автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Методы согласованного планирования в активных производственных системах с зависимыми элементами

Институт

проблем

управления

РАМ

На правах рукописи

Уандыков Берик Кусманович

МЕТОДЫ СОГЛАСОВАННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ В АКТИВНЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ С ЗАВИСИМЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Специальность 05.13.10 "Управление в социальных и экономических системах"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1998 г.

Работа выполнена в Казахском Государственном

политехническом университете.

Научный руководитель:

- доктор технических наук, профессор Бурков В.Н.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор Цвиркун А.Д.

- кандидат технических наук Сочнев С.В.

Ведущая организация: Московский Государственный горный

университет

Защита состоится «__»_. 1998 г. в_часов на

заседании Диссертационного Совета Д. 002.68.03 Института проблем управления по адресу: 117806, Москва, ул. Профсоюзная, д.65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института проблем управления.

Автореферат разослан «__»_1998 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета, / т.н.

Власов С.А.

Методы согласованного планирования в социальных и экономических системах развиты в работах А.А. Апшмова, К.А. Ба1риновского, В.Н. Буркова, Б.А. Джапарова, А.К. Екалеева, В.В. Кондратьева, К.С. Сагынгалиева и других ученых. Однако, полученные фундаментальные результаты в недостаточной степени упитывают факт технологической зависимости активных элементов в единой технологической цепочке. Требуется модификация общих схем применительно к активным производственным системам с зависимыми элементами. Это определяет актуальность темы диссертационной работы, посвященной разработке и исследованию механизмов согласованного управления в активных системах с зависимыми элементами.

Цель работы состоит в разработке эффективных механизмов согласованного планирования в активных системах с зависимыми элементами.

Методы исследования базируются на использовании аппарата теории активных систем, . теории графов, математического программирования.

Научная новизна и значимость основных результатов состоит в следующем:

1. Дана постановка и предложены методы решения задачи согласованного планирования в активных системах с зависимыми элементами.

2. Дана постановка и предложены методы решения задачи согласованного управления развитием по критерию длительности производственного и коммерческого циклов.

Практическая значимость результатов работы определяется тем, что они составляют методическую основу разработки системы управления

«под заказ» в условиях децентрализации управления предприятием. Как отмечалось выше, переход на планирование «под заказ» (в более общем плане, на управление по результатам) является основным условием повышения эффективности работы предприятия.

Практическая реализация результатов работы осуществлена на Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате, где впервые : разработана и принята в промышленную эксплуатацию автоматизированная система оперативного согласованного управления основным производством.

В настоящее время разработанные в диссертации методы послужили основой создания методических материалов, применяемых фирмой <(РОЭЛ-КОНС/Ц1ТИНГ)> при разработке планов реформирования и реструктуризации предприятий.

Личный вклад. Все основные результаты получены автором.

Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертационной работе докладывались на семинарах Института проблем управления РАН и Казахского национального технического университета, на VIII Всесоюзном совещании по управлению Большими системами (Алма-Ата, 1983), IX Всесоюзном совещании по проблемам управления . (Ереван, 1983), XIV Мевдунйродном совещании ИФАК / ИСАГА (Алма-Ата, 1984), III Всесоюзном семинаре по оперативному управлению в АСУ (Москва, 1984), X Всесоюзном совещании по проблемам управления (Алма-Ата, . 1986), X Всесоюзном совещании по управлению иерархическими активными системами (Тбилиси, 1986), Международной научно-практической конференции по управлению Большими системами (Москва, 1997), Юбилейной научной конференции МФТИ (Москва, 1997), Международном семинаре СОВНЕТ'97 по управлению проектами в условиях переходной экономике (Москва, 1997).

Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 10 печатных работ общим объемом 1,5 печатных листа,

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы и содержит 106 страниц.

Содержание работы

В первой главе дается обзор по методам согласованного планирования и постановка задач исследования.

Совершенствование управления народным хозяйством немыслимо без. совершенствования механизмов планирования и управления его первичными хозяйственно-самостоятельными элементами промышленными предприятиями.

Для производственных систем, особенности которых заключаются в иерархичности структуры управления, целенаправленном поведении как самой системы, так и ее производственных элементов, основными средствами согласования интересов в процессе управления могут служить процедуры планирования и стимулирования.

Теория активных - систем является одним из перспективных направлений развития теории управления, изучающих организационные системы, элементы которых обладают свойствами «активности». Это свойство связано с целеполаганием и целенаправленным действием как управляющей подсистемы (центр), так и управляемых подсистем (активных производственных элементов), при этом целя центра и активных элементов могут не совпадать.

В теории управления активными производственными системами (АПС) наиболее широко исследованными являются системы с независимыми производственными элементами (НЭ), при описании

модели которых выделяются три составные части: описание структуры; описание состояния и множества допустимых состояний структурных элементов и системы в целом; описание механизма функционирования АПС. В простейшем случае структуру таких систем можно представить в виде двухуровневой АПС «веерного» типа, состоящей из центра на верхнем уровне, n-активных производственных элементов (АПЭ) на нижнем уровне с независимой целенаправленной деятельностью друг от друга в управлении технологическими процессами и элемента «внешняя среда» (ВС), а также связями между ними (рис. 1) Центр формирует план системы х = (x¡, i = 1,п} как совокупности планов x¡ независимых элементов i = 1,п, который принадлежит множеству X, определяемому свойствами математической модели иа производственно-технологическом урозне. х 6 X, X| е X¡, где X¡ - множество допустимых планов i-ro элемента, каждый i-й АПЭ реализует планы x¡ в виде состояния y¡ из -множества возможных состояний Y|, адекватно описывающих их производственно-технологические возможности, yi е Yb i = l,n. Состояние i-ro АПЭ задается -вектором у = {уу, j е J¡}, где уу j-й показатель i-ro элемента, a J¡ - множество всех показателей i-ro элемента, Ji {I, 2, ... , R|}, у, 691®1, Sí"' - ni-мерное векторное пространство. Состояние центра совпадает с состоянием системы и описывается совокупностью состояний всех ее АПЭ у = {y¡, i е I}, у е Y, I (I, 2,..., п}- множество допустимых состояний системы определяется ограничениями, задающими множество возможных состояний АПЭ-в и

■ глобальными ограничениями, Y™, то есть Y = Y™

n(0Y|J-

Рис. Î. Структурная схема двухуровневой агсгивпой производственной системы «веерного типа».

В теории активных систем предполагается наличие у центра (системы) и АПЭ целевых функций, которые отражают ici зкономггческиз интересы и которые они стремятся максимизировать в результата своего функционирования. Целевая функция центра fo(x,y) в общем случаз зависит от аргументов х, у, где х - (xi) - план системы и удовлетворяет соотношению:

£>(х,у) £fo(y,y) Vx,yeY которое содержательно означает, что если система находится в состоянии у, то центру рыгоднее, чтобы именно это состояние было запланировало. Целевая функция i-ro АПЭ задается функцией стимулирования f¡(X|,yi), которая зависит от аргументов x¡, y¡ и удовлетворяет соотношению

fi(xi,y¡) S fi(yi,y¡) V x¡, у, 6 Y¡. (l]i

Совокупность всех функций стимулирования образует систему стимулирования АПС f(x,y) = {f¡(Xi,yi), i б 1}

Соотношение (1) позволяет представить функцию стимулирования I го АПЭ в виде:

где Ь;(у|) = £(у|,уО функция выигрыша 1-го АПЭ по результатам выбора состояния уь а

функция штрафа 1-го АПЭ по результатам выполнения плана X;.

Далее примем следующее предположение о целенаправленном • Поведении АПЭ, а именно при заданном . плане х,, который устанавливается центром, 1-ый АПЭ выбирает свое состояние из условия

При заданной структуре А ПС под механизмом управления (функционирования) £ = я, 0 понимается совокупность ЭДх,у) целевой ' функции системы, я - принятой в системе процедуры планирования (правила, определения центром плана х = (х;) системы) и Дх,у) - функции

стимулирования системы, которая представляет из себя совокупность . функций стимулирования АПЭ.

Для активных систем с независимыми элементами сформулированы и исследованы задачи оптимального согласованного планирования в работах А. Ашимова, В. Буркова, В. Кондратьева, Б. Джапарова, К. Сагынгалиева и др. Показано, что решение задач оптимального согласованного планирования при определенных условиях можно свести к задачам математического программирования с последующим применением известных методов оптимизации.

Если Центр формирует планы на основе информации, получаемой от активных элементов, то важно обеспечить достоверность этой

= ь,(уО -

информации (согласование по достоверности информации). Механизмы, обеспечивающие достоверность информации, называются механизмами открытого управления (честной игры).

Наконец, если Центр принимает решения на основе имеющейся информации и система штрафов достаточна для того, чтобы эти решения были выполнены активными элементами, то задача согласования вырождается в обычную задачу оптимизации. В диссертационной работе ставится задача исследования перечисленных задач согласования для активных производственных систем с зависимыми элементами.

Теоретические результаты изложены во второй главе.

Первый параграф посвящен исследованию задачи согласованного планирования, где согласование понимается в смысле выполнения плана.

Рассмотрим сначала простейшую производственную систему с зависимыми элементами, представляющую собой последовательную цепочку технологически связанных подразделений (участков,'цехов и т.д.), представленную на рис. 2.

Рпс. 2.

Далее будем называть отдельные подразделения цехами. Зависимость между цехами проявляется в том, что для выпуска продукции цехом (1+1) необходима поставка продукции из цеха 1 в количестве

Обозначим N¡+1 - максимально возможный выпуск продукции в цехе (¡+1) при условии, что из цеха { поступает достаточное количество продукции. Ограничения N¡+1 являются внутренними ограничениями для цеха 0+1) и

отражают либо ограниченность мощностей, либо ограниченность трудоаш ресурсов. Таким образом множество возможных состояний активной системы У описывается неравенствами

1=1,п-1. ^¿N1, 1251, п.

В качестве целевой .функции системы в целом примем выпуск конечной

продукции уц. Целевые функции цехов возьмем в виде

если у1 = х, если у, Ф х(

Такой вид целевой функции часто встречается на практике и соответствует премированию величины Д( за выполнение плана = Х|) либо наказанию (уменьшению оплаты труда) в виде штрафа pj в случае невыполнения плана. Следующая лемма устанавливает вид множества согласованных планов системы.

■Лемма 2.1. Множество Б согласованных планов активной системы имеет вид

/

X:

. А, ч-р, . -— гда , 1 = 1,п.

Рассмотрим теперь задачу'согласованного планирования для случая, когда цеха являются хозяйственно самостоятельными, заключают с другими цехами внутрихозяйственные договоры по внутренним ценам и имеют право выхода на внешний рынок, производя ту или иную продукцию. Обозначим т^ - прибыль на единицу мощности ¡-го цеха при его работе на внешний рынок, Х( - прибыль ¡-го цеха на единицу мощности

при, выполнении заводского заказа. В условиях хозяйственной

самостоятельности цеху оплачивается только продухцкя, включенная в

план (то есть принятая следующим цехом по технологической цепочке).

Поэтому, если X) > г)„ то есть работа по заводскому заказу является более

. прибыльной, чем работа на внешний рынок, то проблем не 'возникает.

Любой план 0 ■& XI й Н является согласованным.

Проблема возникает, если гь > Хь В этом случае множество

согласованных планов 1-го цеха будет иметь вид

/.

х! £ гаш

^N,1 1-й, 41-Я.. )

к .. (2)

Таким образом, в условиях хозяйственной самостоятельности цехов задача согласованного планирования в системе с зависимыми элементами сводится к задаче согласованного планирования в системе с независимыми элементами. Эта сводимость понимается в том смысле, что множество А|(хц) согласованных планов 1-го активного элемента можно представить в виде

АКх^О-вЛВ^Хц), -де множество согласованных рлзнов 1-го активного элемента без учета »граничений, связанных с поставками продукции от (М)-го активного элемента.

Таким образом, мы рассмотрели два случая функционирования активной производственной системы с зависимыми элементами. Первый случай связан с функционированием в условиях централизованной системы, а второй - в условиях децентрализованной. В первом случае сначала решается задача оптимального планирования с учетом технологических связей между активными элементами. Затем обеспечивается согласованность Полученного оптимального плана путем увеличения и премий за выполнение плана и штрафов за невыполнение

(либо только премий, либо только штрафов). Во втором случае сначала определяются множества согласованных планов для всех активных

определяется оптимальный согласованный план с учетом технологических связей.

Обобщим полученные результаты на случай произвольной технологической сети.

Обозначим иО) - множество цехов, продукция которых используется для производства продукции 1-го цеха,'ф, ] е и© - количество продукции .¡'-го цеха, требуемое для производства единицы продукции ¡-го цеха. Заметам, что продукцию з-го цеха мы измеряем в единицах его мощности, поскольку нас интересует, какая мощность .¡-го цеха потребуется для обеспечения выпуска единицы продукции ¡-го цеха. Зная можно определить количество продукции .}-го цеха су (точнее, доля его мощности), требуемое для производства единицы конечной продукции.

В условиях децентрализованной системы множество согласованных планов 1-го цеха будет по-прежнему описываться условиями (2), а оптимальный согласованный план будет определяться из условия

До сих пор мы считали, что предприятие выпускает только один вид продукции. Если предприятие может выпускать ш видов продукции, то в централизованной системе при действующей системе «планирования под заказ» все выводы сохраняются, то есть любой технологически

элементов без учета технологических связей между ними, а затем

сбалансированный план будет согласованным. Если обозначить -маргинальную прибыль от единицы продукции ]-го вида, ду - количество продукции ¡-го цеха (в единицах его мощности), требуемое для производства единицы конечной продукции ]-го вида, то задача определения оптимального согласованного плана будет иметь вид обычной задачи оптимального планирования

т

£с^->тах

Н

при ограничениях

т _

И

где Б) - переменные издержки на выпуск продукции .¡-го вида, М -величина оборотных средств. В современных условиях, как правило, основным ограничивающим фактором (узким местом) является величина оборотных средств и возможности реализации продукции на рынке. Если обозначить через Pj - ограничение на объем реализации продукции .¡-го вида, то задача принимает более простой вид:-

|Л

}Г тах

О^х^Р], ] = 1Гт. Она решается на основе простого правила: в первую очередь в производственный план включаются виды продукции с максимальной величиной маргинальной рентабельности С}/Б].

Во втором параграфе поставлена и исследована задача оптимизации производственного цикла.

Длительность .производственного цикла оказывает существенное влияние на эффективность производства и величину требуемых оборотных средств. Сокращение производственного цикла включается, как правило, в план развития предприятия, как одна из ключевых проблем, Рассмотрим , задачу, оптимального согласованного планирования мероприятий по сокращению производственного цикла.

Как было описано в предыдущем параграфе, производственный процесс представим- в виде технологической сети, вершины которой соответствуют цехам (участкам), а дуга отражают необходимую технологию производственного процесса. Обозначим т1 продолжительность процёсса в 1-ом цехе. Тогда продолжительность производственного цикла определяется длиной максимального (критического) пути в сети. Если существенными являются времена доставки продукции из одного Ьеха в другой, то эти времена можно учесть, вводя длины соответствующих дуг.

Рассмотрим задачу сокращения продолжительности цикла на заданную величину А.

Рассмотрим сначала частный случай, когда технологическая сеть представляет собой последовательную цепочку из п Цехов. Каждый цех разрл&тлжет л представляет в отдал стратегического" развития шролрзетиа по сохращг:шзэ продолжительности производственного цикла. В агрегированном виде эти мероприятия можно описать зависимостью 8;(Т|) затрат, требуемых на сокращение производственного цикла на вгличину Т|. Рассмотрим два механизма решения поставленной задачи.

• Первый механизм. План мероприятий по сокращению продолжительности производственного цикла на величину А определяется в результате решения следующей, задачи:

п ¡=1

при условии '

, Пусть т*. - оптимальное решение этой задачи. Тогда 5-ый цех получает плановое задание на сокращение продолжительности производственного ид;сла на т* и ему обеспечивается финансирование соответствующих мероприятий в объеме Б^т*).

Второй механизм. В этом механизме величина финансирования мероприятий цеха по сокращению продолжительности производственного цикла прямопропорциональиа величине Т| сокращения продолжительности производственного процесса в цехе, то есть 8| = А. • Х\, где X - величина финансирования, выделяемая ! на сокращение продолжительности производственного процесса в цехе на единицу. Для определения плана

л ^ .

мероприятий и величины' л каждый цех представляет в отдел стратегического развития вариант сокращения продолжительности производственного процесса в цехе в зависимости от величины X. Обозначим Т) - предлагаемую цехом величину сокращения

производственного процесса при финансировании А,Т|.

Отдел стратегического развития определяет величину X и план сокращения прбдолжйтельности производственного цикла из условия

¡-1

то есть определяется минимальное X', удовлетворяющее этому условию. Далее каждый цех 1 получает задание на сокращение продолжительности

производственного процесса на величину т* = и соответствующее

финансирование X' -т*.

Для исследования сравнительной эффективности этих двух

механизмов рассмотрим производственные функции 8,(т,) типа' Кобба - Дугласа, то есть

^(т,)«'^-^, ¡ = 1Я а> 1, а

где параметр г> характеризует технологическую эффективность мероприятий по снижению продолжительности цикла.

Примем, что целевой функцией каждого цеха является разность между тем объемом финансирования, которое он получает на проведение мероприятий по сокращению производственного цикла и объективно необходимой величиной средств на эти мероприятия.

В работе показано, что оба механизма обеспечивают одинаковое превышение выделяемых средств над объективно необходимыми, и в этом смысле являются , эквивалентными по эффективности. Однако, существенным преимуществом второго механизма является тот факт, что он стимулирует представление достоверных сведений о величине объективно требуемых объемов финансирования, то есть является механизмом честной игры. Это свойство является решающим для создания на предприятии корпоративного духа, одним из основных условий которого являются доверительные отношения между подразделениями.

Таким образом, анализ показал преимущества второго механизма, поскольку при том же объеме финансирования он обладает важным свойством -, достоверности информации, поступающей от активных элементов. Поэтому рассмотрим второй механизм для случая произвольной технологической сети.

Итак, пусть все цеха сообщили зависимости Т| = ¡^(1), 1 = 1, л. Обозначим Т0 - длину критического пути.

/ д\ а-!

1 шаг. Определяем ,\о по формуле X' = ^ , где 8 - сумма оценок s¡ операций критического пути, и полагаем

2 шаг. Определяем длину критического пути при продолжительностях соответствующих операций, равных Обозначим эту длину через Ть а сам путь через Ц|. Если Т1 > То - А, то определяем новое значение ?ц по той же формуле, з которой

Д = Т(ц,)-Т0 + Д,

где Т(|1|) - длина пути Ц] при начальных продолжительностях операций а 8 равно сумме оценок Sj активных элементов, составляющих путь Ц]. Заметим, что Х1 > Хо. Находим критический путь (12 и его длину Т(р2) при продолжительностях операций

и повторяем процедуру.

В силу конечности числа путей сети за конечное число шагов получим минимальное значение А,*, такое что длина критического пути в сети равна (То - А) при продолжительностях операций пути равных

.

Теперь необходимо определить плановые задания Т| цехам по сокращению продолжительности цикла, имея ввиду, что продолжительности операций должны удовлетворять условиям

На этом этапе алгоритма критерием служит объем финансирования

I

п

мероприятий, который равен . Эта задача является частным.

1-1

случаем широко известной задачи оптимизации сети по стоимости.

Третий параграф посвящен постановке и решению задачи оптимизации коммерческого цикла.

До сих пор мы рассматривали задачу оптимального согласованного планирования производственного цикла. Не менее важной задачей является планирование коммерческого цикла, поскольку именно от

продвижения товара от предприятия к потребителю (транспортировка,

| .

складирование, продажа) зависит конечный финансовый результат, то есть получение прибыли. Коммерческий цикл представляет собой последовательность различных операций. При планировании коммерческого цикла, как правило, учитываются такие факторы, как затраты на транспортировку, хранение и продажу, продолжительность цикла от производства до продажи, включая реализацию товара, полученного по бартеру, доход от реализации товара и различного рода ' риски. Все эти факторы взаимосвязаны. Так, увеличивая затраты, можно уменьшить продолжительность цикла и риски, повысить спрос (за счет рекламы) и т.д.

Рассмотрим задачу выбора оптимального коммерческого цикла с учетом факторов продолжительности цикла, затрат и дохода. Возможные варианты коммерческого цикла можно представить в виде сети. Вход сети соответствует началу процесс (запуск продукции в производство, переговоры по поводу закупок и заключение договора, и т.д., в зависимости то того, с какой операции начинается планирование коммерческого цикла). Выход сети соответствует окончанию процесса (реализация трвара и получение денег на расчетный счет). Каждая

вершина соответствует некоторой операции. В этом случае последовательности операций, составляющих коммерческий цикл, соответствует путь сети, соединяющий вход с выходом. Каждой вершине i сети поставим в соответствие два числа - затраты на проведение соответствующей операции (стоимость операции) s, и ее продолжительность Ть связанные зависимостью s^tj). Продолжительность цикла определяемая путем, обозначенным ц, равна

а стоимость всех его операций

¡ч»

Ожидаемый доход от реализации продукции в момент Т будем оценивать с помощью показателя упущенной выгоды F(T).

Задача оптимизации коммерческого цикла. Определить цикл ц и продолжительность всех его операций так, чтобы сумма затрат и упущенной выгоды была минимальной.

Заметим, что з отличие от задачи оптимизации производственного цикла, в данном случае необходимо выбрать путь ц в сети (конкретный коммерческий цикл), а затем оптимизировать его по критерию

¡ец J

Фактически мы имеем дело с двойной оптимизацией - выбрать оптимальный путь и выбрать оптимальные продолжительности операций этого пути. Рассмотрим сначала вторую задачу оптимизации - выбрать оптимальные продолжительности операций коммерческого цикла ц, состоящего из п операций.

Пусть Sj(x,) - выпуклые дифференцируемые убывающие функции т,, а

F(T) - выпуклая дифференцируемая возрастающая функция Т. Тогда

условия оптимальности имеют вид

dSj dF . г—

--- - —, i= l,n.

dx j dT

Из этих условий можно выразить т,= ^¡(Т) и определить Т из уравнения

i-l

Пусть теперь F(T) - вогнутая функция. Практически без ограничения общности можно принять, что F(T) - кусочно-линейная функция (qj > 42 > ' ' ' > qk+I, где ^ - тангенс угла наклона соответствующего участка прямой), ds

Из уравнения--L = q определим

. • dTj

Заметим, что т, - убывающая функция q. Полагаем q = qi. Определяем = ^¡(q,) и

Qi=±tu. i-l

Если Qi < Ть то полагаем q = q2 и повторяем процедуру. Если

Ты < Qi ^ Тк, где k > 1,

то полагаем q = qk и повторяем процедуру, то есть определяем т* = Çi(qk),

- v.

П ' . '

Qk =х;-сшит.д. ¡•1

Выделяем все отрезки к такие, что

Tk-i < Qk ^ Tk.

Для каждого такого отрезка вычисляем

Ьы+Къ) О)

¡=■1

и выбираем отрезок с минимальной величиной (3). Соответствующие этому отрезку значения {т^} определяют оптимальное решение задачи.

Таким образом для задачи оптимизации продолжительностей заданного коммерческого цикла предложены эффективные методы решения для практически важных случаев.

Перейдём к исследованию задачи, когда задана сеть, описывающая возможные варианты коммерческих циклов.

Пусть зависимости имеют вид

где ф - убывающая выпуклая функция т.

При зависимостях вида (4) задача оптимизации коммерческого цикла свелась к двум отдельным задачам.

Задача 1. Определить путь ,в сети минимальной длины при длинах дуг, равных

Задача 2. Для пути минимальной длины \'/,„ решить задачу оптимизации продолжительностей операций.

Вторая задача сводится к минимизации функции одной переменной

При найденном оптимальном значении Т0 продолжительность операций легко определяется:

т.-^-Т,.

Перечислим основные результаты работы:

1. Дана постановка и предложены методы решения задачи согласованного планирования. в активных системах с зависимыми

Т

элементам» для трех практически важных случаев. Первый случай соответствует централизованному планированию производства, применяемому сегодня на большинстве предприятий, второй -планированию в условиях действия системы «планирования под заказ» и третий - планированию в условиях хозяйственной самостоятельности подразделений (центры прибыли).

2. Дана постановка» - задачи согласованной оптимизации производственного цикла. Рассмотрены два механизма решения задачи и доказана их эквивалентность для частного случая последовательной технологической цепи. Для общего случая предложен метод решения задачи минимизации затрат на сокращение продолжительности производственного цикла на основе второго механизма, обеспечивающего представление достоверной информации.

3. Дана постановка задачи оптимизации коммерческого цикла с учетом факторов продолжительности цикла, затрат на его реализацию и дохода (упущенной вцгоды). Предложены методы решения для различных зависимостей затрат от продолжительностей операций цикла и упущенной ' выгоды от продолжительности цикла.

4. Дана постановка задачи оптимизации коммерческого цикла для общего случая, когда задана сеть, описывающая возможные варианты коммерческого цикла. Описан класс зависимостей затрат на реализацию операций цикла от их продолжительностей, для которого задача сводится к решению двух, задач. Первая - это обычная задача определения кратчайшего пути в сети, а вторая - это задача оптимизации коммерческого .цикла, соответствующего полученному пути. •

5. Предложенные методы оптимального согласованного планирования применены в системе оперативного согласованного

планирования, разработанной и внедренной с участием автора на Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате.

6. Задачи оптимизации производственного и коммерческого циклов и методы их решения вошли в состав методических материалов, применяемых фирмой «РОЭЛ-Консалтинг» при разработке планов реформирования и реструктуризации предприятий.

Основные публикации:

1. Айдосов ЕЖ., Арсланоз М.З.Уандыков Б.К. Синтез согласованных систем стимулирования активных элементов. - Материалы VIII Всесоюзного семинара-совещания, «Управление большими системами, Алма-Ата, 1983.

2. Арсланов М.З. Джапаров Б.А., Слободкин Л.В., Уандыков Б.К, Шангитбаез Ж.К. Синтез механизмов оперативного согласованного управления производственных систем./ Тезисы докладов IX Всесоюзного совещания по проблемам управления, Ереван, 1983 - М.: 1983.

3. Бурков В.Н., Уандыков Б.К. Оптимизация обменных схем в корпоративных структурах. - Труды Международного симпозиума СОВНЕТ'97 «Управление проектами в переходной экономике: инвестиции, инновации, менеджмент», М., 4-6 июня; 1997.

4. Джапаров Б.А., Прокопенко А., Уандыков Б.К. Синтез правильных механизмов функционирования двухуровневой дискретной производственной системы./ Сборник «Вопросы создания АСУ технологическими процессами и предприятиями» - Алма-Ата, 1980.

5. Дружинин В.А., Уандыков Б.К., Шангитбаев Ж.К. Методы согласованного планирования в активных производственных системах в условиях неопределенности функционирования. - Материалы X Всесоюзного совещания по проблемам управления, Алма-Ата, 1986.

. 6. Кулжабаев Н., Уандыков Б.К. Оперативное согласованное планирование в производственной системе с зависимыми элементами. - Материалы Ш Всесоюзного семинара «Методы решения задан оперативного управления в АСУ отраслевого и межведомственного уровней», М., 1984.

7. Садыкбекова A.A., Уандыков Б.К Управленческая имитационная игра «Распределение ресурсов». - XTV Международное совещание ИФАК / ИСАГА.

8. Уандыков Б.К. Активные производственные системы с зависимыми элементами. - Материалы X Всесоюзного совещания-семинара «Управление иерархическими активными системами», Тбилиси, 1986.

9. Уандыков Б.К. Задача оптимизации обменных операций. - Юбилейная научная конференция МФТИ.,(

1997.

10. Уандыков Б.К. Задача управления реализацией продукции с учетом риска. - Материалы Международной научно-практической конференции «Управление большими системами», М., 1997.

г

{ V

/

-

Институт проблем управления

Методы согласованного планирования в активных производственных системах с зависимыми элементами

Специальность 05.13.10 "Управление в социальных и экономических системах"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Уандыков Б.К.

Москва, 1998 г.

ВВЕДЕНИЕ

Состояние многих предприятий стран СНГ можно сегодня охарактеризовать как критическое. Под критическим будем понимать положение, которое характеризуется ощутимым ухудшением состояния предприятия и возникновением тенденций, несущих угрозу банкротства [17]. Возникает вопрос: что И' как нужно делать предприятию, чтобы выйти из критического состояния. Ответ на вопрос «Что делать?» в общих чертах известен: привлечь кадры, способные эффективно работать в условиях переходной экономики; использовать зарубежный опыт работы в рыночных условиях; пригласить профессионалов консультантов и т.п., и решить «под ключ», в комплексе весь клубок проблем предприятия, начав с совершенствования системы управления. Опыт консультирования десятков предприятий, как отмечено в [17], показывает, что 85-90% предприятий и фирм в условиях переходной экономики имеют потенциальные возможности повышения эффективности работы как минимум на 20-30%, достаточные для перелома начавшихся тенденций и самостоятельного выхода из критического состояния в конкурентоспособное. Особенно среди таких предприятий следует выделить те фирмы, руководство которых уже понимает опасности отставания системы управления, ощущает необходимость реального использования методов цивилизованного рынка, полезность всесторонней и многовариантной проработки стратегии и тактики. Как правило 80-90% результата дают крупные стратегические структурные изменения: изменение в структуре ассортимента выпускаемой продукции и услуг, кардинальные изменения системы управления, создание эффективной финансово-экономической системы, основательная переподготовка

управленческого звена и т.п. Очевидно, что изменение условий деятельности предприятия и его переориентация в сторону удовлетворения потребностей покупателей требует модификации механизмов управления. Одной' из основных, несомненно, является проблема перехода от «работы на склад» к «работе под заказ». Это трудный шаг, который вызывает обычно ожесточенное сопротивление ряда подразделений, особенно производственных. Последние исходят из очень благого, на первый взгляд, пожелания - у рабочих должна быть работа, и оборудование не должно простаивать. Переполненные склады готовой продукции при отсутствии сбыта на фоне нехватки оборотных средств - типичнейшее явление для нынешнего периода.

Решение проблемы достаточно очевидно - производить только то, что имеет своего потребителя. Но для этого необходимо, в первую очередь, ввести системы планирования «под заказ»: снабжение, подготовка производства, запуск - выпуск, поставки.

Другая проблема - способность системы управления обеспечивать желаемый для предприятия конечный результат. Чтобы повысить гибкость и эффективность управленческих структур в ряде случаев приходится применять жесткие меры, которые, однако, не гарантируют реальных улучшений. Введение систем контроля, сокращение уровней управления, стандартизация документооборота, использование компьютеров - все это само по себе неплохо. Но опыт показывает, что создать систему управления по результатам в сложной и громоздкой действующей структуре чаще всего не удается, и все постепенно возвращается «на круги своя».

Выходом в ряде случаев может быть разукрупнение предприятия и создание относительно самостоятельных «центров прибыли». У такого подхода есть очевидные плюсы - понятнее становится, что такое конечный

результат, усиливается ориентация на клиента, быстрее осваиваются новые изделия, легче осуществлять контроль качества, упрощается управление издержками. Но есть и минусы, и основной из них - в трудностях решения проблемы взаимодействия между подразделениями в единой технологической цепочке. Основное условие успеха данного подхода в том, что должен быть баланс интересов предприятия в целом и отдельных подразделений (центров прибыли). Это означает, что механизм планирования под заказ должен быть согласованным, то есть то, что выгодно предприятию в целом, должно быть выгодно и каждому подразделению.

Методы согласованного планирования в социальных и экономических системах развиты в работах A.A. Ашимова, К.А. Багриновского, В.Н. Буркова, Б.А. Джапарова, А.К. Еналеева, В.В. Кондратьева, К.С. Сагынгалиева и других ученых. Однако, полученные

S

фундаментальные результаты в недостаточной степени учитывают факт технологической зависимости активных элементов в единой технологической цепочке. Требуется модификация общих схем применительно к активным производственным системам с зависимыми элементами. Это определяет актуальность темы диссертационной работы, посвященной разработке и исследованию механизмов согласованного управления в активных системах с зависимыми элементами.

Научная новизна и значимость основных результатов состоит в следующем: и

1. Дана постановка и предложены методы решения задачи согласованного планирования в активных системах с зависимыми элементами.

2. Дана постановка и предложены методы решения задачи согласованного управления развитием по критерию длительности производственного и коммерческого циклов.

Практическая значимость результатов работы определяется тем, что они состаЁляют методическую основу разработки системы управления «под заказ» в условиях децентрализации управления предприятием. Как отмечалось выше, переход на планирование «под заказ» (в более общем плане, на управление по результатам) является основным условием повышения эффективности работы предприятия.

Практическая реализация результатов работы осуществлена на Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате, где впервые разработана и принята в промышленную эксплуатацию автоматизированная система оперативного согласованного управления основным производством.

В настоящее время разработанные в диссертации методы послужили основой создания методических материалов, применяемых фирмой «РОЭЛ-КОНСАЛТИНГ» при разработке планов реформирования и реструктуризации предприятий.

Диссертация состоит из введения, трех глав, списка литературы и заключения.

Во введении обосновывается актуальность работы, ее научная и практическая значимость, кратко излагается ее содержание.

В первой главе дается обзор по методам согласованного планирования й постановка задачи исследования.

Во второй главе исследуются свойства множеств согласованных планов в активных системах с зависимыми элементами, рассматриваются методы решения задач оптимального согласованного планирования и

согласованного управления развитием по критерию длительности производственного и коммерческого циклов.

Третья глава посвящена описанию системы оперативного согласованного планирования, разработанной и внедренной с участием автора на Усть-Каменогорском свинцово-цинковом комбинате.

В заключении перечислены основные результаты работы.

ГЛАВА 1. Методы согласованного планирования в активных производственных системах

1.1. Активные производственные системы с независимыми элементами

Совершенствование управления народным хозяйством немыслимо без совершенствования механизмов планирования и управления его первичными хозяйственно-самостоятельными элементами промышленными предприятиями.

Промышленные предприятия различных отраслей народного хозяйства можно представить как производственные системы, основной целью которых является выпуск готовой продукции с требуемыми характеристиками, в результате коллективной деятельности людей над различными видами сырьевых компонентов. Способы взаимодействия средств труда и предметов труда в заданной последовательности технологических операций, осуществляемые производственными элементами - коллективом людей, составляют основу и определяют характер технологического процесса. Перемещение предметов труда от одной технологической операции к другой в процессе производства можно представить как движение материальных потоков в производственном пространстве. В соответствии с характером взаимосвязанности технологических процессов производственные системы можно подразделить на два типа: на производственные системы с независимыми технологическими переделами; и производственные системы с зависимыми технологическими переделами.

Для производственных систем с зависимыми и независимыми технологическими переделами в цветной и черной металлургии характерны следующие задачи планирования и управления: распределение

объемов сырьевых ресурсов и промежуточных продуктов по технологическим установкам; выбор интенсивности использования режимов работы технологических установок, которые были бы технологически допустимыми и экономически эффективными, оптимальное смешение материальных потоков; выбор последовательности отдельных технологических операций; согласование работы последовательно включенных агрегатов; перераспределение нагрузок между параллельными агрегатами и между' несколькими входами (выходами) одного агрегата; согласование нагрузок в последовательно-параллельных схемах и схемах с рециклами и др. Более подробный перечень возникающих задач планирования и управления производственными системами и их типизацию можно найти в монографиях [7, 8, 13].

Все эти задачи посвящены оптимальности распределения материальных и энергетических потоков технологического процесса, обеспечению такого состояния производственной системы, которое удовлетворяло бы требуемым технико-экономическим показателям.

Действительно, экономическая эффективность функционирования производственных систем во многом зависит от успешного решения вышеотмеченных задач оптимального планирования и от их безусловного выполнения. Как известно, в производственной системе назначение планов и их реализацию. на соответствующем оборудовании производственных участков осуществляет коллектив людей, который можно представить в виде элементов двухуровневой организационно-иерархической структуры. Планы устанавливаются центром - элементом верхнего уровня, включающим руководство предприятия, цехов и участков и реализуются производственными элементами нижнего уровня, имеющими определенную свободу действий при проведений

технологических операций по переработке входных материальных потоков на соответствующих комплексах оборудования. Активное целенаправленное поведение производственных элементов при выполнении технологических операций, намеченных планом, определяется их экономичеЬкими интересами. Конкретной формой проявления интересов в практике хозяйственного управления предприятиями выступает система экономического стимулирования, которая при определенных условиях может быть выбрана и изменена центром с учетом интересов всей системы. Игнорирование экономических интересов производственных элементов часто приводит к снижению эффективности функционирования производственной системы, к таким негативным явлениям, как невыполнение плана и нарушение технологических требований процесса производства. Так, например, в процессе выпуска агломерата и чернового свинца для предприятий цветной металлургии центр устанавливает для активных производственных элементов (бригад) плановые объемь1 и последовательность загрузки сырьевых компонентов в агломерационные машины и шахтно-восстановительную печь [14]. Однако, при нормативно установленной форме оплаты труда бригады агломератчиков и плавильщиков будут заинтересованы только в выполнении объемных показателей по выпуску продукции, что может привести к невыполнению плановых заданий по содержанию свинца в продукции соответствующих цехов. Таким образом, планирование деятельности бригад без учета их интересов приводит к производству агломерата и чернового свинца с низким содержанием свинца в них и связано с большой потерей свинца со шлаками.

Для производственных систем, особенности которых заключаются в иерархичности структуры управления, целенаправленном поведении как

самой системы, так и ее производственных элементов, основными средствами согласования интересов в процессе управления могут служить процедуры планирования и стимулирования. Однако, выбор механизма управления Производственными системами, позволяющего согласовать интересы производственных элементов с интересами центра за счет назначения планов и выбора системы стимулирования является достаточно сложной системой.

Как известно, основой разрабатываемых механизмов управления может служить математическая модель производственной системы. Вопросам построения и описания математических моделей производственных систем посвящено значительное число работ [1, 4, 9]. Из всего разнообразия описанных в них различных подходов модно выделить два агрегированных уровня описания - это производственно-технологический и социально-экономический уровень описания. Описания математической модели на производственно-технологическом уровне сводятся к описанию производственных возможностей каждого ее участка. При этом используются производственные функции и ресурсные ограничения, а возможности обмена и передачи ресурсов и продукции между участками описываются балансовыми соотношениями. В более общем виде, для такого подхода основные этапы разработки управленческих решений на базе модельного представления выглядят следующим образом. На основе предварительных исследований производственной системы, как объекта управления (планирования) строится его математическая модель, включающая критерий оптимизации плана ^х) и множество X допустимых ограничений задачи планирования, х е X. В качестве критерия оптимизации чаще всего используют технико-экономические показатели производства, такие как: объем товарной продукции, прибыль, хозрасчетный доход, выпуск товарной продукции в

•натуральном выражении, себестоимость товарного выпуска, затраты, ритмичность и т.п. [13]. Множество допустимых ограничений определяет множество допустимых значений переменных величин, описывающих ту или иную сторону производства и чаще всего представляется через систему ограничений назначения переменных. В зависимости от характера и связей переменных, модели принято называть статическими или динамическими, линейными или нелинейными, детерминированными или стохастическими и т.д. [8].

Предположим, что переменные - составляющие вектора плана х принимают вещественные значения и отображают некоторые желательные состояния технологического процесса, а множество ограничений включает в себя: ограничения по поставкам сырья, комплектующих изделий, материалов, по плану выпуска готовой продукции, технологические ограничения, которые отражают особенности конкретного производства, ресурсные ограничения, а также балансные соотношения. Далее результаты решения оптимизационной задачи устанавливаются в качестве плана производственных элементов. При этом, планы, назначаемые производственным элементам предполагаются заведомо выполнимыми, хотя они могут быть не выгодными для них с точки зрения экономических интересов. Другими словами, производственным элементам назначают планы без учета их интересов, то есть планы не увязаны с материальным стимулированием элементов. В этом случае, оптимальный план остается, на уровне «рекомендаций» для производственных элементов. Указанный недостаток процедуры планирования, присущий многим известным системам управления, следствие неучета социально-экономической особенности функционирования производственных систем, а именно, целенаправленного поведения ее элементов при реализации плана.

Основная трудность описания математической модели предприятий на социально-экономическом уровне возникает при формализации интересов центра и производственных элементов и их согласований, отражающих уровень экономических отношений в системе. Недооценка необходимости согласования интересов неминуемо оборачивается неудачами при реализации намеченных планов.

К середине 70-х годов было достигнуто значительное продвижение в разработке теоретико-множественных описаний различных элементов экономики в терминах состояний элементов и множества их возможных значений [1, 4, 9]. Был также описан целый ряд разнообразных моделей планирования й управления в иерархических системах организационного типа [10, 15]. Некоторые пути описания и исс�