автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Модели синтеза проектных решений в задачах замещения ресурсов в условиях функционирования технологических систем

На правах рукописи

ЛЕМЕШКИН Александр Викторович

МОДЕЛИ СИНТЕЗА ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ В ЗАДАЧАХ ЗАМЕЩЕНИЯ РЕСУРСОВ В УСЛОВИЯХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.12 — Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 2004

Работа выполнена в Воронежской государственной технологической академии (ВГТА).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Сербулов Юрий Стефанович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Зольников Владимир Константинович.

Защита диссертации состоится "10"декабря 2004 г. в 15 час. на заседании диссертационного совета Д 212.034.02 при Воронежской государственной лесотехнической академии по адресу: 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, а. 118 (диссертационный-зал).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВГЛТА.

доктор технических наук, профессор Сумин Виктор Иванович

Ведущая организация: Воронежский государственный

архитектурно-строительный университет

Автореферат разослан " 5" ноября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Существующие ранее в условиях плановой экономики методы проектирования, планирования и управления предприятиями оказались в значительной мере несостоятельными и неэффективными в сложившейся в настоящее время экономической ситуации в стране. Условия рыночных отношений выдвинули на первый план большое количество новых, ранее не учитываемых факторов, сильно влияющих в данный момент на характер производства.

Ситуация значительно усложняется экономической нестабильностью в стране. Постоянное изменение ценовой политики, инфляция, отсутствие актов разумного регулирования - лишь некоторые признаки, свойственные данной ситуации, приводящие к тому, что предприятия оказались не в состоянии ни только конкурировать на рынке товаров, но и обеспечивать себя требуемым для функционирования производства количеством сырья.

Нестабильность цен и высокая конкуренция приводят к тому, что, предприятия должны менять в соответствии с этим свою поведенческую тактику и стратегию, что является важной актуальной задачей управления любого предприятия.

Условия современных глобальных рынков таковы, что предприятия вынуждены порой по требованию клиентов производить товары почти единичными экземплярами (или малыми партиями) в массе различных вариантов. Примерами тому могут служить мебельная, полупроводниковая промышленность, поставщики внутренней отделки салона для автомобильной промышленности, производители сантехники и т.д. Если к этому прибавить многочисленные изменения в ресурсах, рабочей силе, технологии и т.д., то складывается такая ситуация, когда предприятие подвергается массе всевозможных изменений, на которые оно должно стремительно реагировать, т.к. задержка или простой стоят не дешево. Если взглянуть на эту проблему со стороны системы планирования и управления производством, то возникает следующая картина. Система управления, с одной стороны, должна поддерживать основной процесс производства, а с другой стороны, должна быть готова адаптировать этот процесс к возможным изменениям, поступающим со стороны рынка, клиентов, поставщиков и т.д.

Появившееся возмущение со стороны внешней среды, например, рынка, на входе - выходе функционирующего предприятия (технологической системы (ТС)) может привести к изменению, как его цели, так и функции, структуры, компоновки и др. на любом иерархическом уровне своей организации. Предприятия обязаны быстро реагировать на возмущения, проводя операцию по адаптации к изменившимся условиям функционирования.

- РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА

Подобная операция в настоящей работе названа операцией по замещению ресурсов ТС, а любое целенаправленное изменение в ней - замещением ресурсов.

На этапе синтеза ТС возникают актуальные вопросы, связанные с проблемой замещения ресурсов и которые, по существу, остаются открытыми. Это объясняется тем, что самостоятельная теория замещения ресурсов, связанная единством методологических подходов к синтезу процедур замещения ресурсов, отсутствует. Во-вторых, большинство предложенных методов замещения ресурсов ТС опирается на эвристические соображения, возникающие из конкретных приложений понятия замещения ресурсов к частным задачам. Попытки расширить сферу применимости выведенных таким образом процедур часто дают неудовлетворительные результаты, так как процедуры, подогнанные под характеристики конкретного примера и механически применяемые для другого случая, оказались непригодными. Применение этих методов при решении конкретных задач замещения ресурсов приводит к различным результатам, зависящим от использованной процедуры, что не позволяет проникнуть в сущность причин, вызывающих таксономические различия, и подвергнуть их аналитическому исследованию.

В-третьих, при проведении операции по замещению ресурсов в ТС, естественно, могут возникать противоречия (технические, технологические, организационные и др.), которые в условиях дефицита времени необходимо разрешать. При этом возникают вопросы, требующие разработки моделей и модификации методов разрешения противоречий, учитывающих структурно-параметрические особенности конкретной прикладной задачи замещения ресурсов.

Именно единство методологических подходов к проблеме замещения ресурсов дает возможность унифицировать математическое, информационное и программное обеспечение принятия решения на всех этапах проведения операции по замещению ресурсов ТС.

Исключительное многообразие практических ситуаций, возникающих при замещении ресурсов, обусловили первостепенное значение системных исследований при изучении предметной области.

Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетной НИР (К г.р. 01960007318) по теме N 1.6.2 «Моделирование, выбор и принятие решений в структурно-параметрическом представлении функционирования многоцелевых систем применительно к теории конфликта» (К г.р. 01.2001.16818).

Цель работы: разработать математические модели и алгоритмы синтеза и анализа процедур проектирования в задачах замещения ресурсов в условиях функционирования ТС, обеспечивающих построение инструментальных средств в виде математического, алгоритмиче-

ского и программного обеспечения предметных автоматизированных систем поддержки принятия проектных решений.

Поставленная цель достигается в результате решения задач:

1. Системное моделирование, декомпозиция и построение структурной модели синтеза процедур проектирования в задачах замещения ресурсов ТС.

2. Разработать концептуальную и математическую модель замещения ресурсов ТС, модели и алгоритмы структуризации отношений на множествах ресурсов и их свойств.

3. Построить структуру предпочтения ЛПР выбора ресурсов ТС в условиях их замещения.

4. Разработать алгоритмы разрешения противоречий в задачах замещения ресурсов ТС.

5. Разработать пакет прикладных программ (ППП) поддержки принятия проектных решений в задачах замещения ресурсов ТС.

6. Провести апробацию результатов работы в промышленных условиях и вычислительный эксперимент на реальных примерах замещения ресурсов ТС.

Методы исследования. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования базируются на использовании следующих методов и теорий: систем, множеств, графов, вепольного и причинного анализа, САПР, выбора и принятия решений, искусственного интеллекта, ситуационного управления, математического моделирования и программирования. Общей методологической основой является системный подход.

Научная новизна. Научная новизна работы заключается в разработанных моделях и алгоритмах структурно-параметрического синтеза и анализа процедур проектирования в задачах замещения ресурсов в условиях функционирования ТС:

- структурная модель замещения ресурсов в условиях функционирования ТС, отражающая систему этапов синтеза процедур замещения и связи между ними и создающая основу для их математического моделирования;

- теоретико-множественная модель выбора ресурсов ТС в условиях замещения ресурсов, в которой в отличие от известных отражены такие аспекты, как многоцелевой характер, векторная оценка эффективности, многоальтернативность формируемых решений;

- алгоритмы структуризации отношений и правил принятия решений на множествах ресурсов и их свойств, позволяющие комплексно оценить полезность замещения ресурса и отличающиеся от известных тем, что разделение графа предпочтений ЛПР на подграфы проводится на основе бинарных отношений содействия, безразличия и конфликта;

- алгоритм разрешения противоречий, позволяющий определить причины их возникновения и способы их устранения.

Практическая значимость. Построены инструментальные средства в виде предметно-ориентированных моделей, алгоритмов и ППП, реализующих в структуре предметных автоматизированных систем человеко-машинные процедуры поддержки принятия решения в задачах замещения ресурсов ТС, использование которых целесообразно также в САПР, АСНИ, АСУ.

Реализация результатов работы. Проведена опытная эксплуатация результатов исследования на ООО «Молоко». Разработанный ППП «Замещение ресурсов» внедрен в комплексные программы различного иерархического уровня управления предприятием.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: всероссийской научно-технической конференции: «Теория конфликта и ее приложения» (Воронеж, 2002г.), «Экономико-правовые основы конструирования и автоматизированного проектирования деталей и машин» (Воронеж, 2004г.); международных научно-технических конференциях: «Технологическая системотехника» (Тула, 2002г.), «Кибернетика и технологии XXI века» (Воронеж, 2001г.), «Современные методы теории функций и смежные проблемы» (Воронеж, 2003г.); отчетных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГТА 2000-2004гг.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 20 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 98 наименований и приложения. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста (основной текст занимает 133 страницы), содержит 29 рисунков и 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, формулируются цели и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе проведен анализ состояния современной теории замещения ресурсов, рассмотрены проблемные вопросы, для решения которых необходимо привлечение информационных технологий.

В настоящее время достаточно полно изучены многие виды ресурсов, их свойства, реализации. Однако, результаты исследования ресурсов, как правило, разнообразны по оформлению и не связаны единой методологией. Многие свойства ресурса выражены расплывчатыми терминами.

Существующие модели структурного и параметрического синтеза и анализа процедур замещения ресурсов, как правило, основаны на аналитических методах их реализации, методах оптимизации и принятия решения по одному критерию. Слабое использование теоретико-множественного подхода к решению этих задач разрушает целостность в рассмотрении и понимании процессов замещения ресурсов в условиях функционирования ТС и появлению частных локальных задач, как правило, не связанных между собой.

Широкое внедрение и использование вычислительных средств при моделировании процедур замещения ресурсов вызывает необходимость системного обеспечения, как в рамках интегрированной цели функционирования ТС, так и в рамках оценки и учета локальных целей замещения ресурсов. Недостаточность использования современного математического аппарата, инструментальных средств и программного обеспечения, адекватно описывающих подобное функционирование, приводит к уменьшению эффективности процедур замещения ресурсов ТС.

Важная роль отводится этапам синтеза технических решений (ТР), их последовательности выполнения. Несмотря на большое разнообразие методов поиска новых ТР, в литературе не встречались работы по комплексному исследованию проблемы замещения ресурсов, а лишь отдельных ее части в контексте решения других задач. Одним из методов поиска технического решения является вепольный анализ, который в контексте задачи замещения ресурсов в литературе не рассматривался.

Вторая глава посвящена системному моделированию общей задачи замещения ресурсов, предложена структурная модель ее декомпозиции, позволившая провести системную классификацию решаемых задач, выявить и проанализировать общие системные категории, установить для этих задач взаимосвязи и взаимодействия. Показано, что проведение замещения ресурсов возможно по цели, функции, структуре, компоновке и организации ТС.

Построена концептуальная схема этапов замещения ресурсов, в которой рассматривается процесс замещения ресурсов в виде траектории в дискретном времени:

Р = Р1к1Р2и...Рпкп. (1)

Этапы, образующие траекторию, могут носить как неформализованный характер (этап замысла замещения ресурсов), так и формализованный характер. Чтобы можно было говорить о замещении ресурсов и считать, что траектория Р определяет некое замещение, га-до, чтобы среди этапов имелся по крайней мере один, который представляет собой акт замещения. В обозначении этапа Рпкп нижний индекс характеризует номер шага на траектории Р, а верхний индекс -

конкретный вид действия (стратегии), выбираемого на данном шаге на

множестве возможных действий. _

При выборе очередного этапа ЛПР могут по-разному оценивают полезность того или иного акта замещения. Уже в замысле замещения, если на очередном шаге ЛПР собирается его совершить, он может оценить ожидаемое значение по полезности. Подобный способ прогноза позволит ему выбрать из множества возможных стратегий замещения ресурсов наиболее подходящую. На основе концептуальной модели построена теоретико-множественная модель замещения ресурсов.

Суть проблемы замещения ресурсов состоит в том, что замена одного вида ресурса на другой может привести к нарушению существующей структуры ресурсного взаимодействия элементов функционирующей ТС. Эффективность последней также может измениться. Замена ресурса dr на ресурс dk, повышая полезность достижения локальной цели отдельной TC в структуре ТС, не означает аналогичного действия для других подсистем, которые связаны с ТС^ через матрицу использования ресурсов Н®.

Условие замещения ресурсов в модели выбора ресурсов ТС отражается на построение области допустимых решений Ф. Поэтому выбор ресурсов ТС в условиях замещения — это, прежде всего, структурный синтез механизмов ресурсного взаимодействия ТС; построение моделей анализа и реализации данных механизмов; непосредственно выбор на множестве альтернативных решений.

Математическая постановка задачи выбора ресурсов ТС в условиях замещения. Пусть W = { W¡} - множество целей замещения;

i = 1,1; Y = { y¡n } - множество стратегий достижения i - й цели,

n=l, iV;D = {dj} - множество ресурсов, из которого необходимо произвести выбор при замещении ресурса dr на другой вид ресурса, j = 1, Jr;Z={zi}- множество всех свойств из D, г = 1, R', XJr = { Xjrm } - множество проявлений г - го свойства j - го ресурса, m = 1 ,М. Введем распределяющую функцию (p(Y), принимающую значения 1,2, ..., г, и поставим в соответствие V W¡ С W ее область

Дирихле 3¡ : _ _

3¡(Y) = {Yj (t) cfl(Y) : ф( Yj) = i }, i = 1, r, j = 1, J • (2)

В предположении, что все цели достижимы и 3¡ (Y) = fl (Y) и если - однозначная функция, то

В постановке (2)-(3) каждую достижимую цель можно описать кортежем < Wi; 3i(Y), ..., цО,) >, где Ц(Э4) > 0 - мера множества Э,, которая служит характеристикой степени достижимости цели W4 (чем больше |x(3j),TeM степень достижимости выше; если ^Э,) = 0, - цель недостижима).

В этих условиях проблема выбора сводится к нахождения такого множестваQ,(Y) = { YIk(t), Ya(t), Y^t) d3(Y) = 3,(Y) x 32(Y) x ... x 3r(Y) }, для которого произведен выбор стратегийY^ е 3i(Y) V i = 1, r, k = 1, ц(Э;) по одной, т.е. многоцелевой характер системы приводит к задаче выбора и распределения ресурсов между множествами стратегий

Тогда, постановку задачи выбора и распределения ресурсов ТС можно записать в следующем виде. Требуется найти оптимальную матрицу [dj j 5j j (Yj e 3j)], обеспечивающую экстремум некоторой функции полезности rd(E) = r<j(E(D)), где E(D) = (E](d), ..., Es ¿(d); d(t) e D(d), Er(d) = Er(djj 6ij (Yj k с Э,)), dg > 0 - объем] - го ресурса, необходимого для реализации цели W при условии выбора к-й стратегии Yik с Эь k= 1, ц(Э|); 5jj = { 0, 1}; S|j = 1 - если j - й ресурс назначается для реализации i - й цели W4; Sjj = 0 - в противном случае.

Наличие множества целей W, множества стратегий Y достижения i - ой цели, множества ресурсов D, каждый элемент которого обладает множеством свойств Zj, причем каждое свойство из Zj имеет множество своих проявлений Хд, приводит здесь к необходимости поиска решения задачи выбора ресурсов ТС в условиях замещения на этих множествах. Тогда, используя предложенный выше подход к оценке степени достижения цели, модель выбора ресурсов ТС в условиях замещения будет иметь следующий вид:

r{E^r\E{D{d\z{z\x{x))} >Opt,

0-.fk(d)<O;fk{z)<O;fk(x)j>O;

fM\fk(z\fAx)*F,k = \,K-, E[lid\z{z)X{x)Wx • -^[¿Ml- • [d{z, x)])

Z^Z'J\_XJ=W\\_ _ (4)

i=\,I; y=l, J; r-\,R; m-\,M\ n=\,N;

9

^ jl - если dj выбирается вместо dr для реализации W¡;

Здесь Л^^Дг.х^^еЭ,! - матрица, характеризующая непосредственное решение задачи выбора ресурсов ТС в условиях замещения. Какова будет матрица D, а следовательно, область анализа, ее структура во многом, если не во всем, зависит от правильного формирования исходных множеств ресурсов D, их свойств Z и проявлений X этих свойств в конкретных условиях.

При рассмотрении отношений между свойствами ресурсов на NS-мерном пространстве замещения ресурсов можно выделить три аспекта: один аспект отражает улучшение (zn -e свойство, n €N, ds-ro ресурса, seS, в соответствии с целями замещения улучшает (увеличивает) полезность свойства замещаемого ресурса), другой - «ни улучшения - ни ухудшения», т.е. имеет место аспект нейтральности (свойство zns не изменяет полезность свойства замещаемого ресурса), а третий - ухудшения (свойство zns ухудшает полезность свойства замещаемого ресурса). Данные отношения назовем отношениями улучшения, нейтральности и ухудшения.

Обозначим через А отношения улучшения ((zis, Z2S) SA означает, что в соответствии с целями замещения свойства z. и z2s ресурса ds улучшают полезность исследуемого явления), через Б - отношения нейтральности ((zis, Z2S) GB - свойства zL и z2s ресурса ds нейтральны (безразличны) с точки зрения достижения цели замещения), а через С - отношения ухудшения ((z]s, z2s) еС - свойства z, и ресурса ds ухудшают достижение цели замещения). Будем говорить, что три отношения (А, В, С), являются базисными, определяя структуру любого NS - мерного пространства ресурсов и их свойств.

Всякая структура «улучшения - нейтральности — ухудшения» может быть задана с помощью одного отношения Ф - объединения отношений улучшения, нейтральности и ухудшения, т.е. Ф =

AUBUC, АПВПО0.

Из этого следует, что отношения Ф не только определяется структурой «улучшения - нейтральности - ухудшения», но и полностью определяет ее.

Связи, существующие между группами свойств ресурсов, удобно представить с помощью матрицы, где связи, выявленные по отношениям улучшения, нейтральности и ухудшения, обозначены через «+1», «0» и «-1» соответственно.

Матрица обобщает и представляет в компактном виде выявленные взаимосвязи в структуре свойств ресурсов и позволяет построить ее графическое изображение (N8 - мерное пространство замещения), что, в свою очередь, дает возможность построить граф зависимостей принятия решения при моделировании процесса замещения ресурсов.

Будем считать, что в результате проведения технологической операции (ТО) по замещению ресурса с1г на ресурс с11: подсистема ТС-е ТС обеспечивает положительное относительно П (с1) действие, где Г(ё) - вещественная функция полезности, повышая полезность достижения своей локальной цели

В этих условиях естественно предположить наличие функции полезности Г(г) = (г,), )) всей системы при за-

мещении ресурсов (в частности и

совокупность локальных функций реальной полезности (функции замещения) {?„ О . которые формируют с функцией полезности системы так называемый частичный конфликт.

С практической точки зрения разумно рассмотреть поведение ТС в условиях положительного относительно своей функции полезности по замещению ресурса £)„, П = , положив Г(г) = (}'„{%). Такое предположение вполне естественно, так как ТС должна стремиться к получению максимальной выгоды для себя. В этом случае функция полезности ТС устанавливает строгий линейный порядок Л л ( \

Ь„ = Ьп[> Г) на множестве свойств ресурсов 2п.

Для дальнейших рассуждений введем качественные порядки соответственно для ТС по полезности Г(2п) и ресурса Бп по полезности

¿¡(О В виде Ьп = ¿л(>- г)= Хл(> Г) и }„=£„(>дг„)=е(>дг„) ('*" - лучше). Таким образом, каждая пара функций полезности и У я {2п) совместно устанавливает частичный качественный порядок на

множестве свойств ресурсов в виде Ьп С\1п.

Тогда непустое подмножество {гн}6 для которого

определяет решение задачи в

виде

2п = Ор/'^л ^, обеспечивая, например, Парето - оптимальный

принцип векторной оптимизации. Если же Ь» Г\ £п = Ьп—£п, то

2я = 0. Последнее условие означает, что линейные порядки Ьп и £ п

являются изоморфными, поэтому следует положить 2П = {гпах Ьп }.

В общем случае множество свойств ресурсов 2п является областью, где должны учитываться в разумных пределах интересы как одной стороны (ТС) так и другой - полезности ресурса Бп.

Выберем произвольный ресурс Бп и рассмотрим поведение ТС с

учетом ее интересов. Качественный порядок Ьп всегда обеспечивает

Г'(2„)>0\/ гп е2п. Тогда, если: 1. 2п ={тах£„} и Ьп -£п, следовательно . ТС выбирает решение

г*п = тахХ, е 2„, дгПП = Г

г* = тахЬп

. 2. 2„ Ф 0 и Ьп П £„ Ф Ьп,

следовательно Г'[2п)< О V е 2п . Решение из множества Zя лучше для ТС среди любых других, не принадлежащих этому множеству в смысле целевого критерия Г(г).

Построена функция гарантированного выигрыша ТС в виде:

(5)

где - веса (коэффициенты нормировки) соответствующих

свойств ресурсов Бп с позиций ТС, >1, >1 - отношения содействия и конфликта соответственно.

Заметим, что функция <р может принимать и отрицательные значения. Функция ф принимает отрицательные значения, в том случае, когда при замещении ресурсов (одного на другой) некоторый набор свойств становится противоположным, следовательно возникает противоречие при замещении ресурсов.

Третья глава посвящена построению алгоритма решения задачи замещения ресурсов, методам выявления причин возникновения противоречий и методам их разрешения.

На основании предложенных выше моделей построен общий алгоритм решения задачи замещения ресурсов:

1. Записывается задача, как она дана.

2. Формируются и анализируются цели функционирования ТС.

3. Указываются цели процесса замещения ресурсов, происходит выбор критериев эффективности.

4. На основании концептуальной схемы (1) строится математическая модель замещения ресурсов (4).

5. Проводится структуризация отношений на множествах ресурсов, их свойств и проявлений, выявляя класс ресурсов, которые могут использоваться в данной задаче замещения ресурсов.

6. Строится семантическая сеть предметной области.

7. Задается функция полезности Г задачи замещения ресурсов.

8. ЛПР на основе получения знаний на семантических сетях строит графы своих предпочтений, используя бинарные отношения содействия, безразличия и конфликта. Определяются классы по отличительным признакам и выбираются графы наименее отличаемые.

9. Строится матрица структурных связей ресурсов из класса.

10. Расчитывается функция гарантированного выигрыша (5). Этот пункт по проверке адекватности - не ухудшаются ли свойства функционирования ТС при замене ресурса. В зависимости от цели ТС определяются веса в функции гарантированного выигрыша.

11. Если функция гарантированного выигрыша принимает «-» знания, то определяется, какой тип противоречия возникает.

12. Выявляются причины возникновения противоречий в ТС.

13. Формулируется и записывается противоречие, которое возникает при замещении ресурса.

14. Записывается вепольная модель задачи.

15. По алгоритму разрешения противоречий, на основании стандартов, разрешается возникшее противоречие.

16. При невозможности разрешения противоречия расширяется список ресурсов или меняются цели замещения ресурса ТС.

Каждое замещение ресурса для ТС - уникальное и специфическое явление и для решения подобных задач требуется конкретизация предметной области. Для этого целесообразно использовать семантические сети, которые, накапливая знания, дают смысловое представление о предмете исследования, которое можно использовать в качестве результата. Пункт 6 позволяет с помощью семантической сети решать самые различные задачи поиска решений в данной предметной области, в том числе и взаимосвязанные. Процедура поиска решения

формально сводится к фиксации определенных звеньев семантической сети и нахождению всех допустимых цепочек, проходящих через эти звенья. Далее вводится критерий предпочтительности: Г - функцию полезности, в данном случае она лучше, если отсутствует дуга (например, нет издержек на оборудование или технологическую операцию); и с его использованием из всех допустимых цепочек выбирается одна, соответствующая рациональному решению. Для каждой предметной семантической цепи можно построить функцию полезности и функцию гарантированного выигрыша, как всей цепи, так и отдельных этапов замещения ресурсов ТС. Если оказывается, что функция гарантированного выигрыша принимает отрицательное значение, то сразу видно, на каком этапе возникло противоречие и какого оно типа.

Возникает задача выявления причин возникновения и разрешения противоречий для устранения конфликтов между целями функционирования ТС и замещения ресурсов. Использование методов причинного анализа, позволяет получать дополнительную информа-ццю о ресурсах. Решаются две проблемы: выявление структуры причинно-следственных связей (из совокупности статистических взаимосвязей параметров замещения ресурсов удаляются ложные корреляционные зависимости, а оставшиеся связи интерпретируются как причинные; разделение параметров на причины и следствия производим, исходя из физической сущности, соотношения времени формирования параметров и измерения) и их количественная оценка (используются линейных функциональных соотношений между параметрами).

При проведении причинного анализа исследуемую систему параметров х удобно представлять в форме ориентированного графа, вершинам которого соответствуют х1, ориентированным ребрам -причинные связи, неориентированным ребрам - симметричные отношения корреляции. В случае, когда причинное воздействие х на х осуществляется в графе по путям с различным числом ребер, коэффициенты у^ вычисляются следующим образом. Для связи типа X; —>

Хц-1Х|+ь содержащей Ь ребер, коэффициент оцениваю-

щий интенсивность причинного влияния х на Хц-е по этому пути, определяется соотношением = Пу1+1Г Если существует т путей, по которым осуществляется воздействие х на хр то парный коэффициент связи между параметрами у.. . Разность у^ -Гу выступает в качестве оценки причинного влияния х на х. Для определения у^

составляется система уравнений, включающая соотношения для у1+е

для каждой пары которая легко решается

1=1

путем последовательных подстановок.

Запись задачи замещения ресурсов в вепольной форме дает наглядное представление конфликта, возникшего на свойствах ресурсов, что ранее в задаче замещения ресурсов не проводилось.

Аппарат разрешения противоречий включает набор операторов, предназначенных для снятия противоречий. Снятие или разрешение происходит в несколько этапов. Этапы различаются по уровню конкретизации предлагаемых решений и являются этапами поиска решений.

Обобщенное решение позволяет определить общее направление устранения противоречия с помощью одного из следующих принципов: в пространстве, во времени и в отношениях.

Для более эффективного поиска ответа на следующем этапе можно применять принципиальный или структурный подход и строят принципиальное решение или структурное решение.

После получения обобщенного структурного решения определяют совокупность физических решений как возможность реализации данной структуры с помощью физических явлений и эффектов. Дальнейшая конкретизация (переход к техническим решениям) может быть осуществлена при помощи отмеченных принципов.

Предложен эвристический алгоритм выявления и разрешения противоречий в системе, предусматривающий следующие шаги.

1. Описать задачу по следующей форме:

а) сформулировать главную полезную функцию системы; б) перечислить элементы системы и связи между ними; в) сформулировать нежелательный эффект, возникающий в результате действия системы:

2. Сформулировать техническое противоречие, возникающее в системе при устранении нежелательного эффекта.

Противоречие должно быть взаимообратимым (изменение параметра узлового компонента в обратную сторону также приводит к ухудшению / улучшению качества системы).

3. Определить изменяемый элемент. Изменяемым элементом следует считать узловой компонент системы. Указать степень допустимых изменений. Если изменение узлового компонента невозможно (это надо обосновать), в систему вводят новый элемент - внешняя среда (ВС).

4. Сформулировать идеальный конечный результат для изменяемого элемента по форме: изменяемый элемент сам устраняет отри-

дательный эффект (ОЭ), продолжая выполнять полезное действие; ВС устраняет ОЭ, не препятствуя выполнению главной полезной функции системы и не усложняя ее.

5. Выделить зону изменяемого элемента, не обеспечивающую его достижение.

6. Сформулировать для выделенной зоны изменяемого элемента требования, необходимые для устранения нежелательного эффекта при одновременном выполнении полезной функции. Для изменяемого элемента требования должны быть взаимопротивоположными.

7. Разнести противоречивые свойства: в пространстве, во времени и в отношениях.

8. Определить оптимальную структурную схему разрешения противоречия, используя существующие стандарты при разнесении противоречивых свойств в отношениях.

В работе рассмотрены существующие стандарты разнесения противоречивых свойств и определены области их применения в задачах замещения ресурсов ТС.

Четвертая глава посвящена рассмотрению вопросов, связанных с программной реализацией разработанных подходов, вычислительным экспериментам и результатам внедрения автоматизированной системы поддержки принятия решения (АСП).

Программное обеспечение АСП представлено в виде ППП «Замещение ресурсов», реализованного с пользованием среды разработки Delphi 6.0, ориентированной на создание приложений под управлением ОС Windows 95/98/Me/2000. ППП «Замещение ресурсов» состоит из 7 блоков: построение БД, визуализация и работа с семантической сетью, задание эталона семантической сети, сортировка по показателям, анализ и разрешение противоречий. Предложенная структура экранов диалоговой оболочки поддержки принятия решений при замещении ресурсов создает основу для программной реализации интерфейса пользователя, включая функцию управления данным процессом, организацию взаимодействия с пользователями, поиска необходимых альтернатив и представления их пользователю для окончательного выбора.

В работе проведена апробация предложенных инструментальных средств на контрольных примерах замещения ассортимента готовой продукции на ООО «Молоко». Поученные результаты адекватны реальным ситуациям замещения ресурсов для данного предприятия.

В заключении приводятся основные результаты работы.

В приложении - акты внедрения результатов исследования на 000 «Молоко».

Основные результаты работы:

1. В результате системного моделирования общей задачи замещения ресурсов предложена структурная модель ее декомпозиции, позволившая провести системную классификацию решаемых задач, выявить и проанализировать общие системные категории, установить для этих задач взаимосвязи и взаимодействия. Показано, что проведение замещения ресурсов возможно по цели, функции, структуре, компоновке и организации ТС.

2. Получена структурная модель замещения ресурсов в условиях функционирования ТС, которая однозначно и неизбежно задает систему частных моделей элементов данного процесса. Выделенные модели в силу инвариантности системных свойств применимы для описания процесса замещения ресурсов на всех уровнях его организации.

3. Разработана концептуальная и математическая модель замещения ресурсов ТС.

4. Построены алгоритмы структуризации отношений и правил принятия решений на множествах ресурсов и их свойств, позволяющие комплексно оценить полезность замещения ресурса и отличающиеся от известных тем, что разделение графа предпочтений ЛПР на подграфы проводится на основе бинарных отношений содействия, безразличия и конфликта. Предложены подходы к построению функции полезности и гарантированного выигрыша.

5. Разработан общий алгоритм решения задачи замещения ресурсов, позволяющий поэтапно осуществлять процесс замещения ресурсов (по этапам от формулировки задачи перейти к получению решений и выбору окончательного решения).

6. Разработана схема и описаны этапы проектирования новых заменителей в технологической системе.

7. Предложен метод поиска решений на семантических сетях, который позволяет выбрать лучшие, относительно функции полезности, решения из множества альтернативных.

8. Разработанный механизм выявления причин возникновения противоречий в задачах замещения ресурсов ТС позволяет решать две проблемы: выявление структуры причинно-следственных связей между элементами системы, вступившими в противоречие, и количественной их оценки.

9. Предложены методы разрешения противоречий, возникающих в задачах замещения ресурса ТС, которые можно использовать применительно к другим предметным областям.

10. Построены инструментальные средства поддержки и принятия решения при замещении ресурсов в виде ППП «Замещение ресурсов» с инвариантными свойствами к предметной области.

11. Достоверность и полнота результатов исследования подтверждается их практической реализацией на конкретном примере замещения ресурсов и внедрением на ООО «Молоко» разработанного ППП в комплексные программы указанного предприятия.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Амрахов И.Г. Технологии моделирования на базе теории решения изобретательских задач / И.Г. Амрахов, И.О. Павлов, А.В. Лемешкин // Экономико-правовые основы конструирования и автоматизированного проектирования деталей и машин: Матер. конф. 23-24 апреля 2004 г. с. 9-19. (Лемешкиным А.В. лично разработана связь ТРИЗ с имитационным моделированием).

2. Аржаков М.В. Концептуальная модель выбора ресурсов в условиях замещения / М.В. Аржаков, Ю.С. Сербулов, И.О. Павлов // Моделирование систем и информационные технологии: Сб. научных трудов. Вып. 1. Воронеж: Издательство «Научная книга», 2004 г. с. 81-84. (Лемешкиным А.В. лично предложена оценка этапов замещения ресурсов).

3. Лемешкин А. В. Системные противоречия и методы их устранения // Математическое моделирование информационных и технологических систем. Вып. 6 ВГТА 2003. с. 164-167.

4. Лемешкин А. В Модель замещения ресурсов /А.В. Лемешкин, И.О. Павлов, Ю.С. Сербулов // Современные методы теории функций и смежные проблемы: Матер. конф. (Дополнительный выпуск). - Воронеж: Воронеж. гос. ун-т, 2003. с. 306. (Лемешкиным А.В. лично предложены пути решения задачи замещения ресурсов).

5. Лемешкин А. В Оптимальный синтез технологического оборудования / А.В. Лемешкин, И.О. Павлов, Ю.С. Сербулов // Современные методы теории функций и смежные проблемы: Матер. конф. (Дополнительный выпуск). - Воронеж: Воронеж. гос. ун-т, 2003. с. 305. (Лемешкиным А.В. лично проведена проверка на адекватность результатов расчетов).

6. Лемешкин А. В Конфликт в задаче замещения ресурсов / А.В. Лемешкин, Ю.С. Сербулов // Матер. ХЫ отчетной науч. конф. за 2002 год. В 3 ч. / Воронеж. гос. технол. акад. Воронеж, 2003. Ч. 2. с.25-26. (Лемешкиным А.В. лично предложено использовать 4 этапа поиска решений).

7. Лемешкин А. В. Модели синтеза ситуационного управления / А.В. Лемешкин, И.О. Павлов // Теория конфликта и ее приложения: Матер. Ш-й Всероссийской научно-техн. конф. Воронеж: Издательство «Научная книга», 2004 г. с. 384-387. (Лемешкиным А.В. лично предложены модели автоматизированного синтеза классификаторов ситуации).

8. Лемешкин А. В. Концептуальное представление моделирования как методология решения творческих задач на ранних этапах проек-

тирования А.В. Лемешкин, Ю.С. Сербулов // Теория конфликта и ее приложения: Матер. Ш-й Всероссийской научно-техн. конф. Воронеж: Издательство «Научная книга», 2004 г. с. 387-390. (Лемешкиным А.В. лично показана связь ТРИЗ с имитационным моделированием).

9. Лемешкин А. В. Анализ противоречий, возникающих в системах // Матер. XLI отчетной науч. конф. за 2002 год. В 3 ч. / Воронеж. гос. технол. акад. Воронеж, 2003. Ч. 2. с.27-29.

10. Лемешкин А. В. Информационная система выбора технологического оборудования перерабатывающего производства // Матер. студ. науч. конф. / Воронеж. гос. технол. акад. Воронеж, 2001. с.5-6.

11. Павлов И. О Применение методов ТРИЗ для создания технологических систем / И.О. Павлов, А.И. Бывальцев, А.В. Лемешкин // Математическое моделирование информационных и технологических систем. Вып. 5 ВГТА 2002. с. 27-32. (Лемешкиным А.В. лично предложена формулировка противоречий на микро и макро уровнях).

12. Павлов И. О Анализ и синтез технологических систем с применением методологии ТРИЗ / И.О. Павлов, А.И. Бывальцев, А.В. Лемешкин // Технологическая системотехника. Сборник трудов первой межд. электронной научно-техн. конф. Тула 2002. с.49-52. (Лемешкиным А.В. лично предложена общая структура ИСИТС).

13. Павлов И.О. Представление предметной области на семантических сетях / И.О. Павлов, А.В. Лемешкин // Экономико-правовые основы конструирования и автоматизированного проектирования деталей и машин: Матер. конф. 23-24 апреля 2004 г. с. 19-24. (Лемешкиным А.В. лично предложен метод поиска решений на семантических сетях).

14. Сербулов Ю.С Системный подход к формированию класса ве-польных преобразований / Ю.С. Сербулов, А.И. Бывальцев, А.В. Ле-мешкин // Математическое моделирование информационных и технологических систем. Вып. 5 ВГТА 2002. с. 36-38. (Лемешкиным А.В. лично предложены этапы формирования классов вепольных преобразований).

15. Сербулов Ю. С Модель выбора ресурсов технологических систем в условиях их замещения / Ю.С. Сербулов, Е.А. Меринова, А.В. Лемешкин // Информационные технологии и системы. Межд. акад. информатизации Воронеж 4'2001. с.55-57. (Лемешкиным А.В. лично обоснована область допустимых решений в модели выбора ресурсов ТС).

16. Сербулов Ю.С Концептуальная модель замещения ресурсов/ Ю.С. Сербулов, А.В. Лемешкин // Математическое моделирование информационных и технологических систем. Вып. 6 ВГТА 2003. с. 102-103. (Лемешкиным А.В. лично предложена оценка этапов замещения ресурсов).

»23755

17. Сербулов Ю. С Имитационное моделирование производственных процессов / Ю.С. Сербулов, И.О. Павлов, А.В. Лемешкин // Математическое моделирование информационных и технологических систем. Вып. 6 ВГТА 2003. с. 19-22. (Лемешкиным А.В. лично предложена последовательность решения задачи выбора оптимального количества оборудования).

18. Сербулов Ю.С Применение имитационного моделирования для синтеза новых решений технологических систем / Ю.С. Сербулов, И.О. Павлов, А.В. Лемешкин // Матер. ХЬ отчетной науч. конф. за 2001 год. В 3 ч. / Воронеж. гос. технол. акад. Воронеж, 2002. Ч. 2. с.32-33. (Лемешкиным А.В. лично предложено решение задач формирования классов замещения основывать на совместном использовании оптимизационных и имитационных моделей).

19. Сербулов Ю. С Алгоритм синтеза изобретений / Ю.С. Сербулов, А.И. Бывальцев, А.В. Лемешкин // Теория конфликта и ее приложения. Матер. II Всероссийской научно-техн. конф. ВГТА 2002 с. 178180. (Лемешкиным А.В. лично предложена оценка каждого этапа изобретения).

20. Сербулов Ю.С Синтез новых решений технологических систем на основе имитационного моделирования / Ю.С. Сербулов, И.О. Павлов, А.В. Лемешкин // Кибернетика и технологии XXI века. Материалы II Межд. научно-техн. конф. Воронеж 2001 с.97-103. (Лемешкиным А.В. лично показана связь ТРИЗ с имитационным моделированием).

Просим принять участие в работе диссертационного совета Д 212. 034. 02 или выслать Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах с заверенными подписями по адресу 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8, Воронежская государственная лесотехническая академия, ученому секретарю.

Телефон: 53-72-40, Факс: (8-0732) 53-72-40

Лемешкин Александр Викторович

«Модели синтеза проектных решений в задачах замещения ресурсов в условиях функционирования технологических систем»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Подписано к печати 4 октября 2004 г. Заказ № Ш

_Объем - Усл. п. л. 1. Тираж 100 экз._

Типография Воронежской государственной лесотехнической академии РИО ВГЛТА, УОП ВГЛТА. 394613, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ЗАДАЧА ЗАМЕЩЕНИЯ РЕСУРСОВ В РАМКАХ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

1.1 Ресурсы. Методы их представления, описания и классификация.

1.2 Особенности построения модели замещения ресурсов.

1.3 Проблемы синтеза процедур замещения ресурсов как новых технических решений.

1.4 Вепольный анализ, его особенности и возможности использования в решении задачи замещения ресурсов. Противоречия и методы их устранения.

1.5 Принятие решений в составе задачи замещения ресурсов технологических систем.

1.6 Выводы, цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. СИСТЕМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАДАЧИ ЗАМЕЩЕНИЯ РЕСУРСОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

2.1. Концептуальная модель замещения ресурсов.

2.2. Теоретико-множественная модель замещения ресурсов.

2.3. Синтез процедур замещения ресурсов.

2.4. Модели структуризации отношений на множествах ресурсов и их свойств.

2.4.1. Модели структуризации отношений на множестве ресурсов.

2.4.2. Модель структуризации отношений на множестве свойств ресурсов.

2.5. Построение структуры предпочтения ЛПР выбора ресурсов ТС в условиях замещения.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ РАЗРЕШЕНИЯ ПРОТИВОРЕЧИЙ В ЗАДАЧАХ

ЗАМЕЩЕНИЯ РЕСУРСОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

3.1. Общий алгоритм решения задачи замещения ресурсов.

3.2. Модели и алгоритмы получения знаний на семантических сетях в задачах замещения ресурсов технологических систем.

3.2.1. Классификация задач, решаемых при замещении ресурсов.

3.2.2. Поиск решений на семантических сетях в задачах замещения ресурсов технологических систем.

3.2.3. Проектирование новых заменителей в технологических системах.

3.3. Выявление причин возникновения противоречий.

3.4. Методы разрешения противоречий в задачах замещения ресурсов технологических систем.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ.

4.1. Программные средства.

4.2. Пакет прикладных программ.

4.3. Контрольный пример замещения ресурса.

4.4. Выводы.

Существующие ранее в условиях плановой экономики методы проектирования, планирования и управления предприятиями оказались в значительной мере несостоятельными и неэффективными в сложившейся в настоящее время экономической ситуации в стране. Условия рыночных отношений выдвинули на первый план большое количество новых, ранее не учитываемых факторов, сильно влияющий в данный момент на характер производства.

Ситуация значительно усложняется экономической нестабильностью в стране. Постоянное изменение ценовой политики, инфляция, отсутствие актов разумного регулирования - лишь некоторые признаки, свойственные данной ситуации, приводящие к тому, что предприятия оказались не в состоянии ни только конкурировать на рынке товаров, но и обеспечивать себя требуемым для функционирования производства количеством сырья.

Нестабильность цен и высокая конкуренция приводят к тому, что, предприятия должны менять в соответствии с этим свою поведенческую тактику и стратегию, что является важной актуальной задачей управления любого предприятия.

Условия современных глобальных рынков таковы, что предприятия вынуждены порой по требованию клиентов производить товары почти единичными экземплярами (или малыми партиями) в массе различных вариантов. Примерами тому могут служить мебельная промышленность, полупроводниковая промышленность, поставщики внутренней отделки салона для автомобильной промышленности, производители сантехники и т.д. Если к этому прибавить многочисленные изменения в ресурсах, рабочей силе, технологии и т.д., то складывается такая ситуация, когда предприятие подвергается массе всевозможных изменений, на которые оно должно стремительно реагировать, т.к. задержка или простой стоят не дешево. Если взглянуть на эту проблему со стороны системы планирования и управления производством, то возникает следующая картина. Система управления, с одной стороны, должна поддерживать основной процесс производства [1, 2], а с другой стороны, должна быть готова адаптировать этот процесс к десяткам тысяч возможных изменений, поступающих со стороны рынка, клиентов, поставщиков и т.д.

Возьмем, к примеру, производство обычных квартирных водопроводных кранов. Основной процесс планирования здесь задан технологией обработки литья. Однако тут в «игру вступают» клиенты-заказчики: для одних кран должен быть строго определенной формы, которую они сами разработали, для других играет роль покрытие, третьи хотят приобрести «подешевле» и т.д. Вся проблема в том, что все эти клиенты заказывают малыми партиями и в сжатые сроки, кроме того само предприятие покупает исходный материал для кранов тоже «повыгоднее». Помимо кранов, данное предприятие параллельно выпускает в сходных условиях множество иных изделий. Другими словами, задачей является быстрое перепланирование и адаптация сложной иерархической структуры, состоящей из массы взаимосвязанных элементов. Если вспомнить, что каждый процесс адаптации предполагает некую «программу» адаптации, то нужно написать десятки тысяч программ, которые будут подстраивать предприятие к современному рынку.

Появившееся возмущение со стороны внешней среды, например, рынка, * на входе - выходе функционирующего предприятия (технологической системы (ТС)) может привести к изменению как его цели, так и функции, структуры, компоновки и др. на любом иерархическом уровне своей организации. Предприятия обязаны быстро реагировать на возмущения, проводя операцию по адаптации к изменившимся условиям функционирования.

Подобная операция в настоящей работе названа операцией по замещению ресурсов ТС, а любое целенаправленное изменение в ней -замещением ресурсов.

Под ресурсами будем понимать средства (финансовые, материальные, организационные, трудовые и др.), которые необходимы для достижения целей функционирования ТС.

Конкретная значимость понятия «технологическая система» непосредственно связана с другим понятием - «технология», по которой подразумевается совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала и полуфабриката, реализуемых в процессе производства продукции [10]. Заметим, что продуктом такой системы в общем смысле может быть изделие отдельной технологической линии, план развития предприятия или его технический проект, пакет прикладных программ или результаты научных исследований и т. п. При этом под понятие ТС попадает широкий круг объектов, предназначенных для реализации различных целей проектирования, планирования и управления, например, промышленный комплекс и автоматизированная система управления этим комплексом, гибкая автоматизированная линия и система ее автоматизированного проектирования и т. п.

На этапе синтеза ТС возникают актуальные вопросы, связанные с проблемой замещения ресурсов и которые, по существу, остаются открытыми. Это объясняется тем, что самостоятельная теория замещения ресурсов, связанная единством методологических подходов к синтезу процедур замещения ресурсов, отсутствует. Во-вторых, большинство-предложенных методов замещения ресурсов ТС опирается на эвристические соображения, возникающих из конкретных приложений понятия замещения ресурсов к частным задачам. Попытки расширить сферу применимости выведенных таким образом процедур часто дают неудовлетворительные результаты, так как процедуры, подогнанные под характеристики конкретного примера и механически применяемые для другого случая, оказались непригодными. Применение этих методов при решении конкретных задач замещения ресурсов приводит к различным результатам, зависящим от использованной процедуры, что не позволяет проникнуть в сущность причин, вызывающих таксономические различия, и подвергнуть их аналитическому исследованию. Обычно при замещении ресурсов применяют эмпирические методы, которые фактически представляют собой тот или иной вариант плохо контролируемого метода проб и ошибок. При этом важное значение приобретает синтез новых информационных технологий замещения ресурсов, что в настоящее время не разработано.

В-третьих, при проведении операции по замещению ресурсов в ТС, естественно, могут возникать противоречия (технические, технологические, организационные и др.), которые в условиях дефицита времени необходимо разрешать. При этом возникают вопросы, требующие разработки моделей и модификации методов разрешения противоречий, учитывающих структурно-параметрические особенности конкретной прикладной задачи замещения ресурсов.

Именно единство методологических подходов к проблеме замещения ресурсов дает возможность унифицировать математическое, информационное и программное обеспечение принятия решения и управления на всех этапах проведения операции по замещению ресурсов ТС.

Исключительное многообразие практических ситуаций, возникающих при замещении ресурсов, обусловили первостепенное значение системных исследований при изучении предметной области.

В работе в качестве концептуального принципа использован известный в математической логике принцип замещения [39], согласно которому эквивалентные высказывания могут заменяться друг другом и при этом значение истинности сложных высказываний, в которые входят эквивалентные высказывания, не претерпевает изменений, т.е., преломляя вышесказанное на настоящее исследование, полезность проведения операции по замещению одного ресурса другим не должна понизить эффективность функционирования ТС.

Область исследования в настоящей работе соответствует приоритетным направлениям развития науки и техники, которые Министерство науки РФ определило в перечне работ, обозначенных как

Критические технологии федерального уровня» (перечень утверждён Председателем Правительственной комиссии по научно-технической политике B.C. Черномырдиным 21.07.96 г., № 2728-П8). В частности к таким работам относятся: системы математического моделирования; интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления.

Диссертационная работа выполнена на кафедре математического моделирования информационных и технологических систем Воронежской государственной технологической академии в рамках госбюджетной НИР (N г.р. 01960007318) по теме N 1.6.2 «Моделирование, выбор и принятие решений в структурно-параметрическом представлении функционирования многоцелевых систем применительно к теории конфликта» (N г.р. 01.2001.16818).

Цель работы: разработать математические модели и алгоритмы синтеза и анализа процедур проектирования в задачах замещения ресурсов в условиях функционирования ТС, обеспечивающих построение инструментальных средств в виде математического, алгоритмического и программного обеспечения предметных автоматизированных систем поддержки принятия проектных решений.

Достижение цели исследования предполагает решение следующих задач:

1. Системное моделирование, декомпозиция и построение структурной модели синтеза процедур проектирования в задачах замещения ресурсов ТС.

2. Разработать концептуальную и математическую модель замещения ресурсов ТС, модели и алгоритмы структуризации отношений на множествах ресурсов и их свойств.

3. Построить структуру предпочтения ЛПР выбора ресурсов ТС в условиях их замещения.

4. Разработать алгоритмы разрешения противоречий в задачах замещения ресурсов ТС.

5. Разработать пакет прикладных программ (111111) поддержки принятия проектного решения в задачах замещения ресурсов ТС.

6. Провести апробацию результатов работы в промышленных условиях и вычислительный эксперимент на реальных примерах замещения ресурсов ТС.

Методы исследования. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования базируются на использовании следующих методов и теорий: систем, множеств, графов, вепольного и причинного анализа, САПР, выбора и принятия решений, искусственного интеллекта, ситуационного управления, математического моделирования и программирования. Общей методологической основой является системный подход.

Научная новизна работы заключается в разработанных моделях и алгоритмах структурно-параметрического синтеза и анализа процедур проектирования в задачах замещения ресурсов в условиях функционирования ТС: * структурная модель замещения ресурсов в условиях функционирования ТС, отражающая систему этапов синтеза, процедур замещения и связи между ними и создающая основу для их математического моделирования; теоретико-множественная модель выбора ресурсов ТС в условиях замещения ресурсов, в которой в отличии от известных отражены такие аспекты, как многоцелевой характер, векторная оценка эффективности, многоальтернативность формируемых решений; алгоритмы структуризации отношений и правил принятия решений на множествах ресурсов и их свойств, позволяющие комплексно оценить полезность замещения ресурса и отличающиеся от известных тем, что разделение графа предпочтений J11 IP на подграфы проводится на основе бинарных отношений содействия, безразличия и конфликта: предложены подходы к построению функции полезности и гарантированного выигрыша; алгоритм разрешения противоречий, позволяющий определить причины их возникновения и способы их устранения.

Практическая значимость работы заключается в построенных инструментальных средствах в виде предметно-ориентированных моделей, алгоритмов и 111111, реализующих в структуре предметных автоматизированных систем человеко-машинные процедуры поддержки принятия проектных решений в задачах замещения ресурсов ТС.

Основные теоретические и практические результаты диссертационной работы внедрены на ООО «Молоко» путем включения разработанного 111111 в комплексные программы различного иерархического уровня управления предприятием. Эффект от внедрения — социальный.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах:

• Всероссийской научно-технической конференции: «Теория конфликта и ее приложения» (Воронеж, 2002 - 2004 гг.), «Экономико-правовые основы конструирования и автоматизированного проектирования деталей и машин» (Воронеж, 2004 г.);

• Международных научно-технических конференциях: «Технологическая системотехника» (Тула, 2002г.), «Кибернетика и технологии XXI века» (Воронеж, 2001г.), «Современные методы теории функций и смежные проблемы» (Воронеж, 2003г.);

• Отчетных научных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГТА 2000-2004гг.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 98 наименований и приложения. Работа изложена на 134 страницах машинописного текста (основной текст занимает 133 страницы), содержит 29 рисунков и 4 таблицы.

Результаты работы заключаются в следующем:

1. В результате системного моделирования общей задачи замещения ресурсов предложена структурная модель ее декомпозиции, позволившая провести системную классификацию решаемых задач, выявить и проанализировать общие системные категории, установить для этих задач взаимосвязи и взаимодействия.

2. Получена структурная модель замещения ресурсов, которая однозначно и неизбежно задает систему частных моделей элементов данного процесса. Выделенные модели в силу инвариантности системных свойств применимы для описания процесса замещения ресурсов на всех уровнях его организации.

3. Разработана математическая модель замещения ресурсов, модель структуризации ресурсов, из которых видно, что заменять ресурсы можно не только на входе и выходе ТС, но также можно заменять саму структуру и функцию ТС.

4. Построена концептуальная схема этапов замещения ресурсов, позволившая оценивать достоинства того или иного акта замещения ресурсов, осуществлять прогноз и выбирать из множества возможных стратегий наиболее подходящую.

7. Предложены подходы к построению функции полезности и гарантированного выигрыша.

8. Разработан общий алгоритм решения задачи замещения ресурсов, позволяющий поэтапно осуществлять процесс замещения ресурсов (по этапам от формулировки задачи перейти к получению решений и выбору окончательного решения).

9. Разработана схема и описаны этапы проектирования новых заменителей в технологической системе.

10. Построена семантическая сеть конкретного производства, позволяющая представить связи и свойства в предметной области. Семантическая сеть дает прекрасное смысловое представление о предмете исследования, ее непосредственно можно использовать в качестве результата. Разработана семантика логико-лингвистической модели принятия решений ЛПР, включающая базовую систему аксиом в виде истинно интерпретированных, правильно построенных утверждений, отображающих исходное представление о данном взаимодействии; базовую систему правил вывода, обеспечивающих при заданной системе аксиом порождение всех истинных в модели утверждений. Показано, что любое действие с достаточной для практики точностью описывается четырьмя характеристиками: целью совершения, объектом воздействия, причиной и временем совершения. Приведена классификация связей между действиями.

11. Предложена функциональная схема процедуры поиска решений на семантической сети, которая позволяет выбрать лучшие, относительно функции полезности, решения из множества предложенных ресурсов. Разработан эвристический алгоритм выявления и разрешения противоречий, использующий приемы и стандарты разрешения противоречий.

12. На основе анализа большого числа патентов и авторских свидетельств в пищевой промышленности выявлены методы разрешения противоречий, возникающих при попытке замещения одного ресурса на другой, которые можно использовать применительно к другим предметным областям.

125

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным результатом диссертационной работы являются разработанные математические модели и процедуры замещения ресурсов, позволившие построить инструментальные средства в виде математического, информационного, алгоритмического и программного обеспечения предметных автоматизированных систем.

1. Автоматизированная система учета, контроля и анализа производственной деятельности мясокомбината / В.В. Сысоев, Ю.С. Сербулов, Н.И. Астанин, Б.Е. Никитин //Информационный листок №13-94.-Воронеж:ЦНТИ,1994.-2 с.

2. Автоматизированная система учета и анализа производственной деятельности автотранспортного предприятия / Н.И. Астанин, И.О. Павлов, В.В. Сысоев, Ю.С. Сербулов //Информационный листок №217-97.-Воронеж:ЦНТИ, 1997.-2с.

3. Ажегов С.И. Словарь русского языка /Под ред. Н.Ю. Шведовой.-М.:Рус.яз., 1986.-797 с.

4. Айзерман Н.А. Выбор вариантов: основы теории / Н.А. Айзерман, Ф.Т. Алескеров -М.:Наука. Гл.ред. физ.-мат. лит., 1990.-240 с.

5. Альтшуллер Г.С. Алгоритм изобретения. 2-е изд. М.: Московский рабочий, 1973.-296 с.

6. Альтшуллер Г.С. Найти идею. Введение в теорию решения изобретательских задач. Новосибирск: Наука, 1986.-209с.

7. Альтшуллер Г.С. Профессия — поиск нового. (Функционально-стоимостный анализ и теория решения изобретательских задач как система выявления резервов экономики)./ Г.С.Альтшуллер, Б.Л.Злотин, В.И.Филитов. -Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1985.-196 с.

8. Альтшуллер Г.С. Поиск новый идей: от озарения к технологии (Теория и практика решения изобретательских задач)/ Г.С.Альтшуллер, Б.Л.Злотин, А.В.Зусман, В.И.Филитов.-Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1989.-381 с.

9. Альтшуллер Г.С. Крылья для Икара: Как решать изобретательские задачи/ Г.С. Альтшуллер, А.Б. Селюцкий. Петрозаводск.: Карелия, 1980,224 с.

10. Антикин А.С. О моделях взаимодействия предприятий-производителей, предприятий-потребителей и транспортной системы // Автоматика и телемеханика, №10, 1989. с. 105-113.

11. Ануфриев В.В. Автоматика и автоматизация производственных процессов пищевой промышленности: Уч.пособие/ В.В. Ануфриев, Е.Я. Демидов, Ю.С. Сербулов. -Воронеж: Изд.-во Ворнеж. гос. ун.-та, 1983.-176 с.

12. Арбузов С.П. Пакет прикладных программ выбора количественного состава оборудования технологических систем/С.П. Арбузов, Ю.С. Сербулов // Информационный листок №216-97.- Воронеж: ЦНТИ, 1997.-2 с.

13. Базара М. Нелинейное программирование. Теория и алгоритмы / М. Базара, К. Шетти / -М.:Мир, 1982.-583 с.

14. Берзин Е.А. Оптимальное распределение ресурсов и элементы синтеза систем.-М.:Сов.радио, 1974.-304 с.

15. Берзин Е.А. Оптимальное распределение ресурсов и теория игр.-М.:Радио и связь, 1983.-216 с.

16. Боровков А.А. Асимптотические методы в теории массового обслуживания.-М.:Наука, 1980.-384 с.

17. Брахман Т.Р. Многокритериальность и выбор альтернативы в технике.-М.:Радио и связь, 1984.-288 с.

18. Брюно А.Д. Локальный метод нелинейного анализа дифференциальных уравнений.-М.:Наука, 1979.-163 с.

19. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем.-М.:Наука, 1978.400 с.

20. Воробьев Н.Н. Принцип оптимальности Нэша для общих арбитражных схем //Теоретико-игровые вопросы принятия решений.-Л.:Наука, 1978.-210 с.

21. Воробьев Н.Н. Теория игр.-М.:Знание, 1976.-270 с.

22. Гафт М.Г. Принятие решений при многих критериях.-М.:Знание, 1979.-64 с.

23. Давыдов Э.Г. Игры, графы, ресурсы.-М.:Радио и связь, 1981.-112 с.

24. Данциг Д. Линейное программирование.-М.:Прогресс, 1966.-600 с.

25. Дворянкин A.M. Методы синтеза технических решений / A.M. Дворянкин, А.И. Половинкин, А.Н. Соболев / -М.:Наука, 1977.-103 с.

26. Джонс Дж.К. Методы проектирования / Пер. с англ.-М.:Мир, 1986.-326 с.

27. Джонсон С. Оптимальное распределение для двух- и трехступенчатых процессов с учетом времени наладки //Календарное планирование.-М., 1966.-е. 33-41.

28. Дружинин В.В. Введение в теорию конфликта / В.В. Дружинин, Д.С. Конторов, М.Д. Конторов / -М.:Радио и связь, 1989.-288 с.

29. Дубов Ю.Я. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем / Ю.Я. Дубов, С.И. Травкин, В.Н. Якимец / -М.:Наука, 1986.-296 с.

30. Еремин И.И. Противоречивые модели оптимального планирования.-М.:Наука, 1988.-160 с.

31. Заде Л. А. Понятия лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений.-М.:Мир, 1976.-165 с.

32. Иванов Г.И. Формулы творчества, или Как научиться изобретать: Кн. Для учащихся ст. классов. М.: Просвещение, 1994. - 208 с.

33. Кини Р.Л. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения / Р.Л. Кини, Г. Райфа / // Пер. с англ.-М.:Радио и связь, 1981.-560 с.

34. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач / Пер. с англ.-М.:Радио и связь, 1990.-544 с.

35. Ковеш П. Теория индексов и практика экономического анализа.-М.:Финансы и статистика, 1990.-364 с.

36. Кондаков Н.И. Логический словарь-справочник.-М.:Наука,1975.720 с.

37. Кофман А. Методы и модели исследования операций. Целочисленное программирование / А. Кофман, А. Анри-Лабордер / //Пер. с фр.-М.:Мир, 1977.-432 с.

38. Кошелев Л.Г. Автоматизированная система управления на молочном предприятии.-М.:Агрономиздат, 1989.-240 с.

39. Кристофидес Н. Теория графов:алгоритмический подход /Пер. с англ.-М. Мир, 1978.-432 с.

40. Кузьмин В.Б. Эталонный подход к получению нечетких отношений предпочтения //Нечеткие множества и теория возможностей:Последние достижения /Пер. с англ.-М.:Радио и связь, 1986.-с.87-97.

41. Ларичев О.И. Наука и искусство принятия решений.-М.:Наука, 1979.-200 с.

42. Левченков B.C. Алгебраический подход к теории выбора.-М.:Наука, 1990.-167 с.

43. Лемешкин А. В. Системные противоречия и методы их устранения // Математическое моделирование информационных и технологических систем. Вып. 6 ВГТА 2003. с. 164-167.

44. Лемешкин А. В Модель замещения ресурсов /А.В. Лемешкин, И.О. Павлов, Ю.С. Сербулов // Современные методы теории функций и смежные проблемы: Матер, конф. (Дополнительный выпуск). Воронеж: Воронеж, гос. ун-т, 2003. с. 306.

45. Лемешкин А. В Оптимальный синтез технологического оборудования / А.В. Лемешкин, И.О. Павлов, Ю.С. Сербулов // Современные методы теории функций и смежные проблемы: Матер, конф. (Дополнительный выпуск). Воронеж: Воронеж, гос. ун-т, 2003. с. 305.

46. Лемешкин А. В Конфликт в задаче замещения ресурсов t А.В. Лемешкин, Ю.С. Сербулов // Матер. XLI отчетной науч. конф. за 2002 год. В 3 ч. / Воронеж, гос. технол. акад. Воронеж, 2003. Ч. 2. с.25-26.

47. Лемешкин А. В. Анализ противоречий, возникающих в системах // Матер. XLI отчетной науч. конф. за 2002 год. В 3 ч. / Воронеж, гос. технол. акад. Воронеж, 2003. Ч. 2. с.27-29.

48. Лемешкин А. В. Информационная система выбора технологического оборудования перерабатывающего производства // Матер, студ. науч. конф. / Воронеж, гос. технол. акад. Воронеж, 2001. с.5-6.

49. Лефевр В.А. Алгебра конфликта / В.А. Лефевр, ПЛ. Смолян / -М.:3нание, 1968.-63 с.

50. Льюс Р.Д. Игры и решения / Р.Д. Льюс, X. Райфа. Пер. с англ.-М.:ИЛ,1961.-642 с.

51. Макеев С.П. Модель процесса координации в линейной задаче распределения ресурсов / С.П. Макеев, Г.П. Серов, И.Ф. Шахнов / -М.:ВЦ АНСССР, 1984.-47 с.

52. Мальцев А.И. Основы линейной алгебры.-М.:Наука, 1970.-400с.

53. Матвеев М.Г. Концептуальная модель информационных технологий производственных систем //Информационные технологии и системы.-Воронеж, №1,1996.-C.20-25.

54. Месарович М. Теория иерархических и многоуровневых систем / М. Месарович, Д. Мако, И. Такахара/-М.:Мир, 1973.-344 с.

55. Месарович М. Общая теория систем: математические основы / М. Месарович, Я. Такахара / -М.:Мир, 1978.-311 с.

56. Методы поиска новых технических решений /Под. ред. А.И. Половинкина.-Иошкар-Ола:Марийское книжное изд.-во, 1976.-192 с.

57. Мороз А.И. Курс теории систем.-М.:Высш.шк., 1987.-412 с.

58. Нейман Дж. Теория игр и экономическое поведение / Дж. Нейман, О. Моргенштерн / -М.:Наука, 1970.-708 с.

59. Немчинов В.В. Агрегативная модель региональной водохозяйственной системы / В.В. Немчинов, В.М. Шнайдман //Теория сложных систем и методы их моделирования.-М., 1983.-е. 113-124.

60. Норенков И.П. Основы теории и проектирования САПР / И.П. Норенков, В.Б. Маничев /-М.:Высш.шк, 1990.-335 с.

61. Одрин В.Н. Метод морфологического анализа технических систем.-М.:ВНИИПИ, 1989.-310 с.

62. Окунь Я. Факторный анализ.-М.:Статистика, 1974.-200 с.

63. Орел Е.Н. Моделирование процессами управления проектами при ресурсных ограничениях И/ИЛИ / Е.Н. Орел, Т.Я. Орел //Эволюционная информатика и моделирование.-М.:ИФТП, 1994.-е. 165-185.

64. Орловский С.А. Проблемы принятия решений при нечеткой исходной информации.-М.:Наука, 1981.-206 с.

65. Павлов И. О. Применение методов ТРИЗ для создания технологических систем / И.О. Павлов, А.И. Бывальцев, А.В. Лемешкин // Математическое моделирование информационных и технологических систем. Вып. 5 ВГТА 2002. с. 27-32.

66. Павлов И. О. Анализ и синтез технологических систем с применением методологии ТРИЗ / И.О. Павлов, А.И. Бывальцев, А.В. Лемешкин // Технологическая системотехника. Сборник трудов первой межд. электронной научно-техн. конф. Тула 2002. с.49-52.

67. Перегудов Ф.И. Введение в системный анализ / Ф.И. Перегудов, Ф.П. Тарасенко / -М.:Высш.шк,1989.-367 с.

68. Подиновский В.В. Парето-оптимальные решения многокритериальных задач/ В.В. Подиновский, В.Д. Ногин / -М.:Наука,1982.-254 с.

69. Поспелов Д.А. Ситуационное управление: Теория и практика.-М.:Наука, 1986.-288 с.

70. Постон Т. Теория катастроф. / Т. Постон, И. Стюарт Пер. с англ.-М.:Мир,1980.-607 с.

71. Пригожин И.В. От существующего к возникающему.-М.:Наука,1985.-327 с.

72. Плюта В. Сравнительный многомерный анализ в экономических исследованиях:Методы таксономии и факторного анализа /Пер. с польск.-М.:Статистика, 1980.-151 с.

73. Растригин Л.А. Адаптивные методы многокритериальной оптимизации / Л.А. Растригин, Я.Ю. Эйдук //Автоматика и телемеханика.-1985.-№1.-с.5-26.

74. Ризниченко Г.Ю. Математические модели биологических продукционных процессов / Г.Ю. Ризниченко, А.Б. Рубин / -М.:Изд.-во МГУ,1993.-302 с.

75. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. В 9-ти кн. Кн. 1.Макаров И.П. Системные принципы создания гибких автоматизированных производств:Уч.пособие для вузов.-М.:Высш.шк.,1986.-175 с.

76. Розин Б.Б. Теория распознавания образов в экономических исследованиях.-М. :Статистика, 1973 .-224 с.

77. Саати Т. Аналитическое планирование. Организация систем / Т. Саати, К. Керне И Пер. с англ.-М.:Мир, 1991.-224 с.

78. Сербулов Ю.С Системный подход к формированию класса вепольных преобразований / Ю.С. Сербулов, А.И. Бывальцев, А.В. Лемешкин // Математическое моделирование информационных и технологических систем. Вып. 5 ВГТА 2002. с. 36-38.

79. Сербулов Ю. С Модель выбора ресурсов технологических систем в условиях их замещения / Ю.С. Сербулов, Е.А. Меринова, А.В. Лемешкин // Информационные технологии и системы. Межд. акад. информатизации Воронеж 4'2001. с.55-57.

80. Сербулов Ю.С Концептуальная модель замещения ресурсов/ Ю.С. Сербулов, А.В. Лемешкин // Математическое моделирование информационных и технологических систем. Вып. 6 ВГТА 2003. с. 102-103.

81. Сербулов Ю. С Имитационное моделирование производственных процессов / Ю.С. Сербулов, И.О. Павлов, А.В. Лемешкин // Математическое моделирование информационных и технологических систем. Вып. 6 ВГТА 2003. с. 19-22.

82. Сербулов Ю. С Алгоритм синтеза изобретений / Ю.С. Сербулов, А.И. Бывальцев, А.В. Лемешкин // Теория конфликта и ее приложения. Матер. II Всероссийской научно-техн. конф. ВГТА 2002 с. 178-180.

83. Сербулов Ю.С Синтез новых решений технологических систем на основе имитационного моделирования / Ю.С. Сербулов, И.О. Павлов, А.В. Лемешкин // Кибернетика и технологии XXI века. Материалы II Межд. научно-техн. конф. Воронеж 2001 с.97-103.

84. Соболь И.М. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями / И.М. Соболь, Р.В. Статников / -М.:Наука, 1981.-111с.

85. Сысоев. В. В. Имитационное моделирование информационных итехнологических систем: Учеб. пособие / В. В. Сысоев, И. О. Павлов, А. В. «

86. Лемешкин; Воронеж, гос. технолог, акад. Воронеж, 2003. 152 с.

87. Сысоев В.В. Системное моделирование:Уч.пособие.-Воронеж: Изд.-во Воронеж.технол.ин.-та, 1991 .-80с.

88. Сысоев В.В. Системное моделирование многоцелевых объектов //Методы анализа и оптимизации сложных систем.-М.:ИФТП,1993.-с. 80-88.

89. Сысоев В.В. Структурные и алгоритмические модели автоматизированного проектирования производства электронной техники. -Воронеж: Изд.-во Воронеж, технол. ин.-та, 1993.-207с.

90. Сысоев В.В. Формирование конфликта в структурном представлении систем //Информационные технологии и системы.-Воронеж,№ 1,1996.-е. 26-30.

91. Фишберн П.С. Теория полезности для принятия решений.-М. :Наука, 1978.-352 с.

92. Цвиркун А.Д. Имитационное моделирование в задачах синтеза структуры сложных систем (оптимизационно-имитационный подход) / А.Д. Цвиркун, В.К. Акинфиев, В.А. Филиппов / -М.: Наука, 1985.-174 с.

93. Юдин Д.Б. Вычислительные методы теории принятия решений.-М.:Наука,1989.-317 с.

94. Sysoev V. Systems model of conflict formation in structural representation /V. Sysoev, I. Amrahov //Applications of computer systems:Proceedings of the Fowith International Conference.-Szczecin.-Poland,November 13-14, 1997.-p. 155-160.

95. Sysoev V.V. Model resource of conflict in microbiological systems / V.V. Sysoev, Y.S. Serbulov //International ecological congress.-Manhattan, Kansas, U.S.A.,1997.-№4.-p.1. При./jo жени е fl

96. А А. 1Л& жееГГЮО «Молоко» S^fy/cl^jtSfUL 2004 г.1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ

97. Результатов внедрения исследования Лемешкина А.В. «Модели синтеза проектных решений в задачах замещения ресурсов в условиях функционирования технологических систем» комиссия в составе:

98. Нач. производства Рогачев А.П., Гл. технолог Матвиенко Л.П., Гл. инженер Тульников А.В., Мастер Кузьмин Д.Н.

99. Настоящий документ не является основой для финансовых расчетов.

100. Нач. производства Гл. технолог Мастер