автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Комплексное моделирование при управлении развитием структуры крупномасштабных промышленных систем

Российская анадемия наук Институт проблем управления

На правах рунописи

Для служебного пользования

Эна. 09Г

КарябскиВ Александр Вячеславотяч

комплексное: моделирование при управлении развитием

структуры крухш054асштаб1шх промышленных систем.

Специальность: 05. 13. 10 - Управление в социальных и

экономических системах.

05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наун

Москва - 1995

Работа выполнена в Институте проблей управления РАН

Научный консультант: доктор технических наук

Цвиркун Анатолии Дднилович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Бурков Владимир Николаевич

доктор технических наук Соловьев Михаил Михайлович

доктор технических наун

Вишневский Владимир Миронович

>

Ведущая организация: Центр программных исследований РАН

Защита состоится 1995г. в ^& час.

на заседании Специализированного совета Л 002. 68. 03 Института проблем управления РАН: 117342, Москва, ул. Профсоюзная, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем управления РАН

Автореферат разослан « 1995г.

Ученый секретарь Специализированного совета, кандидат.технических наук

С. А. Власов

Общая характеркетагс работа.

Актуальность. В новых экономических условиях структурной перестройки, интенсификации производства и создания крупномасштабных технике- экономических систем а финансово-промышленных комплексов со сложной структурой возрастает 'требования к управлению их развитием и функционированием на всех уровнях руководства. В ряду проблей повышения эффективности управления экономикой важную роль играют задачи стратегического планирования я управления развитием крупномасштабных промышленных систем (КПС), включая разработку теоретических основ, методологии и методов формализация на базе построения многоуровневых комплексов взаимосвязанных моделей, реализуемых с использованием средств вычислительной техники в системах поддержки принятия ретеииИ.

Крупный вклад в развитие теории и прикладных методов управления развитием крупномасштабных экономических систем внесли труды многие отечественных и зарубежных ученых. В их числе: Л. В. Канторович, Н. П. бедоренно,. В. А. Трапезников, Н. Н. Моисеев, В. С, Михалевич, Г. С. Поспелов, А. Г. Грамберг, а А. Волконский, Д. Б. Елки, 3. А- Ириков, А. Д. Цеиркун.

а Р. Хачатуров, В. Н. Бурное, Вь. В. Кульба, а в. Кротов,

К. А. Айзерман, В. Л Волкович, а И. Цурков и другие.

Возможность формирования и исследования- вариантов развития КПС методами математического моделирования на стадии их проектирования позволяет аначительно повысить качество и обоснованность управленческих решения н получить существенный экономический эффект. В то ж» время, недостатком исследований в области теории управления и прантичесноИ разработки систем поддержки принятия решении для КПС является отсутствие комплексной методологии формализации, алгоритмизации а ревеная задач стратегического планирования и управления развитием их структуры.

Типичными примерами КПС является: региональные производственно-транспортные коигшенсы, отраслевые

производственные системы, топливно- энергетические комплексы.

распределенные информационно-управляющие системы к другие системы со сложной структурой. И характерным особенностям систем рассматриваемого класса относятся: большое число входящих в них элементов различного типа и их взаимосвязей, наличие и комплексное взаимодействие функциональных подсистем, распределенность элементов по значительной территории, длительные срони и высоная ресурсоемность развития системы в цепом и отдельных ее элементов.

Важность проблемы выбора оптимальных управленческих решений при создании и развитии НПС, высокая стоимость и инерционность их разработки требуют постановки.и исследования новых аздач, связанных с формированием и выбором вариантов их струнтурного построения. Данные задачи характеризуются необходимость» учета динамики развития и функционирования структурных элементов и системы в целом, многовариантностью состава элементов и технологии их развития, наличием общесистемных и локальных критериев, разнородность» и нелинейным характером взаимовлияния показателей качества, высокой размерностью и другими факторами. Все ото определяет актуальность выполненных в диссертации исследований, охватывающих широний круг 'теоретических и прикладных задач стратегического планирования и управления развитием структуры КПС различного типа и назначения.

Исследования и разработки по теме диссертации проводились в 1981-1895 г. г. в соответствии с координационным планом научных исследований Академии наун по комплексной проблеме «Кибернетика» на 1981-1985 г. г. (раздел 1.12.14.1 «Проблемы управления развитием систем») и на 1986-1990 г. г. (раздел 1.13.5.1 «Проблемы синтеза и управления развитием струнтур крупномасштабных систем»), координационным планом научных исследований ГННТ на 1981-1985 г-г. (раздел 1.12.6.3 «Проблемы построения моделей многоуровневых систем планирования в больших организационных системах»), Общесоюзной

научно- технической программой ГН ВГИ 0.80.02 на 1985-1990 г. г. (задание 35.01. 06 Д «Разработка методических и инструментальных' средств для автоматизированного проектирования сложных многоуровневых и крупномасштабных

системэ), тематическим планом Института проблем управления, а таниоэ в соответствии с планами важнейвих научно-технических работ Минобороны, Минтопэнерго, Минавиапром, Минтранс, МВЭС, Роскоминфори и других министерств и ведомств, за 1981-1995 г. г.

Цеяь гсботм. Целью диссертационной работы является 'создание концептуальных принципов и теоретических основ моделирования, комплексов . моделей, методов и программных средств стратегического планирования и управления расвитием структуры нрупномаептабных промышленных систем м их использование в" системах поддержки принятия управленческих решения различного типа и назначения, имеющих важное народнохозяйственное значение.

При этом путем теоретического обобщения и исследования ряда прикладных проблем развития структуры НПС достигается решение важной народнохозяйственной задачи в области совершенствования стратегического планирования и управления сложными технико-экономическими системами.

Нэтосы яссхедспаяий. Проведенные . теоретические и прикладные исследования базируется на использовании аппарата современной теории управления, а частности методов моделирования сложных систем, теории оптимизации, теории множеств, теории графов, методов декомпозиции, имитационного моделирования, а также на проведении практических и экспериментальных расчетов на ЭВМ.

Научна« новизна. В результате проведенных исследований и обобщения опыта решения практических задач управления развитием структуры нрупномаептабных технике-энономичесних систем впервые предложен единый методологический подход к постановке, формализации и решению задач формирования оптимальных вариантов структурного построения крупномасштабных промышленных систем и отдельных элементов, позволяющий ставить и .решать широкий класс задач стратегического плакирования и управления развитием структуры систем рассматриваемого класса.

На основе предложенного подхода получены следующие основные научные результаты:

- разработаны теоретические основы построения.

формализации и алгоритмизации многоуровневых комплексов взаимосвязанных иоделев и процедур их взаимодействия, обеспечивающих с учетом особенностей исследуемых систем (распределенность, длительные сроки развития, наличие Функциональных подсистем, учет динамика развития и функционирования, дискретность ввода в эксплуатацию и др. ) формирование оптимальных детализированных согласованных планов развития структуры системы в целом, отдельных ее подсистем в элементов;

-разработан комплекс взаимосвязанных моделей и методов стратегического планирования и управления развитием структуры НПС производственно- транспортного типа, предназначенный для ренення задач структурного построения региональных систем, их территориальных подсистем и функциональных элементов с учетом формирования плановых заданий в новых экономических условиях;

- разработан комплекс взаимосвязанных моделей

стратегического планирования и управления развитием структуры КПС производственного типа, обеспечивающий в условиях многономенклатурности выпускаемой продунции, технологических и кооперированных взаимосвязей формирование сбалансированного плана развития предприятии,' производственных объединений и системы в целей;

-разработан комплекс взаимосвязанных регионально-отраслевых моделей и методов, позволяющий решать задачи стратегического планирования и управления развитием структуры КПС с учетом комплексного взаимодействия функциональных подсистем производства, транспортировки и распределения продукции (ка примере Единой системы газоснабжения);

-разработан комплекс взаимосвязанных оптимизационно-имитационных моделей стратегического планирования и управления развитием структуры КПС, предназначенный для решения ' задач структурного построения системы, с учетом динамики Функционирования, и адаптационных возможностей ее элементов (на примере распределенных информационно-управляющих систем);

-предложзны, исследованы и обоснованы итеративные методы оптимизации а корректировки управленческих решений, получаемых с использованием разработанных номшмнеов моделей;

- разработаны вычислительные методы и программные средства реаения задач стратегического планирования и управления развитием структуры КПС на основе построенных комплексов моделей;

-полученные ревультаты использованы для решения практических задач при моделировании, анализе и оптимизация "процессов развития структуры ряда крупномасштабных промышленных систем, икекцих ванное народнохозяйственное значение.

Методологическая новизна работы связана с использованием нового формализованного подхода, позволяющего расширить класс реваемых задач, обеспечить комплексность и сбалансированность решений и облегчить их интеграцию с другими задачами стратегического планирования и управления развитием крупномасштабных промышленных систем.

Прагтачесгая давность. Проведенные в диссертации исследования и полученные результаты составляют теоретическую и алгоритмическую основу построения систем поддержки принятия ревений по управлению развитием структуры.КПС различного типа и назначения. Разработанные принципы, модели, методы и алгоритмы напрасно:::! ::з рэгеняе г»я»моИ народнохозяйственной задачи повышения эффективности и надежности структурного построения нрупномаситабных промышленных систем. Ревультаты исследований доведены до ноннретных методик, алгоритмов и программных комплексов.

Разработанные в диссертации методологический подход, модели, катоды и программные средства позволяют на зтапэ проектирования учитывать технологию н динамику развития элементов системы, дискретность ввода в эксплуатации и нелинейны!) характер взаимосвязей их показателей, динамику процесса функционирования и другие реальные фанторы, хараиториоуюдко развитие систем рассматриваемого класса. На основе многовариантных расчетов обеспечивается снижение затрат ресурсов, улучшение технино-экономических характеристик, повышение качества, обоснованности а сокращение сроков подготовки принимаемых ранений.

Внодреняо. Результаты теоретических а прикладных

исследования, проведенных в диссертации, внедрены при решении важных практических ¡задач в организациях Минэкономики, Минтопэнерго, МВЭС, Минтранса и ГРУ Минобороны. В их числе комплексы молелеН и программно-алгоритмических средств: Формирования Схемы развития и размещения газовой промышленности до 2000 и 2005г. г. (ВНИИЭГАЗПРОМ, ВНИИКТЭП); синтеза, анализа и планирования развития информационно-управляющих систем космодрома «Байконур», АСУ летательными аппаратами, артиллерийской разведки 1в/ч 68526, в/ч 73790, в/ч 42261); оптимизации развития территориально-промышленных комплексов, объединенных энергетических систем, региональных топливно- энергетических и конверсионных комплексов (ОРГЭНЕРГОСТГОЯ, ВНИКИ) и др.

Опыт практического использования результатов

исследований, выполненных в диссертации, обобщен и положен в основу ряда Методических и руководящих материалов (по , оптимизации развития и размещения основных технических средств в сети магистральных газопроводов ЕСГ; по проведению плановых расчетов для долгосрочных ' программ энергетического строительства; по формированию отраслевой структуры в Схеме развития и размещения газовой промышленности и др. ), которые используются планово- экономическими организациями

соответствующих министерств и ведомств.

Внедрение полученных результатов дапо значительный социальный, тактике-технический и экономический эффект

17% от объема капитальных вложэний). Подтвержденный годовой экономический эффект от их использования только в газовой промышленности составил более 7 млн. руб. (в постоянных ценах на момент внедрения).

Апробацяя работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на IX и XI Всесоюзных совещаниях по проблемам управления (Ереван, 1983; Ташкент, 1989); Всесоюзных окопах и семинарах по методам синтеза и планирования развития структур крупномасштабных и сложных систем (Звенигород, 1979, 1985, 19Э0; Саратов, 1980, 1986; Ташкент ¿981, 1987, Херсон 1992); IV и V Всесоюзных конференциях «Проблемы управления развитием систем» (Рига,

1986; Саратов, 1988); Всесоюзной конференции «Синтез и проектирование многоуровневых систем управления» (Барнаул, 1982); Всесоюзной конференции «Декомпозиция и координация в сложных системах» (Челябинск, 1986); II Всесоюзной конференции «Системное моделирование социально-зкококнческих процессов» (Таллин, 19831; III Всесоюзной иноле-семинаре «Системный анализ социально-экономических проблем регионального развития» (Новосибирск, 1934); Всесоюзной конференции «Теория, методология я прантииа системных исследования (Москва, 1984); Всесоюзной якола «Проектирование автоматизированных систем контроля и управления слоимыми объектами» (Харьков, 1986); Всесоюзных конференциях по анализу и синтезу распределенных информационно- управляющих систем (Тбилиси, 1987; Саратов, 1988); Всесоюзных и международных конференциях по автоматизадян проектирования систем планирования и управления (Иоснса, 1984, 1987; Алма-Ата 1989); I Международном симпозиуме «Интеллектуальные системы» (Махачнала, 1994); Международной симпозиуме по моделированию и управлению национальной и региональной экономикой (Квинсленд, 1995); на семинарах Института проблем управления, Центрального Института управления в информатики (Бухарест), Института системных исследования (Взрсава) и ряде других конференции и семинаров.

Шгбяясацяи. Результаты диссертации отражены в 56 печатных работах автора.

Структура и сбьаа диссертации. Диссертация состоит ив введения, весте глав, заключенил и приложений. Работа содержит 342 стр. текста, 40 рис., 9 табл.-, а также список литературы (238 навненованяЯ).

Содегхапко пботи.

Во ввадевна выделен класс крупнокаентабных промышленных систем, проведен ■ анализ проблем, возникающих при стратегическом планировании и управлении их развитием и дам кратний обзор результатов и направлений исследований в данной области. Классифицированы и сформулированы в общем виде задачи управления развитием структуры КПС. Определена цель работы,

обоснована ее актуальность и охарактеризованы используемые в работе методы исследований.

Описаны общие методологические подходы, положенные в основу проведенных исследований, струнтура диссертационной работы, взаимосвязь и краткое содержание ее разделов. Приведены основные положения, ногорые выносятся на защиту.

3 Нарвой главе предложена единая методология постановки, формализации я решения задач стратегического планирования и управления развитием структуры ИПС с учетом основных особенностей, показателей и критериев кх развития.

Как показали исследования, наиболее. характерными особенностями КПС являются: большая размерность, сложность структуры и иерархичность построения; наличие общесистемных и локальных целей, изменяющихся в процессе развития и функционирования системы; территориальная распределенность; инерционность и дискретность развития; номпленсность взаимодействия элементов и функциональных подсистем; нелинейный характер технологических зависимостей и неоднородность показателей развития и др.

В качестве показателей и характеристик развития КПС могут выступать: объемы выпуска и транспортировки продукции; состав элементов и струнтура их взаимосвязей; уровни потребления ресурсов, сырья и оборудования; объем и структура инвестиций; характер и допустимые уровни возмущающих воздействий; темпы, очередность и сбалансированность развития; экономические, адаптационные, социальные и другие показатели. Показатели развития НЛС могут быть заданы или определяться в начальный или конечный момент времени, на совокупности интервалов времени, интегрально или в среднем на всем горизонте планирования, в рамках допустимых отклонений от заданных величин и т. п.

Критерии оптимизации развития условно можно разбить на две группы, характеризующие качественно разные стороны процесса развития НПС. В одном случае оценивается нонечнсе состояние системы, независимо от процесса его достижения, в другом - траектория развития системы при достаточно широком диапазоне изменения конечного состояния. На прантине часто

формируются компромиссные критерии, например, из начальных этапах развития системы требуется достижение заданных показателей в каждый период развития, а оатем обеспечение наиболее высоких показателей в конца горизонта планирования. Описываются различные типы нритериев (стоимостные, натурально-вещественные, временное и др. ), отличающиеся "содержательной интерпретацией, способами формализации, требованиями к системе ограничений и т. п. , приводятся практические рекомендации и условия их использования.

Выбор и относительная важность того или иного критерия связаны не только со спецификой развития и функционирования моделируемой системы, но и с общей структурой ее энономино-математических моделей. В диссертации выделены основные группы ограничения, в рамках которых осуществляется развитие и функционирование НПС:

- ресурсные ограничения и ограничения на производственные модности;

-балансные ограничения, устанавливающие взаимосвязи между отдельными элементами и подсистемами;

ограничения на значения технико-экономических

показателей, характеризующих различные аспекты развития и функциониропанил системы;

-ограничения на очередность, этапность и технологическую реализуемость вариантов развития системы;

-структурообразующие ограничения на множество структурных отношений, определяющих «топологическое пространство» системы и др.

Для формализации нритериев и ограничений в процессе математичесной постановки и решения задач стратегического планирования и управления развитием КПС структуру системы S(t) в каждый период времени t предлагается определять нан семейство множеств: E(t) . -элементов системы, A(t) -их взаимосвязей, U(t) -технино-энономичесних и V(t) -системно-плановых характеристик элементов:

S(t) = {E(t), A(t), U(t), V(t)}. t e T; E(t) s {e, / i с I(t)>; A(t) = U И*ВС*>;

U(t) = {utct) /le I(t)>: v(t) = (v^t) / i € î(t)>.

где I(t) -множество индексов элементов системы в период t; -отображение множества E(t) в E(t) на основе структурного отношения X; % с /(t) -множество возможных структурных отношений, определяющих. взаимосвязи мэяду подсистемами в элементами в период t; Т - множество периодов времени. Про этом, по признаку эквивалентности характеристик множество олекантов системы E(t) мошэт быть разбито на классы, которые отрака ют функциональную предназначенность элементов:

Eh(t) = {©J / V « Ek(t) « U4(t) с U^.Ct).

vt(0 = vif(t)>.

где k с К - множество классов эквивалентности.

В диссертации рассматриваются КПС, для которых характерно наличие элементов разных классов онвивалентноств: производственные, транспортные, управляющие я др.

С учетом введенных обозначении постановка исследуемой в диссертации задачи стратегического планирования н управления развитием струнтуры KDC в общем виде формализуется 'следующим образом:

S*(t): extr F [ S(t), Oft) ];

S(t) с G [ E(t)„ A(tJ ];

S(t) с H [ E(t). A(t). U(t), V(t). ß(t) ];

teT,

где extr -правило сравнения различных вариантов S(t);

ö(t) - множество эндогенных и экзогенных показателен развития и функционирования системы.

В случае, когда ■£[•) -формализованный оператор оценки, а •xtr с { я1п, мм}, аадача (1)-(3) является задачей математического программирования. Группа условий (2) отражает совокупность ограничений структурного типа, а (3) - звдает ограничения ресурсного, производственного, технологического ■ других типов, s рамках которых осуществляется развитие

(i) (2) (3)

системы. При моделировании развития конкретных КПС ограничения задачи (1)-(3) могут задаваться как в аналитическом, так и в алгоритмическом виде.

Выполнен аналитический обзор и лроооденз классификация моделей и методов решения задач стратегического планирования и управления развитием структуры ИПС типа (1)-(3). На основе Проведенных исслэдований и обобщения опыта работ в данной области предложена единая методология их формализации и решения, на базе построения комплексов взаимосвязанных моделей и итеративных процедур их взаимодействия. Следуя приваленной классификации, предлагаемые процедуры взаимодействия относятся к слабо изученному классу смешанной циклической попиноординации с пошаговой оптимизацией.

В основе методологии построения комплексов взаимосвязанных моделей лежит агрегативно-декомпозиционный подход, объединяющий совокупность принципов, методов, способов формализации и процедур решения задач, используемых в процессе проектирования структуры КПС.

Пусть управленческое решение X* для_ КПС описывается с помоцыо конечного множества показателей I и определяется в результате решения задачи (4):

X*: extг F[X(I)], *(*) е R, (4)

где R -множество допустимых решений, F(») -оператор оценки решений; extr F(•) -правило сравнения X е R.

Агрегативно-декомпозиционный подход к ее решению предполагает использование постановки (4) в качестве координирующей (согласующей) задачи и вия»чает следующие этапы.

Дексхпозиция. На основе множэства структурных отноаений A(t) вводится в рассмотрение J функциональных подсистем а для каждой подсистемы j ставится локальная задача (5) с более глубокой детализацией;

X«: extr FjI^C« ) ]. ) е R C« ), ~ u « I. (5)

Агрегирование. В результате реиения J задач в постановке (5) определяются Х*(о ) и соответствующие им значения

« е I. о е Эти решения используются в процессе агрегирования для определения некоторого Х°(1) € К, ноторое принимается аа приближенное решение эадачи (4). Способы получения Х°(1) существенным образом зависят от специфики задачи и свойств (^(а^), 3 е Л.

Согласование. В процессе принятия решения для какаой подсистемы 3 в результате решения эадачи (4) задается вентор управлений ограничивающий значения некоторого набора

показателей * е .1- Реиенай е Л , Добавление

этих ограничений в постановку задачи (5) суяает области допустимых решений и образует подобласти с

^ б а.

В процессе многовариантных расчетов, анализа и исследования решений задачи (5) на множестве допустимых решении УЗ € 3 для каждого управляющего показателя

1 € формируется подмножество допустимых решений и агрегированное подмножество:

Для каждой подсистемы уе! в результате решения задачи (5) на подмножестве ы^) определяется окончательное Сна

данном шаге согласования) ревение т.е. решается задача

(6): 1

ехгг РДХ^)], Х^) е с^). (в)

Тании образом, процедура формирования согласованного сбалансированного управленческого реиения по развитие структуры КПС носит итеративный характер, зависящий от структурных отношений Л(1:) и от степени детализации поделай комплекса, создаваемого на основе агрегативно-

декомпозиционного подхода.

Разработанные в диссертации на основе агрегативно-декомпозиц.юнного подхода теоретические основы и единая методология построения комплексов взаимосвязанных моделей управления развитием структуры КПС 1в отличие от известных работ) не требуют формализации задач планирования и управления

а рамках единой математической модели и позволяют формировать согласованные планы развития элементов, подсистем и системы в целом с учетом таких важных факторов, как комплексность взаимодействия функциональных подсистем, динамика развития и функционирования элементов системы, нелинейный харантер технологических зависимостей и др.

Для описания обшей методологической схемы построения комплексов взаимосвязанных моделей введем следующие обозначения: Z[V(t)]. X^fsit)], V,[S(t)j -множество решении, определяющих распределение функций и плановых заданий по подсистемам, структуру системы на уровне функциональных подсистем и элементов соответственно; ö(t), fl^Ct). ft^t) -множество показателей развития и функционирования на уровне системы, функциональных подсистем я элементов соответственно (технологические, технико-экономические, экзогенные

нормативные и др. показатели); V (t). -требования стратегического характера к системно- плановым показателям; C(t), C^(t), Cj(t). -множества внешних услоэий развития и функционирования системы на соответствующих уровнях агрегирования (ресурсные, логические, струнтурные и др.); Ф.

- алгорятк::':осккэ правила расчета показателей развития и функционирования системы; R, R( -множества допустимых

решений на соответствующем уровне агрегирования.

В первом блоке моделей комплекса решается задача формирования мноавства системно- плановых характеристик V(t) в распределения плановых заданий по Функциональным подсистемам:

Z*[V(t)]: extг F{Z[V(t)], C(t), E(t), A(e)>; 17)

Z[V(t)J e R{Q(t). VQ(t). E(t). A(t). C(t)>; . t e T.

В диссертации рассмотрены различные условия решения задачи (7): при централизованных, частично и полностью децентрализованных механизмах управления.

Распределение Z*[V(t)J, получанное в результате ревенкя задачи (7), используется затем в модельном блоке управления развитием структуры КПС на уровне функциональных подсистем

X*[S(t)]: extr FjiX^Sit)]. Q^t). E^(t). A^t)}; (8)

X^SCt)] CR^Ct), 2*[V(t)], E^t), A^t). CjCt)}; t « T, j e J.

В результате решения задачи (8) определяются варианты развития структуры функциональных подсистем X*[S(t)J, 3 € 3 (специализация, размещение, масштабы и сроки развития элементов; распределение ресурсов; технологические и организационные схемы развития и т. п. ), которые в процессе дальнейшей декомпозиции используются при моделировании развития КПС на уровне отдельных блоков, очередей, пусковых комплексов « т. п. :

Y*[S(t)]: ext г Fj{Yi[S(t)], û^t), U^t), V^t)}; (9)

Yj[S(t)] € R^Q^t), X*[S(t)]. C^t)}; t € T, i e 2. 3 € 3.

Управленческие решения, полученные в результате решения задач (7)-(Э) используются далее в расчетных моделях при формировании множества покавателеИ развития и функционирования КПС:

°î = *,{ Y*[S(t>3 / teT, ici, jeJ };

0» = Pj Y*[S(t)], X*[S(t)] / tfCT, iel^ jeJ >; (10)

0* = *{Y«[s(t)], x*[s(t)]. z*[v(t)] / t«rr, ieijt jej}.

Полученные в результате расчетов (10) показатели анализируются и оцениваются с точни зрения близости их значения заданным (использованным при решении задач (7)-(9)). Если оценка близости не удовлетворяет ЛТ1Р, то на основе полученного приближения показатели корректируются и вновь решаются задачи (7)-(9). Организация алгоритмов корректировки зависит от специфики исследуемой системы и обычно обеспечивается взаимодействием формальных и неформальных

процедур. Приведены общие правит корректировки, разработаны, исследованы и обоснованы алгоритмы корректировки для конкретных классов КПС.

3 составе комплексов взаимосвязанных моделей стратегического планирования и управления развитием структуры КПС различного типа и назначения, разработанных в диссертации, "могут использоваться модели оптимизации,• прямого счета и имитационные модели. Рассмотрены различные способы и условия реализации общей методологической схемы построения комплекса, отличающиеся сочетанием моделей, процедурами генерации вариаг!Т0в структуры, правилами проверки ограничений и способами перехода н следующей итерации.

В заключение главы I рассмотрены практические вопросы программной реализации комплексов взаимосвязанных моделей, включая определение состава и структуры используемых программных средств и организацию вычислительных схем решения.

Во второк гяаве диссертации предложенная методология построения комплексов взаимосвязанных моделей стратегического планирования и управления конкретизирована для пироного распространенного типа КПС - крупномасштабных производственно-транспортных систем (ПТС), содержащих элементы двух классов: производственные - обеспечивающие прирост выпуска продукции и транспортные - обеспечивающие передачу продукции потребителю или на хранение.

При моделировании процессов развития крупномасштабных ПТС наряду с производственной базой необходимо детально учитывать структуру транспортной сети, объемы и маршруты транспортировки продукции, . пропускные способности и варианты развития отдельных транспортных элементов.

С учетом характерных свойств КПС и указанных особенностей ПТС на основе агрегативно-декомпозиционного подхода ПТС представляется в виде взаимосвязанной совокупности элементов различных уровней агрегирования. На верхнем уровне агрегирования рассматривается совокупность взаимосвязанных региональных подсистем N (территориально-промышленные комплексы) и межрегиональных транспортных сетей НИ*. На нижнем уровне элементы системы верхнего уровня детализируются до

технологически взаимосвязанного множества производственных п и транспортных пп' элементов, характеризуемых совокупность» альтернативных вариантов развития, технологическими, стоимостными, ресурсными и другими параметрами.

Задачей стратегического планирования и управления развитием структуры ПТС на верхнем уроине агрегирования является установление основных пропорций развития производственной базы региональных подсистем я межрегиональных потоков продукции, определение оптимального распределения ресурсов между региональными подсистемами. Задача оптимизации нижнего уровня состоит в определении вариантов развития производственных и транспортам* элементов системы (распределение инвестиция, определение мощности и очередности создания предприятий и транспортных связей), определении моментов ввода мощностей с учетом динамики потребления продунции, возможностей строительных организаций, ограничений на технологию строительства и др.

Для решения сформулированных задач в диссертации разработан комплекс взаимосвязанных моделей управления развитием структуры ПТС и итеративные процедуры «горизонтального» и «вертикального» взаимодействия моделей, обеспечивающие формирование согласованных вариантов развития системы на различных уровнях агрегирования. Разработанный комплекс внлючает оптимизационные модепи формирования системно- плановых показателей развития ПТС с учетом конъюнктуры рынка, модели оптимизации управления развитием структуры ПТС на уровне региональных подсистем и отдельных элементов, а такиле модели прямого счета для формирования множества индикативных показателей развития системы.

При построении номплекса реализован принцип гибкой структуры составляющих его моделей на основе формализованного описания базовой совокупности (более 50 элементов) ограничений и нратериев оптимальности, встречаюаихся на различных уровнях управления развитием систем рассматриваемого класса. Библиотечная организация моделей позволяет целенаправленно изменять их " содержательную постановку, оперативно корректировать объем и структуру реализуемых иоделей,

проводить многовариантные расчеты при различных исходных данных, формировать и решать задачи стратегического планирования и управления различного содержания и целевой направленности.

Задачи управления развитием структуры крупномасштабных ПТС формализуются как зздачи математического программирования ~с непрерывными и целочисленными переменными. При этом, в отличие от иэиестных работ, существенное внимание уделяется формализации процессов развития отдельных элементов ПТС, что позволяет описывать зависимость величины инвестиций и уровней производства (пропускной способности) элемента системы от времени, прошедшего с момента начала развития, т. е. программу развития элементов. В зависимости от цепей моделирования и способа формализации в работе исследуются фиксировании« и управляемые программы развития.

В первом случае программа развития элемента определяется до решения задачи управления, а ее вид, в основном, определяется нормативами и технологией его создания. Во втором она определяется в процессе решения .задачи, исходя на внешних по отношению к данному элементу условии и ограничений.

При управлении развитием КПС в современных экономических условиях большое значение имеет проблема оптимального выбора структуры производства и определения стратегических позиций развития системы з целом. Поэтому на верхнем уровне агрегирования разработанного комплекса с помощью моделей формирования системно-плановых показатепей развития системы решается динамическая задача определения оптимальных уровней производства выпускаемой продукции. При этом учитываются: имеющиеся производственные мощности, технологии и оборудование; наличие ресурсов, инвестиционные и

производственные издержки; динамика производства и потребления продукции; соотношение «экспорт-импорт»; уровень финансового риска инвестиций в развитие производства;

конкурентноспособность и дефицитность производимой продукции и другие факторы рыночной экономики. В качестве критериев оптимальности используются: уровень прибыли от реализации продукции, уровень дохода, степень удовлетворения спроса,

уровень конкурентноспособности, суммарные затраты на развитие и т. п.

Например!

максимизация дохода с уметом дефицитности продукции

где -коэффициенты дефицитности продукции 1-го

вида в период X на внутреннем и внешнем рынках соответственно; С*(0, С*(е) -продажная цена единицы продукции 1 -го вида в период 1 на внутреннем и внепнем рынках; С*^) -продажная цена единицы продукции импортного производства (с учетом транспортник и других расходов); X (1) -уровень производства в системе продунции 1 - го вида в период Ъ для собственного потребления; -то лв, для реализации на внепнем рынне;

-уровень поставок продукции 1 -го вида по импорту в период г;

или минимизация суммарных затрат на развитие'

■йпЕЙр^ох^) + Ь^ОУ^О]^*) +

где -удельные переменные производственные

издержки продунции 1 -го вида в стандартном и экспортной исполнении в период г; -фиксированные производственные

издержки; р (О -коэффициент, отражающий условия создания запасов в системе;

при ограничениях на уровень производства

* ^(гЦх^О + У,«:)] й р,и>,

где §» !*.>' -технологически допустимый уровень производства; Е^Сь) -уровень производства, соответствующий «точке безубыточности» и других ограничениях. '

Решения, полученные на данном этапе, используются далее в качестве исходных системно-плановых показателей при репения задачи на уровне региональных подсистем. В соответствующих моделях комплекса формализованы ограничения на: . баланс производства, транспортировки к потребления продукции; распределяемый объем продукции; уровень производства и

производственные возможности; потребление ресурсов различного типа; траекторию изменения уровней производства и пропускных способностэй элементов и т. п. В качество критериев оптимальности ислопьзуются: затраты на развитие региональных подсистем, прирост выпусна продукции, отклонение от «идеальной» траектории прироста производства, уиарб от "неудовлетворений потребности в продукции и др.

'Например:

min { пах [ rt ( **(*> ~ X„Ct) ) ] }. t с Т.

где {X*(t)} -«идеальная траектория», у -коэффициент важности периода t, X^Ct) - уровень производства региональной подсистемы N в период t, при условии:

баланса уровне!1 производства, транспортировки а потребления продунции

Vt) + S Е ^„.c^ - x».!,<t> 1 * э/оо^«.- t€T.

где -поток продунции между подсистемами N и N*• в

период t; -уровень спроса на продукцию в региональной

подсистеме м в период t; -коэффициент, отраиаюцай

«эффективность» потребления продукции в подсистеме М,

соблюдения заданной траектории изменения уровня производства

ivt) - i vfc) + v*> j /.2i * 5i'

где -допустимое отклонение от среднего значения и

и

выполнения других ограничений.

В результате решения задачи на этом уровне агрегирования разработанного комплекса моделей определяются объемы производства региональных подсистем X^Ct) и межрегиональные потони продукции ^„„.(t)- Для «горизонтального» согласования детализированных моделей развития региональных подсистем и дальнейшего решения необходимо определить величину потока продукции X^Ck.t) по каждому межрегиональному транспортному элементу г и выбрать оптимальный вариант его развития к, с учетом баланса по межрегиональному потоку X ,(t). Для решения

этой задачи в диссертации разработаны и исследованы различные методы «горизонтального» согласования, основанные на введении «фиктивных» элементов ПТС, либо на использовании специальных оптимизационных моделей дискретно- непрерывного типа.

Полученные на этой этапе значения переменных X (1;) и используются далее в качестве исходных данных при решении детализированных задач на уровне проиэвоястэенно-транепортных элементов ПТС.

С учетом специфики исследуемых задач в разработанных моделях на этом уровне агрегирования комплекса совокупность ограничений по своему функциональному назначению разбивается на несколько основных групп:

- сроки начала и онончания развития (в эту группу входят ограничения, позволяющие формализовать условия начала строительства и ввода в эксплуатацию типа «не позже»-, «не ранее», «на данном отрезке времена» и т. п. );

-укрупненная технология и организация развития (ограничения на очередность и этапность развития элементов, нормирование объемов ' освоения ресурсов, аадание

последовательности выполнения работ и нормативных пауз, ограничения на объемы «задельного» строительства и т.п.);

-взаимосвязь «затраты ресурсов - ввод мощностей» (условия, отражающие динамичесние зависимости между выделенными на развитие элемента ресурсами и вводимыми мощностями, требования и программам освоения ресурсов и траекториям прироста мощностей);

- производственно-технологические- условия (двусторонние ограничения на суммарный ввод мощностей на всем горизонте, либо на заданном интервале планирования для региональной подсистемы в целом или для выделенных фрагментов, ограничения по основный видам оборудования, условия технологической совместимости вариантов развития производственно-транспортных элементов « др. );

-условия согласованности объемов производства, потребления и транспортировки продукции (балансовые соотношения, потоковые ограничения, условия согласования потоков продукции я пропускных способностей и др.);

-ресурсные ограничения (для подсистемы в целом и ео фрагментов, на всем горизонта планирования я отдельных интервалах, по видам ресурсов, по типам элементов в т. п. ).

Базовый набор критериев оптимальности включает различные модификации требований максимизации прироста суммарной мощности (пропускной способности) на заданном отрезке времени, Нинимиэации «потерь» из-за задержки ввода мощностей; минимизации затрат на достижение необходимых величин вводов мощностей (пропуенных способностей), максимизации освоения объемов СМР, минимизации эксплуатационных затрат, максимизации эффективности капиталовложений и др.

В зависимости от конкретных условий развития элементов ПТС (типовое строительство, переходящее развитие, подготовительные этапы и т. п.) при их формализации в составе моделей используются как управляемые, тан и фиксированные программы развития, например,

ограничение на потребление ресурсов в -го типа на отрезке планирования СС, О]: .

и '

К* * Г У X* + Т V £ Г1 Vя й1* ^ Й\

- " ** ^ и " 1 И1 " Ь г.-

пену 1.с 161 «.-т

п п

г'= иахи.С-ь'+и, и1-: тах{1.С-Ь+1). в»,1= гахпС^.О-^+Х)

п л п п

где НУ, МР - множества элементов с управляемой и фиксированной программами развития соответственно; Х*^ -объем ресурса в -го типа, выделенный в период 1 на развитие элемента п; I - мноняство вариантов развития элемента г>; I' «1, если п -й

а!

элемент начинает развиваться в период I по I -к/ варианту и - в противном случае; й^* -объем ресурса а -го вида, потребляемый п -м элементов по 1-му варианту в я» -В период развития, или

критерий максимума ввода мощностей на отрезке времени [С, 03:

«*[ е ! + I £ £ , ^

веку 1-е »еат 4€1 1.т *

п п

где Р -иоциость (пропускная способность) п -го элемента: Р1

А ЛЯ

-модность (пропускная способность), вводимая на и -к периоде развития п -го элемента по 1 -ку варианту; * ^=1« если л -И элемент введен в эксплуатацию на отрезке времени [1,13 и ^ *0 - в противном случае.

Решения, полученные на этом этапе , используются далее в моделях прямого счета для пересчета и корректировки агрегированных удельных показателей развития, ноторые необходимы при решении задачи управления развитием струнтуры П1С на верхнем уровне агрегирования.

Для практической реализации предложенного комплекса в диссертации разработаны итеративные процедуры «вертикального» согласования моделей различных уровней агрегирования, рреализующие принцип «снользяиего планирования»:

-формируется план ХС , зависящий от агрегированных показателей развития О, ограничений Я и оптимизирующий (значения целевой функции Р(Х, О, 1):

X = ( (Я, й. 1);

-опираясь на план Х(Ъ), формируются планы развития подсистем N регионального уровня Уи(Х,1) ( оптимизирующие значения целевых функций **) )» на основе которых

вычисляются агрегированные показатели развития:

Итеративная процедура формирования оптимального плана X* записывается как:

х* а и2н. О.

где £>о - начальное приближение множества агрегированных показателей (прогноз, экспертные оценки, средние величины и т. п. ), К - число итерация.

Процесс итераций продолжается до получения устойчивых

результатов, т. е. ногда нноиюство 0к совпадает с заданной точностью с Й ..

JSk-l

Пусть горизонт планирования [to,T] разбит на отрезки

моментами t , t.....t . Тогда найденный план X* принимается

в качестве плана развития на отрезне [t .t Значение X*(tt) принимается в начестве начального состояния для планирования "развития системы на отрезке Ctj.t^] и т.д., т. е-, осуществляется рекуррентная процедура снользящего

планирования:

XU).= *|t - >t , [ R ]• Vtelt^^t^. J«.

где t =T, R и X(t ) -заданы.

n O

В диссертации разработаны и обоснованы итеративные процедуры с линейным и адаптивным шагом итераций, приведены теоретические утверждения, доказывающие их сходимость, т.е. условие: lim^ XCk)] « egtrF[Q. X].

Утверждение i донаэывает сходимость процедуры с линейным вагом н предельной тонне X вспомогательной функции р(Х) такой, что |р(Х)- F(X*) | £ с.

Утверждение 2 доказывает сходимость процедуры с более

* г л

сtsossiu», адаптивным шагом и точн? экстремума X функции г(Х).

Разработано соответствующее натематичосное и программное обеспечение и методология их практического использования при решении важных прикладных задач стратегического планирования и управления развитием структуры систем рассматриваемого нласса.

В третьей глава на основе предложенной методологии построения конплексов взаимосвязанных моделей разработаны модели и методы стратегического планирования и управления развитием структуры НПС производственного типа. Производственные системы (ПС) представляют собой широкий класс КПС, при моделировании развития которых (в отличие от ПТС, рассмотренных в гл. 2) основное внимание уделяется вопросам развития и реконструкции многономенклатурных производственных элементов с учетом технологических и кооперированных взаимосвязей между ними.

При моделировании процессов развития структуры ПС в качестве ее элементов на различных уровнях агрегирования

рассматриваются: пусковые комплексы (корпуса, цеха, технологические линии) и подрядные строительно-монтажные организации, промышленные предприятия (взаимосвязанные пусковые комплексы), производственные объединения

(производственно-технологические комплексы предприятий).

В обнем случае задача стратегического планирования и управления развитием структуры ПС состоит в определении: состава и вариантов развития производственных элементов с учетом размещения вновь создаваемых объентов, соотношения нового строительства и реконструкции действующих производств, объема, номенклатуры и дефицитности выпускаемой продукции, сбалансированности производства, специализации, кооперированных и технологических взаимосвязей элементов системы; инвестиционных процессов развития элементов системы с учетом концентрации ресурсов и распределения мощностей строительно-монтажных организаций по объектам развития, нелинейного харантера зависимости «затраты ресурсов - выпуск продукции», динамики потребления ресурсов, дискретности, очередности и этвпности ввода объектов в эксплуатацию и т.п.

Для решения это!! задачи разработан трехуровневый комплекс взаимосвязанных оптимизационных и расчетных моделей, в котором вертикальные связи определяют алгоритм согласования ревений различных уровней, а горизонтальные - отношения технологического, организационного и логического харантера между элементами одного уровня агрегирования. В диссертации изложены принципы построения комплекса моделей, его состав (более 40 типовых формализованных ограничений я критериев оптимальности, имеющих библиотечную организацию) и методология практического использования. При формализации моделей используется сочетание непрерывных и целочисленных переменных. Непрерывные переменные позволяют формализовать: динамику потребления ресурсов и распределения мощностей строительных организаций; изменение объемов производства о эадельного строительства; условия сбалансированного удовлетворения потребности по различным видам продукции и т. п. С пскояыэ целочисленных ' переменных формализуются показатели, характеризующие дискретность ввода мощностей,

последовательность развития, технологию строительства, кооперированные взаимосвязи и т. п.

Рассмотрены методы формализации типовых задач, встречающихся в практике стратегического планирования и управления развитием структуры ПС на различных уровнях агрегирования системы.

• На нижнем уровне агрегирования моделируются процессы развития отдельных произзодственных элементов (взаимосвязанных совокупностей пусковых комплексов) с учетом технологии работы строительно- монтажных организаций. Задачей управления развитием ПС на этом уровне является определение оптимальных вариантов развития пусковых комплексов и способов их реализации, распределение мощностей строительно-монтажных организаций с учетом концентрации ресурсов на пусковых комплексах, выпускающих продунцию повышенного спроса, технологии строительства, динамики потребления ресурсов, дискретности звояа мощностей я других факторов, определяющих основные направления развития производственных элементов.' В качестве критериев оптимальности, формализованных в глазе 3, используются: максимум выпуска продукции; минимум временя завершения развития или достижения заданных показателей; минимум затрат ресурсов и др.

Например:

кзксимиэзция прироста выпуска продукции виданной номенклатуры Р* при условии выполнения заданий на прирост выпуска остальных видов продукции реРЧР* и других ограничений:

где М^ -овьем продукции р -го вида, выпускаемый Л -и и«

пусковым комплексов 1 -го производственного элемента после завершения развития по п -му варианту; О -функция освоения

в *

мощностей; -задание на прирост выпуска продукция р -го вида

1 -м элементов; 11 - булева переменная, равная 1, есля в 1

-н периоде завершено освоение ресурсов на j -и номпленсе i -го элемента по п - му варианту: Т -горизонт планирования; или

минимизация объема незавершенного строительства на нонец горизонта планирования (по видам ресурсов):

min У qr У У У { Xtr - Rr Z1' ).

г t J n

где q^ -нормирующий коэффициент эадепьного строительства i -го элемента по г -ну виду ресурсов: Rr -объем ресурсов г -го

ljn

вида, необходимый для завершения развития j - го комплекса i -го элемента по п - му варианту; Xtr - непрерывная переменная,

i jn

отражающая объем ресурсов г -го вида, осваеваемый на j -и

пусновон комплексе i -го производственного элемента в t -и

периоде no п - ну варианту развития.

На основе полученных решений в расчетном блоне комплекса

моделей для каждого элемента производственного

объединения d«D определяются технино- энономичесние показатели

его развития VRd по выпусну продукции вида рср : 1 d

VR-(t) = 5 t RiJb.. X<jnCt). ZljB(t) ].

х с I . й е рсР л л,

где 9 - оператор агрегирования вариантов по производственным способам.

Полученные варианты развития производственных элементов УЯ^!;), коннратные способы формирования которых рассмотрены в главе 3 диссертации, используются на среднем уровне агрегирования компленса при решении задач управления развитием отдельных производственных объединений. Задача оптимизации на данном уровне состо.ит в выборе оптимальной совокупности вариантов развития производственных элементов объединения с учетом сбалансированности выпуска различных видов продунции, технологических и кооперированных взаимосвязей элементов, объемов ресурсов и потребностей в производимой продукции.

Предложены и формализованы различные виды критериев

оптимальности этой задачи, связанные с максимизацией выпуска продукции или минимизацией затрат и времени на достижение заданных показателей развития. Например:

- максимизация производства с учетом струнтуры потребности а многономенклатурной продукции:

тах £ Е р I

где V* -потребность в продукции р -го вила производственного объединения в Ь -В период; -непрерывная переменная,

характеризующая степень удовлетэорения потребности;

- минимизация уровня неудовлетворения потребности в продукции производственного объединения на конец горизонта планироэания Т:

«ип I [х; III Н>тп I - с* }.

р 1 т л I

\ (1 + г) V О £ У < I, Р €

где сср -ног>Л(Ъир!1Ант относительной важности продукции р -го вида; Мр -объем продукции р -го вида, выпускаемый 1 -м

I ЯП

производственным элементом по п - му варианту после завершения в -го этапа рзззятил; V1* я Ср -суммарная потребность и суммарный выпусн (действующими предприятиями объединения) продукции р -го вида; Хт -минимальная заданная степень удовлетворения потребности о конце горизонта планирования: ^¡т. »»1 "бУлева переменная, равная 1, если в 1-м периоде завериен и - а этап развития 1 - го элемента по п - му варианту.

Результаты решения, п олученные на этом уровне, агрегируются (по производственным способам а номенклатуре продукции) в процессе формирования вариантов УК (*) развития производственных объединений с!еО:

УЯ'ЧО : Я [ м' , Й, .г, (О ], а е о. ре Р

1 1 яп 1»п 1ЙП а

где Я -оператор агрегирования, й -объем ресурсов,

I ЯП

необходимый для осуществления га -го этапа развития 1 -го

производственного элемента по п -ку варианту.

Полученные варианты используются далее на верхнем уровне агрегирования комплеиса моделей при решении задачи для ПС в целом, которая заключается в распределении объемов выпуска продукции и ресурсов между производственными объединениями, обеспечивающем сбалансированное развитие системы. На их основе определяются оценки степени неудовлетворения потребности в продукции (каждого вида) производственного объедвнеиия:

ир = (V - С" - Г У Г Мр г ) / V

I * К I и Ь и 1ят / 4

I г ж

и по объединению в целом р (усреднение по видам

сН 1

продукции).

Математическая модель задачи для ПС в целой формализуется следующим образом:

минимизировать среднюю по ПС степень неудовлетворения потребности т. е. :

«Цп Г К V .

г, 1

где К^ -временной коэффициент важности, У -непрорывная переменная (о 4 V < 1),

при выполнений условий баланса потребляемых ресурсов:

5 < *+ v - \ > * ч-

где I. -объем ресурсов, потребляемый «! -и производственный объединением; I. -лимит ресурсов по ПС в целой.

Рассмотрены различные модификации задач такого типа, встречающиеся на практике.

Результаты решения задачи V используются далее для корректировки объемов ресурсов, выделенных ка развитие отдельных производственных объединение на предыдущей итерации, т. е.

С ■ С" < 1 + ^ " \ >■ * *

где X -номер итерации.

Если полученные значения совпадают (с необходимой

степенью близости), то репение окончено. В противном случае, вновь решается задача управления развитием ПС на уровне подсистем и элементов.

Итеративный процесс продолжается до тех пор, пона не выполнится условие:

£ -1^0, 1 = 1.2....

Если при этом | У I.'1' - I е, где с -заданная л 1

точность сбалансированности, то на следующей 1+1 итерации репение осуществляется на отрезне:

[ 111"1), Ь,П ] С Г О. I. ]. <11 <11 -1 1 г 1

уасо.

В процессе последовательного уменьшения диапазона поиска, определяется сбалансированный (с точностью до е) план развития структуры ПС как совокупность планов развития отдельных производственных объединения.

Разработаны алгоритмы практической реализации предложенной схемы репения. Сходимость разработанных алгоритмов обоснована теоретически и подтверждена экспериментально.

Утверждение, обосновывающее сходимость разработанных алгоритмов, доказывает, что в процессе итераций образуется последовательность вложенных отрезков &(1>= Ги""1', 1-(1'1, стягивающихся к предельной точке и* , т. е. 3 1к» _ А « Ц* .

41 1 И» 41 а1

Разработано соответствующее математическое обеспечение и ннструмбнтальные средства, реализованные с использованием стандартных пакетов прикладных программ.

В четвертое глазе диссертации разработаны модели и методы стратегического планирования и управления развитием структуры КПС, объединяющих технологически я экономически взаимосвязанные промышленные предприятия производства, транспортировки, хранения и распределения продукции. При моделировании развития КПС такого типа (в отличие от рассмотренных в гл. 2,3) необходимо учитывать комплексный характер взаимодействия Функциональных подсистем в процессе развития и функционирования системы в целом. Ярким

представителем НПС такого типа является Единая система газоснабжения (ЕСГ), которая по функциональному признаку делится на подсистемы добычи, распределения и транспортировки rasa.

В рамках предложенной методологии разработан комплекс взаимосвязанных моделей стратегического планирования и управления развитием структуры функциональных подсистем ЕСГ в методы их взаимодействия при формировании вариантов развития системы в целом. Разработанный комплекс включает следующие модели: формирования оптимальной струнтуры разспределения газа с учетом возможностей его замещения и эффективности распределения; оптимизации развития подсистемы добычи; оптимизации развития газотранспортной сети; расчета и корректировки показателей согласования планов распределения, добычи и транспортировки газа.

Разработанные модели и методы позволяют сформировать стратегический план распределения поставок газа и замещающих его ТЭР по территориально- отраслевым потребителям; определить состав, темпы и очередность развития месторождений и магистральных газопроводов; определить динамику изменения уровней добычи, потребления и транспортных потоков газа; выбрать ресурсное и техническое обеспечение развития в рамках балансных, технологических, ресурсных и других ограничений с учетом эффективности распределения газа и замещающих ТЭР; приоритетов потребителей, регионально-отраслевых аспектов распределения, стратегий и динамики развития отдельных элементов системы, диснретности их ввода в эксплуатацию, нелинейного характера технологических■зависимостей, затрат на собственш-е нужды и потерь газа в системе и т. п.

ОбгАЯ схема решения задачи управления развитием структуры ЕСГ с помощью разработанного комплекса моделей состоит в слегу-ощом. На основе статистической информации, анализа се-"<'0янил рынка потребителей, основных тенденций в направлений .жононичесиого развития и др. факторов прогнозируются объемы потребления газа n(t) , показатели и условия, регламентирующие основные стратегические позиции развития ЕСГ. Исходя из объемов n(t) с помощью оптимизационных моделей (типа

рассмотренных в гл.2), либо экспертными методами формируются системно- плановые показатели по уровням добычи газа 1D(t) с учетом создания ааг.р.соо, экспортно-импортных поставон, потребления на собстоенные ну:щы и потере газа в системе.

В моделях формирования оптимальной струнтуры распределения газа объемы ГКО распределяются по регионально- отраслевым потребителям I различного уровня детализации. При этом учитываются заявни потребителей Y*. их технологичесниа нужды Y*, объемы замещающих

топливно-энергетических ресурсов n'(t), эффективность распределения газа q (t) и замещающих его энергоресурсов qjСt). В результате решения задачи на отом этапе определяется оптимальный план распределения газа по потребителям - С y^t), yj(t) 3 с учетом возможности его замещения.

Под план распределения iy,(t)} и уровни добычи газа 4o(t) в моделях HOMr.ii". --а, формализующих процессы развития Функциональных подсистем добычи и транспортировки газа (типа производственных и производственно- транспортных моделей, разработанных в гл. 2,3), формируется оптимальный план развития месторождений и газотранспортной сети с учетом прогнозных запасов, имеющихся ресурсов, требуемых уровней резервирования (-точностей, структурообразующих отношений, специфических особенностей развития ЕСГ и др. фанторов.

В результате определяется топологичесная структура, уровни добычи по месторождениям P„(t) и потони X^t) газз по газопроводам, а также варианты их развития {M(t)> и £J(t)) соответственно.

С помощью расчетной модели формирования показателей согласования происходит увяэнз планов развития

распределительной и производственно- транспортной подсистем ЕСГ путем корректировки коэффициентов эффективности распределения:

q,(t) -» q] [t, PM(t). X/t)],

верхних пределов потребления газа:

Yj -► YJl[t. PH(t), X/t)].

a также уточнения значений n(t) и no(t).

При этом в качестве коэффициентов эффективности распределения газа могут выступать показатели, отражавшие эффективность его использования, надежность и

платежеспособность потребителя, региональную дифференциацию цен и другие факторы рыночной энономини.

Откорректированные показатели поступает в соответствующие модели комплекса и процесс согласования продолжается до стабилизации их значений.

Разработанные модели относятся к классу динамических дискретно- непрерывных моделей математического программирования большой размерности, при формализации которых реализован принцип гибкой структуры составляющих их элементов (библиотечная организация формализованных критериев и ограничений). Основное внимание при построении ноипленса моделей уделено разработке и исследованию моделей формирования оптимальной структуры распределении газа (СР) и методов их взаимодействия с моделями управления развитием подсистемы добычи и газотранспортной сети. Разработаны типовые модификации динамической модели синтеза оптимальной СР, позволяющие в различной степени учитывать региональный фактор развития ЕСГ, уровень детализации потребителей и эффективность распределения газа. Модель типа 1 позволяет учесть стратегии и приоритетность развлтия потребителей, замеиаемость газа, возможности раазития внутри- и межрегиональной

газотранспортное сети. Модель типа 2 предназначена для синтеза СР на уровне крупных отраслевых потребителей, увязанной с планами развития внутри- и межрегиональной газотранспортной сети при сложившихся пропорциях .регионально-отраслевого потребив!ия. Модель типа 3 ориентирована на системы со слабо выражек «ыми транспортными связями, распределение газа в котор'Л ведется по отраслевому прионгну (по отраслям и группам отрэ-'чей) с динамично изменяющимися пропорциями рэгионально-от.лслевого потребления.

Наряду с использованием стандартных методов, в диссертации разработаны, исследованы и обоснованы более эффективные методы решения, учитывающие специфику конкретных задач распределения: интервального программирования,

деномпоэиции и нвазистатического разложения. Для случая доминирования множества потребителей одного типа над другими (например, отраслевых над региональными) предложена релаксационная процедура, на каждом шаге которой решается пара ослабленных задач специального вида и по их решениям строится последовательность вложенных областей допустимых решений исходной задачи, содержащих ее оптимум.

Разработка и исследование методов взаимодействия моделей комплекса и итеративные процедур их согласования проводились на регионально- отраслевом уровне агрегирования системы. Для этих целей в диссертации построены взаимосвязанные регионально-отраслевая модель распределения (типа 2) и межрегиональная производственно-транспортная модель.

В модели распределения учитывается возможность развития подсистем добычи и межрегионального транспорта газа. Реаение ищется в непрерывных переменных: X1 и у' -уровни потребления газа з -оН отраслью я г -м регионом в период Ъ соответственно. Задача заключается в мансимизации отраслевого эффента использования газа при минимальных усредненных региональных затратах в его добычу и транспортировку:

тах V ( Та1 X1 - У д1 V1 ).

Ч « о 'я . — т г '

с учетом выполнения баланса по потреблений для всей системы, баланса отраслевого и регионального потребления, ограниченности потребления отраслями и регионами при выполнении стратегий их развития, например:

У

У

где а

Г е Я, Ь € Т;

е ^ (У, ). ген, I е Т.

•удельная эффективность использования газа а - ой отраслью; д* -удельные затраты в добычу и транспортировку газа в г -И регион; У1, У^ -пределы изменения уровня потребления регионом г в период Ъ1 - стратегия изменения потребления газа в регионе г.

Потребление регионов У*. геЯ ограничено возможностями добычи Р1 и пропуснными способностями транспортных элементов,

обеспечивающих подачу газа к этим регионам. Дна их оценки

производственно-транспортная задача формализована в виде открытой динамической транспортной модели, для чего обоснован "и осуществлен переход от сетевого (граф G) к матричному (двудольный граф GT) представлению топологической структуры ЕСГ.

Модель позволяет определить оптимальные уровни добычи Р1 в регионах гей и межрегиональных потоков Y1 по транспортным элементам rr'€Gr, минимизирующие суммарные затраты в добычу и транспорт газа при ограничениях на рязвитие добычи, пропускные способности и гаэопотони в сети, стратегии развития газодобывающих мощностей и пропускных способностей, баланс добычи и транспорта, балакс потребления Y1 в регионе г и транспорта газа, имеющего вид:

í' s Е Y'»r = Y', r'.r€GT; t£T (11)

г#

В соответствии с предложенной обшей схемой процедура согласования моделей оанлючается в следующем:

-на к -И итерации с помощью модели распределения решается задача синтеза CP и определяются оптимальные уровни потребления отраслей Х*а) и регионов y''*';

• -проверяется критерий останова (стабилизация значений переменных Y^ с заданной точностью с):

|уиь) _ ytu-i)| < ^ .. е R> t с Т. с > О; (12)

-если он но выполнен, то значения переменных Y* передаются в начестве паракетроа в производственно-транспортную модель в правую часть ограничения (11):

-с помощью производственно-транспортной модели решается

t (к )

задача определения оптимальных уровней добыч» Рг и поставок газа из мест добычи в места потребления Y***';

-на основа полученных ревений перес<.ятываются параметры задачи распре мнения:.

)/2 *r\r. s.v

. г. Yt(»l reR> teT

г w г' г

г'

и осуществляется переход к к+1 итерации.

Процесс согласования заканчивается при выполнениии условия (12).

Таким образом, каждая итерация описанного процесса согласования включает последовательное решение двух задач и переход от К -П к к+1 -В итерации записывается в виде:

Р<*). гг'са1]. Г^*11!.]. reft} —►

-» {Y^ * . rtí*}. где Q - оператор перехода.

Сходимость разработанной процедуры исследована при различных типах связующего ограничения (XI), доказана для обяего случая и подтверждена экспериментально.

Доказательство утверждений, обосновывающих ее сходимость, основано на том, что в процессе итераций последовательности значений {y'*'}*, rcR являются монотонно невоэрастающими и ограниченными снизу, т. е. 3 lio _ Yi<k>e< Y*1.

• Ряяпаботанныа модели я методы оформлены а виде методических материалов, реализованы в составе панетов прикладных программ и внедрены при ревекии ряда практических задач по формировании Схемы развитая и размещения газовой промышленности.

Пятая глава посвящена разработке методологии, моделей и методов стратегического планирования и управления развитием структуры КПС с учетом динамики функционирования элементов системы.

В работе (на примере информационно- управляющих систем (МУС)) показано, что при формировании планов стратегического развития систем рассматриваемого типа наряду с задачами, описанными в предыдущих главах, возникает ряд специфических проблем, связанных с исследованием динамичесних характеристик процессов функционирования системы в условиях неблагоприятных воздействий внешней среды. Важными примерами таких систем явля»тя: АСУ летательными аппаратами, спутниковые системы

связи, системы сбора и обработки разведданных, системы управления оперативных городских служб и т. п. В общем случае крупномасштабная МУС представляет собой сложную, многофункциональную распределенную систему, осуществляющую сбор, передачу и обработку информации. Она включает источники (ИИ) и пункты приема (ППИ) информации, узлы (УС) и каналы (КС) связи, центры обработки информации и управления (ЦОИ). Совокупность ИИ и ППИ, выполняя обеспечивающие функции, образует подсистему обеспечения информацией, а сеть УС и ЦОИ -подсистему сбора и обработки информации.

В диссертации (наряду с общими свойствами КПС) рассмотрены специфические особенности ИУС (подвижность элементов, наличке «зон доступности», высокие требования к оперативности и устойчивости функционирования и др. ), ноторые необходимо учитывать при моделировании и решении задач стратегического планирования и управления развитием структуры системы. Сформулирована и формализована в общем виде задача управления развитием структуры ИУС, которая заключается в том, чтобы при заданных структурообразующих ограничениях, обьемно-временных характеристиках информационных потоков, параметрах технических средств, тантико-технических и экономических показателях развития и функционирования и других фанторах определить рациональную структуру ИУС, системно-плановые показатели качества развития я функционирования ноторой удовлетворяют заданный требованиям. При этом, область ограничений, в рамках которых осуществляется развитие и функционирование системы, включает зависимости как аналитического, так и алгоритмического характера и регламентирует уровень качества функционирования, класс допустимых структур, объем потребляемых ресурсов, возможности технических средс'з и др.

В диссер-адии рассмотрены достоинства и недостатки основных методов реоония задач такого типа. На основе проведенных исследований и обобщения опыта ревения прантичесиг.х задач предложен новый подход, базирующийся на построен'-!! комплекса взаимосвязанных оптимизационных, имитационных и расчетных моделей (с учетом разбиения ИУС на

функциональные подсистемы). Ограничения и условия развития ИУС, задаваемые в аналитическом виде, формализуются в рамках соответствующих моделей оптимизации; алгоритмически задаваемые ограничения - с помощью имитационных моделей функционирования элементов системы; модели прямого счета обеспечивают формирование (оценну) показателей развития и функционирования системы, на основе которых организуются процедуры взаимодействия моделей комплекса.

Предполагаемые сценарии воздеЯствия внешней среды на систему реализуются о номпленсе в виде имитационных моделей, алгоритмизирующих законы (процессы) нарушения штатных режимов функционирования элементов и восстановления (полного или частичного) их работоспособности. Генерируемые в этих иоделях воздействия учитываются при моделировании процессов Функционирования элементов и подсистем ИУС.

При моделировании процессов развития и функционирования подсистемы обеспечения информацией на первом этапе решается задача выбора и размещения ППИ.

Для ее решения в рамках разработанного комплекса предложены различные формализованные модели, выбор которых зависит от специфини исследуемой системы и целей моделирования.

Например, необходимо создать минимальное число ППИ:

га*п Е , Е X*1. 1еТ. 1€11.

зоны доступности которых полностью покрывают траектории движения ИИ (с учетом ресурсных, логических и др. ограничения):

где: I1 -множество участнов траекторий движения ИИ, не лонрытых зонами доступности ППИ в период л' -множество возможных мест размещения, при размещении ППИ в которых хотя бы у одного варианта оснащения ППИ зонз доступности пересенаетея с Д*; Л1 - «координаты» (пространственные,

временные и др.) i -го участка траектории в период t; К* - множество вариаитов технического оснащения ППИ в J - м месте размещения в период t; û" -«координаты» зоны доступности ППИ в период t, размещенного в месте i, оснащенного по к -ну варианту на траектории движения ИИ, которой принадлежит учас-iOH i; Х*1=1, если в период t в j -м месте размещается ППИ, оснащенный no к - му варианту в Х*1=0 - в противном случае.

На основе полученного ревения с помощью разработанных имитационных. моделей моделируется процесс поступления информации от передающих средств ИИ иа приемные станции (ПС) ППИ и по результатам имитационного эксперимента проводится анализ полноты приема информации. Несмотря на достигнутую (в результате ревения предыдущей задачи) полноту покрытия траекторий движения ИИ зонами доступности ППИ, в системе может происходить потеря информационных посылок, обусловленная задержками в приеме при переключении ПС с одного ИИ на другой, недостаточностью колическтва ПС, воздействиями внешней среды я др. факторами. Для выработки оптимального решения в такой ситуации в составе комплекса предусмотрены соответствующие модели' выбора м размещения дополнительных ПС на ППИ. В качестве нритерия оптимальности в таких моделях наиболее часто используется минимум затрат на размещение и монтаж ПС на ППИ:

ter jej k£it' 1 iciji

при ограничениях на количество устанавливаемых ПС по типам оборудования и периодам развития (а также при ограничениях других типов, рассмотренных в диссертации):

ï, Е, х" tët,

jej iei* ,J * .

где -множество Г.ПИ, на которых необходимо размещение

дополнительных ПС .определяется по результатам имитационного

эксперимента): - множество типов ПС, которые могут быть

размещэ'.«! на j -м ППИ в период t; - множество ПС к -го типа kt

в период t; с^ -затраты на размещение и монтаж оборудования

ПС к - го типа на 3 - м ППИ в период АЬ1 - допустимое в период Ъ количество ПС к -го типа; если на з - и ППИ в период Ъ

размещается 1 -я ПС к -го типа и - в противном случае.

В результате решения, полученного на этом этапе, для каждого ППИ на основе объемов поступающей к нему информации (требующей дальнейшей обработни) оценивается потребность в вычислительных и других работах, проводимых в узлах МУС для ее обработни.

Полученные оценки используются далее в соответствующем модельном блоке комплекса при формировании структуры подсистемы сбора и обработки информации ИУС. С учетом этих оценон, а также ограничений по техническому оснащению, уровню загрузни и других условий развития элементов подсистемы решается задача синтеза ее топологической струнтуры. Для решения этой задачи в диссертации разработаны необходимые модели оптимизации, учитывающие ограниченность «зон обслуживания» УС и ЦОИ; степень резервирования мощностей; приоритетность и уровни обслуживания ППИ и др. фанторы. В начестве критериев оптимальности используются: минимум стоимости размещения узлов и каналов связи; минимум среднего расстояния между узлами сети; мансимум уровня обслуживания ППИ и др.

Например:

шах Т V V а X . " " и I ч

( 1, если с! з Э

1 ' Ч

% = ^

I « - {«V э) / э)). если

где I - множество мест размещения ППИ (получено из решения задачи управления развитием для подсистемы обеспечения информацией); Л -множество возможных мест размещения узлов подсистемы сбора и обработки информации; -потребность в вычислительных работах, необходимых для обработки информации, поступающей от 1 -го ППИ; -«расстояние» (время, стоимость передачи и т. п. ) от пункта 1 во Э - максимально допустимое «расстояние» между узлами сети; если 1 -И ППИ

соединяется каналом связи с .5 - м узлом и ~ в противном

случае.

Этот критерий максимизирует качество обслуживания ППИ, а коэффициент V служит его мерой. Изменяя параметр а, можно управлять качеством обслуживания ПЛИ в зависимости от «расстояния» до узла сети.

На основе моделей такого типа синтезируется структура подсистемы сбора и обработки информации ИУС и полученное решение используется затем в качестве исходных данных имитационных моделей процесса функционирования центров обработки, узлов и каналов связи. В результате имитационных экспериментов формируется совокупность экономических в тактико-технических характеристик ИУС (время ожидания в очередях, степень загрузки элементов, время полной обработки информации и др. )

Значения полученных характеристик во многом зависят от алгоритмов обработки информации и распределения работ по узлам сети. Если они не удовлетворяют ЛИР, то на основе разработанных □ диссертации моделей решается задача перераспределения вычислительных работ по узлам связи и центрам обработки. В качестве критерия оптимальности (в зависимости от условий развития ИУС в результатов моделирования в предыдущих блоках комплекса) может быть выбран минимум суммарного времени выполнения вычислительных работ, минимум затрат на выполнение работ, минимум затрат на хранение, ведение и обновление массивов данных и др.

Например:

ein { £ X X [t 4-t+T+Vb (t+r)y 1 +

if) n«

'+ Е ь у V.

.У» *ь *

где X -частота выполнения вычислительной работы 1 узла р; Ь, -число обращений вычислительное работы 1 увла р к массиву

X рп

п; Ь -частота обновления п -го массива из узла Ъ ,

пД

-время вьвюлнения вычислительной работы 1 узла р в узле 1 -время на передачу запроса между узлами р и 3; -время

обращения из узла 3 (где выполняется работа 1) в узел к (где хранится массив данных п); -время передачи информации из

узла 3 при обновлении п -го массива узла к; т -время на

¡р

получение результата работы в узле р из узла т -время на

передачу информации из узла к в узел 3 ; X, =1. если 1 -я

вычислительная работа р -го узла выполняется в узле 3 и X =0

1РЛ

- в противном случае; Упрк~1> если п -И массив р -го узла хранится в узле к и Уярк"0 ~ в противном случае.

Это выражение формализует стремление и минимизации суммарного времени выполнения вычислительных работ с учетом использования, хранения и обновления массивов исходных данных.

Полученное решение используется затем для корректировки исходных данных задачи синтеза топологической структуры системы.

Разработанные а составе комплекса взаимосвязанных моделей имитационные модели ИУС представляют собой логико-математическое списание структуры и динамики функционирования системы, реализованное в виде программы для ЭВМ. При практическом использовании разработанного в диссертации конпленса моделей наиболее часто применялись различные версии языка имитационного моделирования вРвЗ . где процесс функционирования моделируеной системы рассматривается как последовательность событий, каяшоэ из которых представляет собой множество взаимодействий между элементами системы и с внешней средой.

Результаты моделирования процессов развития

функциональных подсистем ИУС используются далее в расчетных моделях номпленса для формирования интегральных тантико-технических и экономических показателей развития и функционирования систены в целом. Проводится их анализ и (если это необходимо) вносятся целенаправленные изменения в соответствующие модели комплекса, основанные на корректировке требований к системно-плановым показателям,

структурообразующим ограничениям, внепиим условиям развития и функционирования ИУС.

Необходимые изменения моделей формируются на основе процедур адентифинацни и устранения «узких мест» в ИУС за счет

использования маневренных качеств системы, отражающих потенциальные возможности ее коррекции. В диссертации предложены два вида маневра в процессе корректировки моделей: маневр первого рода - без изменения структуры системы (внутри модельных блоков функциональных подсистем) и маневр второго рода - включает как технологические, так и структурные изменения (для системы в целом).

Процедуры корректировки и согласования моделей номплокса, основанные на идентификации и устранении «узких мест> в системе, отличаются сложностью формализации и алгоритмизации, а также предполагают использование ЛПР дополнительной информации. Сходимость разработанных в диссертации процедур и согласованному решению эз приемлемое число итераций (от 4 до 10) подтверждена экспериментально в процессе разработки и внедрения комплексов взаимосвязанных моделей для конкретных ИУС специального назначения.

В шестой главе приведены результаты исследований в области разработки прикладных комплексов моделей и их практического использования при моделировании и оптимизации развития структуры КПС различного типа и назначения, имеющих важное народнохозяйственное значение. Данные исследования базируются на использовании методологического подхода, комплексов взаимосвязанных моделей и методов,, разработанных в диссертации.

На основе предложенных в диссертации моделей и методов управления развитием КПС производственно-транспортного тип» разработаны комплексы динамических моделей и пг^го^ены серии многовариантных расчетов при фориир^лаьии отраслевых и региональных перспективньш- планов энергетического

строительства в рамн^л ОАСУ «Знергетина», а также при подготон."» - анализе эариантоо развития Нанско-Ачинского ТЭН в долгосрочной г.рс.» рампе развития Красноярского края.

В рамках поставленных задач стратегического планирования н управления для моделируемых электроэнергетических систем определялись: объемы ввода слекгрогенерируюших мощностей и электросетевого гтроительства с учетом перетоков между центрами нагрузки; состав, тип и этапность развития вводимых

объектов, с учетом перебазировок мощностей строительных организаций; уровни потребления электроэнергии по видам нагруони (базисная, пиковая, полупиковая); укрупненная технология строительства, распределение капитальных вложений и других ресурсов (знлючая трудовые); количество одновременно сооружаемых объентов и объемы незаверванного строительства; затраты на ' социальное, жилищное и культурно- бытовое строительство я другие понаоатали.

При формировании долгосрочной программы развития многоотраслевого территориально- промыилекного номпленса Красноярского края моделировались различные сценарии, характеризующиеся определенными межотраслевыми пропорциями, сочетаниями н взаимосвязями планов развития отраслей и нрупных предприятий. В моделях комплекса рассматривалось более 10 отраслей (энергетика, маяяносгроение, металлургия,

горнодобывающая, лесная, химическая а др. виды промышленности)! при этом варианты энергетического строительства Нанско-Ачинского ТЭН я ГЭС Ангвро-Енисейсного каскада увязывались (ресурсно, технологически и т.п. ) с вариантами развития конкретных хозяйственно- промыэленных объектов.

Полученные в диссертации результаты использовались.также при ревенки других практических задач: при обосновании рациональных уровней производства и формировании струнтурных сдвигов промышленного потенциала регионов в рамках Программы конверсии предприятий ВПК; при подготовив и обосновании Программы развития ТЗН Зимбабве и др.

Разработанные в диссертации модели и методы управления развитием структуры НПС производственного типа использовались о составе математического обеспечения ОАСУ «Зпэктро» пря формирования планов капитального строительства

электротехнической промышленности с учетом динамика развития промышленных объединений я отдельных предприятий. Задача заключалась в определении: оптимальных вариантов развития; распределения мощностей строительно- монтажных организаций, объемов капитальных вложений и СИР по предприятиям; состава и специализации задельных объентов с учетом сбалансированности

выпусна многонсменклзтуриой продукции, кооперированнньгх взаимосвязей, производственных, ресурсных, технологических и др. типов ограничений. При проведении серий практических расчетов основное вникание удслллось сбалансированности получаемых решений на всех уровнях агрегирования системы, сни^онию уровня дефицитности производимой продукции, концентрации капитальным вложений на пусковых комплексах с высокой степенью готовности, уменьшению объемов незавершенного строительства и другим важным фактора;:.

Модели.разработанного комплекса использовались танхо при экспертизе бизнес-планов проектов реконструкции и развития промышленных производственно- технологичоских систем для оценки эффективности и анализа целесообразности финансовой поддержки проектов средствами трастопо-инвестиционной компании.

На основе разработанного в диссертации номлленса взаимосвязанных моделей управления развитием подсистем добычи, транспортировки и распределения газа о рамках ОАСУ «Газ» и Центрального комплекса задач АСПР ТОН были проведены серии многовариантных расчетов при формировании Схемы развития и размещения газовой промышленности на перспективу. ■ Полученные решения позволили определить: состав газопромыслов и газопроводов, включаемых в программу развития отрасли; темпы и очередность разработки месторождении и ниток -газопроводов; тип и технологические схемы соединения технических средств; структуру распределения поставок газа по потребителям различного уровня {отраслевые, региональные, областные и др. ); динамику освоения СМР и другие показатели с учетом эффективности потребления и возможностей замещения газа другими видаки топливно- энергетических ресурсов. При решении задач развития и размещения газовой промышленности большое внимание уделялось моделированию развития отдельных регионов (СРТО, Урал, Север Европейской части РФ и др. ), магистральных коридоров (СРТО-Пунга-Ухта-Грязовец-Торжок и др.), а также формированию и корректировке структуры распределения газа различных уровней агрегирования.

Разработанный в диссертации комплекс взаимосвязанных ноделей и методов управления развитием структуры КПС с учетом

динамических характеристик процессов функционирования использовался в системах поддержки принятия управленческих решений при синтезе и анализе структуры распределенных информационно- управляющих систем специального назначения. Задача моделирования заключалась в выборе вариантов развития, комплексов технических средств и пространственного размещения элементов системы различного типа (управления, сбора, обработки и передачи информации) с учетом подвижности и наличия «зон доступности» элементов, затрат на создание и эксплуатацию системы, а танжо требований, н оперативности управления, загрузке и резервированию технических средств, устойчивости системы относительно воздействий внешней среды и других характеристик качества функционирования.

Полученные результаты внедрены в . составе

программно-алгоритмического обеспечения АСУ летательными аппаратами (АСУ ЛА) при проектировании развития и исследовании функциональных характеристик системы, предназначенной для выполнения последовательности взаимосвязанных функция по измерению, сбору, передаче и обработке телеметрической и другой информации о функционировании ЛА, траекторным измерениям, выработке управляющих воздействия и нонтролю за их реализацией.

Разработан и внедрен комплекс оптимизационных и имитационных моделей управгения развитием и анализа функционирования контрольно-измерительного сегмента космодрома «Байконур».

На основе полученных результатов соадан

программно- вычислительный комплекс моделирующего стенда системы сбора и обработни информации артиллерийсноИ разведки.

Результаты теоретических и прикладных исследований по разработке комплексов взаимосвязанных моделей стратегического планирования и управления развитием структуры КПС различного типа и назначения, полученные в диссертации, отражены в ряда межотраслевых и ведомственных Методических материалов, а также в учебных курсах ВУЗов соответствующего профиля.

В работе показано, что внедрение полученных результатов при проведении конкретных прикладных исследований дает более

лопнув оценку вариантой развития струнтуры системы и ее алацентов, позволяет учесть динамику вх развития в функционирования, расширить множество исследуемых вариантов и сократить время моделирования, обеспечивает сонрацение затрат к сроков проектирования системы при существенном улучшении ее экономических ■ тактико-технических характеристик. При проектировании различных систем на практика экономический эффект от внедрения составил от 7 во 17* по объемам капитальных вложений в сравнении с плановым» ревзниянн, полученными. традиционным способом. Например, при подготовке Схемы развитая и размещения газовой промышленности на перспективу до 2000 и 2005 г. г. получен подтверязданныЗ екагодныЯ экономически!) эффект более 7 млн. руб. (в постоянных ценах на момент внедрения).

В Прилежании 1 рассмотрены методологические вопросы построения и использования инструментальных средств касннноВ реализации оадач стратегического планирования в управления раавнтяеи структуры КПС.

В 11*мжохвявв 2 приводятся документы, подтверкдаюиЕе внедрение результатов диссертации.

Оавоши пэу»таш в выводы.

В диссертационной работе на основе выполненных автором исследований разработаны теоретические положения в области построения математических моделей и методов моделирования процессов развития структуры КПС, совокупность которых сиовт важное значение в развитии перспективного направления (комплексы взаимосвязанных неделе! стратегического планирования ■ управления) теории и практики управления. Проведено теоретическое о экспгриионтальное исследование, а такжэ практическая реализация ^заработанных модален, методов а программных средств при ре сенса аадач стратегического планирования в управпения развитием структуры важных МПС различного типа и нааначакля. Ревенные в диссертации научные и практические проблемы ямэеюг больвое народнохозяйственное значение как теоретгчосяая, методологическая в прикладная

основа создания математического и программно- алгоритмического обеспечения автоматизированных систем поддерганя принятия управленческих решения в системах рассматриваемого класса.

Основные полученные в диссертации научные и практические результаты состоят в следующем.

1. На основе анапиоа отечественных и зарубежных исследовании, а такте изучения содержательных постановок задач в области управления развитием структуры сложных технино-экономических систем разработаны нонцептуальные принципы и теоретические основы построения и формализации комплексов взаимосвязанных моделей и методов их взаимодействия, а также методология их практического яспользования при моделировании процессов развития структуры :<ПС. Разработанный подход позволяет с необходимой степенью адекватности описывать процесс развития системы на равных уровнях детализации, учитывать динамнну и дискретный характер развития элементов, формализовать ресурсные, технологические, логические и др. ограничения и решать на единой методологической основа широкий класс задач стратегического плакирования и управления развитием структуры промышленных систем различного типа и назначения (производственные, производственно- транспортные, топливно- энергетические, информационно-управляющие).

2. Для роиехия задач стратегического планирования и управления развитием струнтуры МПС провэводственно-транспортного типа впервые разработан комплекс взаимосвязанных динамических моделей, включающий модели формирования системно-плановых показателей рззвития, модели раавития и размещения региональных подсистем и отдельных функциональных элементов, с учетом конъюнктуры рынка, безубыточности производства, нелинейного характера технологических зависимостей и др. факторов. Предложены и обоснованы итеративные процедуры «горизонтального» я «вертикального» взаимодействия моделей (в том числе с линейным и адаптивным загом), обеспечивающие формирование согласованных вариантов извитая системы на различных уровнях агрегирования.

3. Разработан комплекс взаимосвязанных моделей

стратегического планирования в управления раавитиен структуры крупномасштабных производственных систем, включающий координирующую распределительную модель для системы в целом, агрегированные модели развития промышленных объединения и детализированные модели развития производственных элементов. Предложены формализованные постановки типовых задач управления развитием для различных уровней агрегирования системы. Разработанные модели позволяют учитывать такие характерные особенности рассматриваемых систем, как дискретность развития, нногономекклатурность производимой продукции, наличие кооперированных и технологических взаимосвязей в системе и яр.

Разработаны алгоритмы формирования альтернативных технологичесни допустимых вариантов развития производственных элементов. Предложена и обоснована итеративная процедура согласования вариантов развития промышленных объединений, ориентированная на максимизацию степени удовлетворения потребности в производимои продукции на рынке потребителей.

4. На примере Единой системы газоснабжения разработан комплекс взаимосвязанных моделей управления развитием структуры НПС а условиях комплексного взаимодействия подсистем производства, транспортировки ' и распределения продукции. Разработаны й обоснованы методы взаимодействия моделей комплекса и итеративные процедуры -их реализации, обеспечивающие формирование согласованного плана стратегического развития системы с учетом динамики развития месторождений и газотранспортной сети, приоритетов я стратегии развития потребителей, возможностей замещения газа другими видами ТЭР, эффективности распределения и др. факторов.

Формализованы и исследованы типовые задачи синтеза структуры распределения газа. С учетом специфики решаемых задач предложены я реализованы эффективные методы их решения, основанные на использована» принципов интервального программирования, релаксация, декомпозиции и ввазаетатичоского рзопогааная.

5. Разработан оригинальный оптимизационно- имитационный комплекс взаимосвязанных моделей м методы их взаимодействия при синтезе и анализе функционирования структуры

крупномасштабных информационно- управляющих систем, позволяющие формировать оптимальный план стратегического развития системы с учетом ее адаптационных характеристик, воздействий вневней среды, траенторий движения источников информации и наличия «зон доступности», уровня загрузни и степени резервирования элементов системы, требуемой полноты приема, времени и алгоритмов обработки информации.

6. Для практического решения задач стратегического планирования а управления развитием структуры КПС на основе предпочтенных комплексов моделей разработаны вычислительные методы я программно-алгоритмическое обеспечение, реализованные в виде соответствующих пзкатоа прикладных программ в системах подлердан принятия управленческих репений.

7. Осуществлена экспериментальная проверка эффективности разработанных в диссертации концептуальных принципов, методологии моделирования, моделей и методов стратегического планирования и управления развитием структуры КПС путем их практического использования 8 автоматизированных системах поддержи» принятия управленческих решеняП.

Рэеряботанныа в диссертации модели и методы использованы в составе соответствующих подсистем: ОАС У «Энергетика» при формировании перспективных планов развития отраслевых и региональных топливно-энергетических комплексов

(Оргэнергострой, ВНИИНТЭП); ОАСУ «Газ» и ЦКЗ АСПР ТЗН при подготовке Схемы развития и разнесения газовой промызленности на перспективу (ВНИИЭгзэпром, ВНИИХТЭП); АСУ летательными аппаратами (в/ч 73790); программно-вычислительного комплекса проектирования и анализа Функционирования контрольно-измерительного сегмента космодрома «Байконур» (в/ч 68529); коделирующого стенда системы сбора и обработки разведданных ГРУ НО (в/ч 42261), а также при реяен-лн ряда других важных практических эадач (Минтранс Р®, МВЭС, ИФ «Гаа-инвест», АО «Траисинвестсервис» и др. ). В результате выпущен ряд Иэтодин и получен значительный тантико-технический, социальный, з танк» подтвержденный экономический эффект в размере 7-17% от объемов капитальных вложений, что, например, для задач развития я размещения газовой промышленности составляет более 7 млн. руб.

в год (в постоянных ценах на момент внедрения).

Публикации по теме диссертации.

1. Акинфиев В. К. , Карибский А. В. , Цвиркун А. Д. Инвестиционные модели планирования развития крупномасвтабных систем. - Автоматика и телемеханика, 1980, N 3.

2. Карибский А. В. Цвнрнун А. Д. Управление развитием структур крупномасштабных систем. / в кн.: Теория и техника управления. - М.: Институт проблем управления, 1981, д. с. п.

3. Карибский А. В. Инвестиционные модели планирования развития структуры Единой системы газоснабжения. / в кн.: Методы анализа и синтеза автоматизированных систем управления.

- М.: Институт проблей управления, 1981.

4. Карибский А. Е , Филиппов В. А. Оптимизационно-имитационный подход к решению задач планирования развития крупномасштабных систем. / в кн.: Синтез и проектирование многоуровневых систем управления - Барнаул: ЛГУ, 1982.

5. Карибский А. Е Моделирование развития структуры крупномасвтабных экономических систом. / в кн. : Системное моделирование социально-экономических процессов. - Таллин: ИК, 1983.

6. Лкинфиев В. И. , Карибский А В. , Цвиркун А. Д. Модели и методы управления развитием структур крупномасштабных систем.

- Автоматика и телемеханика, 1983, М 8.

7. Лкинфиев В. Н., Карибский А В. , Цвиркун Л. Л. Управление развитием структур крупномасштабных топливно-энергетических систем. / Препринт. - М.: Институт проблем управления, 1983.

8. Карибсний А. В., Штульиан И. И. Модель формирования вариантов и оптимального выбора комплекса технических средств газотранспортных систем. / в кн. : Методы исследования нелинейных систем управления. - М. : Наука, 1983.

-< 9. Нарибсний А. В- Двухуровневый комплекс взаимосвязанных моделей плакирования развития структуры нрупномасотабных региональных систем. / в кн.: Системный анализ социально-экономических проблем регионального развития. Новосибирск: ИЗ и ОПП, 1984.

10. Карибсний А & Комплексный подход н планированию развития структуры крупномасштабных экономических систем. / в кн.: Теория, методология и практика системных исследований. -К.: ВИНИТИ, 1.984.

11. -Йзрибский А. В. Автоматизация проектирования оптимальней структуры крупномасштабных систем. Всесоюзная конференция ло автоматиэации проектирования систем управления. Тезисы/Докладов. - Н. : ВИНИТИ, 1984.

г'1. Карибсний К В. , Шишорин П. Р. Модель распределения огрзчиченного ресурса в отраслевой системе перспективного планирования. / в кн.: Детерминированные и стохастические системы управления. - И.: Наука, 1984.

13. Карибсний А. К , Цвиркун К Д., Яковенно С. О. Математическое моделирование управления развитием структур нрупномаевтабиых систем. / Препринт. - М.: Институт проблем управления, 1985.

14. Карибский А. Е Нотоды согласования планов развития региональных подсистем ' крупномаевтзбной производственно-транспортной системы. Всесоюзный семинар по методам синтеза и

планирования развития структуры крупномасштабных систем. Тезисы докладов. - М. : Институт проблем управления, 1985.

15. Карибский А. В. Методы контроля и управления развитием структуры крупномасштабных систем. / в кн. : Проектирование автоматизированных систем нонтропя и управления сложными объектами. - Харьков: ХИРЭ, 1386.

16. Карибский А В. , Шишорин Ю. Р. Декомпозиция и координация в задачах планирования развития структуры ЕСГ. / в кн. : Декомпозиция и координация в сложных системах. . -Челябинск: ЧПИ, 1Э86.

17. Нарибсний А. В. Методология планирования и управления реализацией планов развития крупномасштабных систем. Всесоюзная конференция по автоматизации проектирования систем планирования и управления. Тезисы донладов. - М. : ВИНИТИ, 1987.

18. Карибский А. В. Процедуры согласованного планирования развития крупномасштабных, систем. / в кн. : Методы оптимизации сложных систем. - М. : Наука, 1987.

19. Нарибсний А. Е , Рыльсная Т. В. Управление развитием структуры крупномасштабных систем в условиях неопределенности. / в кн. : Анализ и синтез распределенных информацианно-управпяющих систем. - Тбилиси: Мицниереба, 1987.

20. Карибский А В., Шишорин D. Р. Модели и методы дискретно-непрерывной оптимизации в задачах планирования развития крупномасштабных производственно- транспортных систем. / в нн. : Дискретная оптимизация и компьютеры - M. : ЦЭМИ, 1987.

21. Карибский Л R , Цвирнун А. Д. Управление развитием структуры крупномасштабных производственно-транспортных систем. • Сложные системы. Оптимизация структуры и функционирования: Сборник трудов. - К. : Институт проблем управления, 3988.

22. Карибский А. В. , Рыльсная T. Н. Стохастическое моделирование в задачах планирования развития сложных систем / в кн. : Распределённые информационно- управляющие системы. Саратов: СГУ, 1988.

23. Карибский А. Е , Цвиркун А. Д. , Шишорин D. Р. Моделирование развития структуры крупномасштабных производственно-транспортных систем. - Автоматика и телемеханика, 1989, Ч. 1 - N 2, Ч. 2 - H 4.

24. Нарибсний А. В. , Габалин А 5. , Шишорин D. Р. Комплекс взаимосвязанных моделей синтеза и анализа функционирования структуры распределенной информационно-управляющей системы. / в нн. : Синтез структур автоматизированного управления в крупномасштабных системах. - Херсон: ХИИ, 1989.

25. Нарибсний А В. , Рыльская T. R Моделирование социально-экономического развития региона. Крупномасштабные системы. Моделирование развития и функционирования: Сборник трудов - М. : Институт проблем управления, 1990.

26. Карибский А. В., Шишорин ». Р. Автоматизированная система синтеза структуры газоснабжения (синтез отраслевой структуры). / Препринт. - М. : Институт проблем управления. 1990.

27. Карибский А В. , Габалин А. В., Шишорин 0. Р. Моделирование функционирования распределенных информационно-управляющих систем. Крупномасштабные системы. Моделирование

развития и функционирования: Сборник трудов - Н. : Институт проблей управления, 19Э0.

28. ' Нарибсний А. & Построение комплексов взаимосвязанных моделей развития и функционирования крупномасштабных систем. / в нн.: Нетоды синтеза и планирования развития структур крупномаснтабных систем. - М-: Институт проблем управления, 1990.

29. Карибский А. В., Габалин Л. В. , Юишорин Ю. Р. Моделирование развития и функционирования структуры АСУ ПА. / в кн.: Методы синтеза и планирования развития структур крупномасштабных систем. -М.: Институт проблем управления, 1990.

30. КарибскиИ А. В, Шноорин D. Р. Автоматизированная система синтеза структуры газоснабжения (синтез регионально' отраслевой структуры). / Препринт. - И. : Институт прблем управления, 1991.

31. Карибский А- В. Комплексный подход к моделирование развития и функционирования крупномасштабных систем. / в кн.: Синтез структур автоматизированного управления в крупномасштабных системах. - Херсон: ХИИ, 1992.

32. Карибский А. Е , Шишорин Ю. Р. , Пабуда В. Т. Интегрированная среда для решения задач управления развитием крупномасштабных систем. / в нн. : Синтез структур автоматизированного управления в крупномасштабных системах -Херсон: ХИИ, 1992.

33. Karibskiy A.V., Tsvirkun А.О. The management of the development process of the structure of large-scale production and transportation systems. The optimization of the structure and control processes in large-scale socio-economic systems -Bucurest, Institute of control and informatics, 1985.

34. Karibski A.V.. Shishorin J.R. ft complex of models for planning the structure development of the single system of natural gas supply for the national economy. The optimization of' the structure and control processes- in large-scale socio-economic systems. - Bucurest: Institute of control and informatics, 1935.

35. Karibskiy A.V. Managing the development of large-scale systems. - Mathematics and Computers in Simulation, 1991, N 33.

36. Tsvirkun ft.D, Karibskii ft.V. Regional Systems: Strategic Modelling and Management of Development. Proc. IFAC Symposium on Modelling and Control of National and Regional Economies. Queensland, Australia, 1995.

Личный выпад диссертанта в работы, выполненные в соавторстве, состоит в следующем:

в [2,4,13,19,21,33,36] проведен анализ состояния основных работ в области исследований, выделены нерешенные проблемы, намечены пути и методы их решения;

в [1,4,6-8,12,13,16,19-27,30,32-34,363 разработаны концептуальный подход к моделированию, формализованные модели и методы решения поставленных задач;

а (7,13,16,23,33] дано теоретическое обоснование полученных результатов;

в [7, 8, 24, 26, 27, 29, 30} разработано математическое обеспечение иоделируючнх программных комплексов.