевых функций У/ , J - 4, П. . Элементами множества структурных состояний являются этапы жизненного цикла создаваемых средств АСУ НТО, элементами множества фазовых состояний - варианты проектных решений предшествующего структурного состояния. В качестве возмущений выступают структурные изменения объекта управления. Задача системного проектирования заключается в том, чтобы для любого состояния I выбрать вариант проектного

П и К Т

решения K¿ , приводящий к оптимуму функции <р . АСУ МТО как система управления представляется единством объекта управления и средств управления и рассматривается как комбинированная система.

При разработке концептуальной модели управления запасами предложен новый способ управления, заключающийся в том, что в выражение, формализующее закон управления, вводится параметр структурного состояния, идентифицирующий сыену этапов технологического цикла создаваемых производственной организацией изделий. Этот параметр представляет собой вектор = ( Х^ , г ,..., ),

rpefo-вония

Ф 1=Й

mi

СВязь по ёозмище-иию

Средства

системною проектир-ю

Ñ

=Р"

ОСг

Г\

7ре5Ь-

ьониа к

управлению

KJ

Fс

СЁязь по

SciMtíu^ екию

СредстВа улра&ления |j=r -7>

и

rSJ

H(í)

Процесс изменения уровня запасов

У.

ОС*

С£дзь ло отклонению

Оценка

канет £а

УПРОЁ-/ения

ч-

У

и©«

г

Ау ^ { °> ^ ] , * = , / = 4, т , где = / , если на отрезке сС планируемого периода - ое изделие проходит J - й этап технологического цикла. '

Для сокращения задачи оптимального управления запасами изделия разбиваются на классы в пространстве признаков Р : I с учетом вектора признаков Л .'¿2/ - тематическая направленность, <%х - структурная сложность,, аз - функциональная сложность.

Обозначим через С * классификацию объектов £> по отношению эквивалентности. Обозначим/О/ (й. вероятность наступления со-

бытия О-с при условии наступления . В силу независимости собы-. -1 тий степень неопределенности (энтропия) Иэ > классификации С равна:

Из {¿¿¿/а;) = о, у= КЗ)

т.е. классификация является детерминированной.

По кавдому из класса изделий, закодированному вектором А -«= ( <2/ , О-х , О-з ), могут быть собраны статистические данные, позволяющие описать процесс потребления материально-технических ресурсов (МТР) предельным законом распределения ¡ЬС^ . Общий прог--цесс потребления И з течение отрезка планируемого периода ~г представляет собой композицию функций Л ^ с дискретно изменяющимися слагаемыми при переходе к отрезку (об +1). Управление МТО в условиях производственной организации рассматривается как функция упорядочения структурных состояний Л* = ( и./", А^,...,

), в переделах каздого из которых управление есть функция состояния запаса, вычисляемого как

где 3 - функция поступления МТР.

В процессе решения задачи управления в течение всего планируемого периода ~Г возникает необходимость идентификации не только динамической, но и логической составляющих процесса управления. В связи с этим концептуальная модель управления запасами построена

в классе функций выхода ^ и перехода <р логико-динамических сис-

Т6М*

Q (t+{)~ f(Q (t), Hit), S It), и F(t+i) = (±), H(b)f S it J, и (V),

//= //a.v//,

где F it) - целевая функция управления.

Функции выхода Cj и перехода V являются непрерывными и включают в число "аргументов логические ^уювия Я. . Управление U(b)=f(Q(£-*), tc(t-i))

кусочно-непрерывная функция с конечным числом разрывов на 7~ . В -процессе,функционирова!шя системы МТО на 7~ возможно.счетное чи- ' ело переключении в соответствии с логическими условиями J.

На технологическом уровне этапа - проектирование,создается комплекс математических моделей, включающих в себя: модель потребления МТР; модель изменения уровня запасов на складе; модель оптимизации управляющих решений.

Выбор стратегии развития производственных систем должен опираться на прогнозное обеспечение. Разрабатываются прогнозы развития технологий и оборудования, ресурсного обеспечения. Для решения прогнозных задач разработан метод прогнозирования, который вюгачает следующие этапы. Осуществляется анкетирование спецпалнс-. тов (экспертный опрос) в два тура. База данных, включающая ретроспективную информацию Гретр и прогнозы Гд, представляется в виде матрицы

^ ~ [^регр * гп] Математические модели, входящие в итоговую прогнозирующую

модель, образуют список из m моделей. Далее проводится экспресс-анализ моделей и отбираются наиболее подходящие, обучение и экзамен которых осуществляется ка матрице ГраТр» разбиваемой на обучающую ГоС< и экзаменующую Гэк подматрицы. Столбцы матрицы Гл не-

- 13 -

обходимы для выбора лучших моделей.

Осуществляя поиск оптимальных решений и проводя прогнозирование, необходимо в рамках системы управления иметь алгоритм оперативного регулирования ресурсов производственного процесса, в частности, транспортного предприятия. 'Технико-эксплуатационные требования к выполнению плана транспортно-технологического процесса (ТТЛ) определяются интервалом надежности работающей транспортной

системы

Л - га - 1и -

где Я в , Ян - верхнее и нижнее допустимые отклонения фактического показателя объема ресурсов 2 от нормированного ?о ; ,

Хн - верхнее и нижнее допустпшэ значения показателя объема используемых ресурсов.

Вероятность возникновения потребности регулирования дисперсии

<4 (г0-г) при допущенииЯ составит

п [потеря оптимальности "1 =ПГ?< гв-А1+Пк> * К] =

у используемых ресурсов! п ] 1

При стабильном ТТЛ случайная величина ^—= имеет нормальное распредеЛбние и единичную дисперсию. Следовательно, для вычисления вероятностных характеристик можно использовать функции Лапласа и определять моменты и величину необходимого .регулирования.

В третьей главе изложено содержание предлагаемогоорганизаци-онкого и математического обеспечения АСУ ТТП. Основной принцип формирования ИАСУ как интегрированной системы должен быть реализован в её организационной структуре (ОС). Организационную структуру ИАСУ ТТП определяет следующее: производственная структура организации; сложность и интенсивность внешних взаимосвязей организации; экономический механизм управления; информационные технологии управления; конфигурация сетп 33",I, технические характеристи-

ки вычислительных и коммутационных средств. В ОС ИАСУ 3 ТТП должны быть реализованы следующие принципы: целевая определенность деятельности подразделений; организационное разграничение перспективного и оперативного управления; приближение системы к производственной структуре; приближение принятия решений к объекту управления, расширение полномочий по принятию решений в производственных подразделениях; адаптивность системы к изменениям хозяйственного механизма управления и технологий решения управленческих задач.

Организационное обеспечение ИАСУ должно обеспечить оптимальные значения следующих характеристик организационной структуры: централизация принятая ^гшеций; централизация функций управления; специализация подразделений ИАСУ; диапазоны управления. Эффективность ОС ИАСУ 3 ТТП оценивается следующими характеристиками: оперативность управления; адаптивность; гибкость; надежность; сбалансированность; длительность цикла управления.

Влияние множества случайных факторов приводит к тому, что транспортный процесс описывается с помощью аппарата теории вероят ностей. При этом математическая модель должна отражать временной режим функционирования транспортной системы. Вначале для конкретной транспортной системы: склад и базы предприятия (СБЩ была построена граф-модель С- =(У. В) - ориентированная, замкнутая, силья связанная и централизованная, где V - множество вершин (склад и базы), а Е - множество дуг (маршруты перевозок). Теория графов пс зволяет представить транспортную систему не только в графическом виде, но и б матричном. Матричная модель А функционирующего комплекса облегчает описать Тб вероятностным аппаратом.

Пусть вероятность с -го состояния ТС обозначим Рс , а услоз нуто вероятность перехода из с - го состояния в J - ое p¿J , т< гда, воспользовавшись теорией марковских цепей можно записать

Граф, для которого эти нормировочные равенства соблюдаются, называется стохастическим, а вероятности¿у' сводятся в стохастическую матрицу //Plj //• Поскольку граф G является циклическим, то это означает, что в ряде вероятностей Pi , Р& Ры ве-

роятность jPa/ имеет соседние значениям/у- / и Pi . Условная вероятность того, что переход совершился по некоторому фиксированному пути из L - гэ состояния, равна Р^ (¿H)P(L»-< > + Р(i* п- f)j. Отсюда, если обозначить вероятность перехода из ¿-го состояния в j - ое за /I шагов так р (i / j, п), то можно записать рекуррентную обобщенную формулу

. , P(l'j- = Z Р( " 4 ri). U>

Это уравнение отражает динамику процессов в ТС и показывает, что за первые т. шагов систека переходит из I - го состояния в некоторое промежуточное состояние ) - ое, а последующие гъ шагов из ¡) - го в j - ое состояние.

Аналогично вероятностям ./Vy' . образующим матрицу ~//pij//, втсл-очим p(i-,j, ri) г, матрицу, обозначаемую jP"'. Тогда можно записать rt + -t п.

р =рр

где Р -/V- ая степень ¡¿атрацы Р . Таким образом (I) в матричном виде Махно переписать/? ~РР vaaiPjPi , Я-)' i

Эта модель отражает а определенной степени статистические п динамические характеристика ТС.

Дяя количественно": оценки состояний ТС вводятся для рассмс?-рения - плотности вероятностей перехода X ¿j , вычисляемые как предел отпо-зкгл вероятности парохода системы за время д é из с - го в j - оэ состояние к длине промежутка à i ■

v а±—о лЬ _ ,

откуда ясно, что при мало:« Ai pîjfAÎ) Ai J AU . Тогда для исследуемой ТС - СБЛ (один С1жд и жесть баз предприятия) получим

- 16 -

систему дифференциальных уравнений Колмогорова

-Л1} -Л/ч-¿„-Ак-Л^МгЛ +1»Р} '¿«Я ЛлД+Л^А '•Л/Л ^■-.(-иг^-иж Р^-Ье^т * ¿к Р?

Б результате получим модель конкретной ТС, исследование которой осуществляется дуЛи моделирования на ПЭВМ, в результате математическое обеспечение ИАСУ 3 ГГП способно решать оптимизационные задачи управления.

Далее в работе решается задача управления запасами на основе

аппарата стохастического программирования, в которой целевой функ-• -

цией ¿вЛяется математическое окидание суммарных затрат в системе обеспечения ресурсами:

где - запасы материалов на К-оЕ базе; (- перевозка

ресурсов с базы В на базу т в момент времени ~Ь , О-ет - затраты на перевозку единицы ресурса; - затраты на хранение мате-риачов на К-ой базе в промежутке Ь ; сС(Ъ) - поставки ресурсов, а спрос на материалы внутри. предприятия; /£. - издержки в

случае недопоставки ресурсов со стороны на исходные базы, которые вычисляется по формул-э

В этой же главе изложены принципы функционирования АСУ транспортной системой, которая рассматривается составной частью ИАСУ 3 ТТЕ. ¿1АСУ рассматривается как многомашинная многоуровневая децент-

- г? -

рализованпая система управления с информационными связями по радиусам и окружности. Отдано предпочтение технологии создания АСУ по модульному принципу с использованием типовых аппаратных, алгоритмических и программных модулей. Важным требованием при выборе структуры АСУ является возможность объединения отдельно функционирующих локальных подсистем в единые комплексные системы. Модульное построение АСУ обеспечивает их гибкость и легкую расширяемость. Для обеспечения высокой надежности вычислительной сети применяют аппаратную или программную избыточность системы сопряжения. Иерархическая система отображения информации построена на группе дисплеев. Детализация информации возрастает сверху вниз. 3 программном обеспечении спстемы отображений на дисплеях предусмотрены стандар- * тизовашше формы представления информации. Таким образом, современные АСУ транспортной системой представляют собой сетевые структуры с развиты™ информационными связями по вертикали и горизонтали, осуществляемыми по каналам связей различных типов.

3 четвертой главе рассматриваются принципы проблемно-ориентированного моделирования в исследовании ИАСУ запасах; и транспорт-но-технодогичэсгсими процессами . Одним из наиболее перспективных путей решения данной проблемы является создание прикладного математического и программного обеспечения и развитие его в виде проблемно-ориентированной автоматизированной системы моделирования (АСМ). АС" предназначена для автоматизации процессов анализа и нормирования показателей функционирования АСУ НТО. В процессе исследования классов задач и моделей, включенных в состав проблемной области модзлпрованпя, выделяются к стандартизируются их основные кищеп-туальные элементы (1СЗ). Для выделенных КЭ в разках шбрапной единой математической схемы разрабатываются типовые модельные компоненты (Г.1К), представляющие собой матвматячоскае ■•одели как отдельных КЭ, так и их совокупностей. На базе ТТЖ проектируются схемы вн-числитзлыю-имитациояпых алгоритмов СВИА) для решения задач анали-

- 18 -

за и нормирования процессов МТО.

Совокупность полученных 3IIA назовем алгоритмической моделью

проблемной области моделирования. Достоинство подобного подхода

состоит в том, что КЭ, ТЖ и ВИА увязываются при разработке ACM е

систему с гибкой и открытой для изменения структурой, средствами

автоматизированного построения и выполнения алгоритмов модеякрова

ния и решения задач, развитым интеллектуальным интерфейсом с поль

зователши:

«с/ ¿i £t

< д- ^ ТМК> =$<BLLA >=$><А СП* =$,<3CLdaw Г1ТО > ,

где oC.fi , f , <Г , С - соответствующие дополнения и измене

ния, вносимые исходу решения задачу-помощью имитационного модел рованпя.

Таким образом, формально проблемную область моделирования -М можно представить в виде

км ма

м = < мк, ¡V иа,г ,Г > ,

где Ык, Mj^, MQ - соответственно концептуальная, математическая и алгоритмическая модель проблемной области моделирования;/^

щ

отображение концептуальной модели в математическую MR— отображение математической модели в алгоритмическую }Аи—-!Ла.

Анализ существующих систем *ЛТ0 показывает, что значительная часть знаний об объектах и процессах функционирования может быть отражена только в лингвистической форме. В настоящее время для представления знаний такого вида разработан целый спектр логико-лингвистпчзскях моделей, преобразованных для удобства работы с ЭВМ в спецчааьные язикк представления знаний. Среди разработанных ло-гико-лингвнстпческих; моделей наибольшую эффективность моделирования таких сложных и разнородных систем, как система МТО, обеспечл ваыт сет:: фреймов. Понятие фрейма, формально задающего концептуальной элемент (/Q £ К) концептуальной модели, подразумевазт минимальною'структуру информации, необходимую дяя представлена клас-

са объектов, явлений или процессов. Структура фрейма имеет

следующий вид:

<ФрэймКЭ Ki шяКЭ Ki >< имя слота Сcj>

<значение слота ^¿J > f < имя слота 0t-J >< значение слота С ¿J > } • где Ki - фреймы концептуальных элементов,/^; С ¿J - j -ый слот фрейма КЗ Ki .

Основу концептуальной модели Мк составляет фреймовая модель •проблемной области моделирования, включающая описание паспортов задач, модели, данных задачи и данных модели. Заполняя фреймы данными, пользователь формирует экземпляры паспортов для работы с АСМ.

Достаточно общим подходом к формальному описанию процессов МТО, выбранным в работе, является подход, основывающийся на понятии агрегативной системы (А-скстемы). Подобные А-системы обеспечивают при создании АСМ выполнение принципов системности и модульности, позволяя расчленять задачи и модели на конечное число ТМК. При этом между ТЖ сохраняется связи, необходимые для построения ^ ВИА. В связи с этим в основе математической модели Mj, функционирования системы МТО лежит множество [А} агрегатов, определяемых в виде

где <Х - множество классов агрегатов, формализующих такие элементы системы Г.1Т0, как запас, спрзс, пополнение запасов, заказ на пополнение и др.; T~oL - множество т::пов агрегатов класса^ ,cL£ <2.; { JdL yj - янокестзо иомзнтов врзмсни лзрезычи слеши состояний агрегата у - оператор лзрэзычлеления пространства сос-

тояний агг. ^гата Aj. }f .

Так.:м образол, качеством!:;!'; исследование спстзмы '..»ТО осков:-:-вается на созчаяли ппоблэ:лно-е;.::зпт;:рсданных АС". Дхч разработки АСМ процессов МТО наиболее целесообразно использовать мэдэльно-оризнтпрованшй подход, noazo.:.iv:.::? снизить трудоемкость разработ-

кп и реализации её концептуальной, математической и алгоритмической -моделей. Построение концептуальной модели в виде сети фреймов обеспечивает применение 'стандартных средств общения с использованием АСМ, снижает требов ЙЯКЯ к их программистской квалификации. При создании математической модели АСМ целесообразно выбрать представление процессов МТО в виде А-сястем в качестве типовой иатеда-тлческой модели.

Б последние годы возникла новая задача перехода на современную форму обеспечения потребителей: по возникающей потребности, поэтому возросла необходимость з моделировании системы "поставки-транспорт". Пусть избыток малотранспортабельных видов ресурсов в П ~ ом'^кэгионе обозначим вектсром Rn , а каадое рассматриваемое из общего мяо&естаа К - ое предприятие независимо от его отраслевой принадлежности характеризуется вектором 73* потребления ресурсов, закрепленных за регионом. При этом по каадому региону должно выполняться условней < Л # з этом случае модель размещения ресурсов для предпр::ятий описывается следующим образок

п ' К ' '

где ^ кп. - целочисленные неизвестные, принимающие значения 0 или I, V - критерий оптшшзации.

Моделирование потоков ресурсов в системе "поставка-транспорт' предусматривает корректировку путем итеративного перераспределена мзлрегнональных внутрирегиональных поставок, по поставщикам и по; рэбптэлям и проверяется возможность ах реализации по условия:.! работы транспорта.

Для конкретного варианта -«^эпэстаэденлоЗ задачи в спстзгле "схсчад - базы прэдпрлятля" предложена математическая основа и алгоритм оптимизации, прпче.л фткндиональная структура АС7 ТТП построена с учзтад ухазангкх особ&'-'лэстзй и опыта работы подобных предприятий. Сущность предлагаемого подхода заключается в следующем.

1. Выбор маршрута движения транспорта осуществляется автоматически по некоторому программно реализуемому алгоритму, использующему в качестве параметров характеристики режима управления, определенные на этапе анализа ситуации. Для формализации оптимизационного критерия используется имитационное моделирование.

2. Анализ ситуации и выбор режима управления осуществляется

в диалоговом режиме с использованием оптимизационных методов математического программирования и имитационного моделирования.

Подобная система управления позволяет значительно улучшить технико-экономические показатели работы комплекса СБП.

ОСНОЗНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

При выполнении диссертационной работы были получены следующие основные результаты.

1. Исследована с различных точек зрения (структурной, информационной, математической, программной) задача оптимизации производственных процессов, как основной в АСУ. При этом рассмотрены математические модели управления запасами - динамические "по Вагнеру" и стохастические для ожидаемых затрат и ожидаемых потерь. Особое внимание уделено интегрированным АСУ: приведена классификация систем, основные направления интеграции в управлении производством, об'дие организационные принципы построения системы. Рассмотрены структуры КАСУ производством и транспортом и особенности их у/нкцпснирэьаяия.

2. Предложены методологические основы системного проектирования автоматизированных систем управления материально-техническим обеспечением (запаса?.:;!) производственного предприятия, при этом рассмотрены специфические особенности и основные цели системного проектирования АСУ МТО. Сформулированы основные оптимизационные задачи системного проектирования как многоэтажного процесса.

3. Разработаны методы среднесрочного и долгосрочного прогнозирования изменения ресурсов предприятия, основанные на ислользо- '

ваяии экспертной информационной матрицы и группы математических моделей, использующих итерационные процедуры. Предложен вероятностный алгоритм оперативного регулирования ресурсов производственно-технологического процесса.

4. Предложены организационные принципы к форглы, заложенные ъ ПАСУ запасами и транспортно-?зхно.яогнческим процессом и учитывающие многосторонние особенности объекта упраатения (структура, слс жность и интенсивность связей, экономические механизмы, информащ: онные комплексы), централизованпэсть управления и эффективность Зпгравленческих решений на судоремонтном заводе.

5. Разработана центрированная граф-модель транспортно-техно-логлчзского процесса порэвозш грузов по схеме "склад-базы предприятия" и её штзматаческая мол,ель, которая основана hj. стохаст* чности транспортной система i: использует матрицы вероятностей переходов к рекуррентные форели для описания ситуаций в объекте yi равлекля. IIa основе этю: моделей разработан алгоритм количественной оценки состояния транспортной системы в различные моменты вое кэнл, зспэльзущий теорию 1лагкозсг.их процессов и позволяющий вывести дифференциальные уравнения Кох>югоро5а для конкретной конфг гурацда euer е: щ.

6. Обоснована ¡штематдчесгсал модель уцраяяегшя системой "ск-' лад-б?.зн" матер:1алько-тэх:личэсния обеспечением алгебраического з:

да различного типа баз (протлгтуточнч:;, рзззрэных, :-:огэч:-:и:с) и дтя по течения опт.-льмъчого решения задач использует« :':c'.~ai:"on;-;oe моделирование. Прп этот: рассмотрена структура АСУ71 . с использованием :лт11фопроцес:ор;-:'л" устройств к ",":кро-ЗЗМ.

7. Нссдй^овгнк и изло.г.з;и ''этодолог'-гчусгле аспекты создания автоматизированной системы моцелисованш на базе проблемяо-орпэн г'трог.аядого подхода и ос1-:оэа:-:-"ог:> кг. г.иделэкпп концепту&тьных эл: иентог, рз.зсгбот;:? типовых тлсдоль'"!.-: компонентов и з^числлтельно-игсгтг^оцных алгорпт-'оз с погэтъзозачпем коицеттуать-гс"-, математ:

- 23 - '

ческой и алгоритмической моделей проблемной области моделирования.

8. В рамках АСМ предложена концептуальная модель анализа и нормирования технико-экономических показателей функционирования С'ДТО, основанная на использовании фреймовой модели (сети фреймов) проблемной области моделирования, включающая описание паспортов задач, модели, данных задачи и данных модели. Для этой яе АСМ разработана математическая модель, применяющая понятие агрегатов, формализующих элементы СГ.1Т0 (запас, спрос, пополнение запасов, заказ на пополнение и др.) и служащая для имитации процессов материально-технического обеспечения в системе управления.

9. Сформулированы основные элементы схемы моделирования региональной системы "постазкн-транспорт" и оперативного управления транспортно-технологическим процессом в системе "склад-базы предприятия", при этом предложена функциональная структура системы управления и имитационная модель, определяющая оптимальные потоки ТТЛ.

ЯУБЛИВДйИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Вихров n.M. и др. Оценивание остаточного ресурса технических объектов. Труды научно-технической конференции "7А WE

QuAX&iy cf eÜctrottckniuiBProducts" ,29 - 30 сентября , 1994 г.(Люблинский политехнический институт, г.Люблин, Польша).

2. Киселев З.Г., Вихров Н.М. и др. Об оценке среднего времени восстановления работоспособного состояния технического оборудования. Со.'^езисоз докла~оз научно-технической конференции "ТРАНСКОМ-94", СПб, СПГУВХ, 1994г.,5В - 69 с.

3. Вихров U.M., Грпцэнкоз A.A. Интерполяционное восстановление информационной базы данных. В сб.тезисов докладов научно-технической конференции "ТРАНСШ.5-94", СПб, СПГ7ВХ, 1994 г.,68 - 69с.

4. Мозгалевский A.B., Гридеяков A.A., Вихров Н.'Л. Организация технического обслуживания и ремонта сложных технических объектов.

- 24 -

В сборнике тезисов докладов научно-технической конференции "ТРАНСК0:Л-94", СПб, СПГ7ВК, 1994 г., 76 - 78 с.