автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Моделирование и рациональный выбор вариантов реструктуризации и технического перевооружения предприятий на основе автоматизированной системы

На правах рукописи

БАРАННИКОВ Николай Ильич

МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВЫБОР ВАРИАНТОВ РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ НА ОСНОВЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ

СИСТЕМЫ

Специальность 05.13.12- Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Воронеж -1998

Работа выполнена на кафедре "Системы автоматизированного 1 вотирования и информационные системы" Воронежского государстве! го технического университета.

Научный консультант - Заслуженный деятель науки РФ, д-р. т

Официальные оппоненты: лауреат Государственной премии, д-р т

Защита диссертации состоится "30" октября 1998 года в 14 час» конференц-зале на заседании диссертационного совета Д063.81.02 при Воронежском государственном техническом университете по адр 394026 г.Воронеж, Московский проспект, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского сударственного технического университета.

' сентября 1998 года.

наук, проф. Фролов В.Н.

наук, проф. Норенков И.П.; Заслуженный деятель науки РФ, д-р. т наук, проф. Корячко В. П. д-р техн. наук, проф. Муратов A.B.

Ведущая организация - Воронежская государственная

архитектурно-строительная академия

Ученый секретарь диссертационного совета

Львович Я.Е.

общая характеристика работы

Актуальность темы. Нынешнее состояние промышленных предприятий характеризуется следующими .факторами:

структура основных фондов не соответствует требованиям современной экономики - централизованно планируемая экономика предусматривала создание крупных предприятий, рассчитанных на массовое производство изделий ограниченной номенклатуры, не востребованных з настоящее время з полном объеме:

состояние активной части основных фондов характеризуется преобладанием физически изношенного (до 70-80 %), морально и экономически устаревшего оборудования:

на действующих производствах существует избыток производственных плошадей, социальной инфраструктуры и т.д.:

в целом технический уровень производства и состояние организационной структуры не позволяют в подавляющем большинстве случаев зы-пускать конкурентоспособную продукцию.

Выходом из такого состояния может быть реструктуризация предприятий. совмещенная с техническим перевооружением.

Для российских условий реструктуризация является новым явлением, под которым понимают комплекс мероприятий, направленных на изменение номенклатуры и объемов выпускаемых изделий, снижение себестоимости выпускаемой продукции с целью повышения технико - экономических характеристик производств и изделий до уровня лучших отечественных и зарубежных аналогов и обеспечивающих необходимую хтя инвестора эффективность. Наиболее важной и трудной проблемой в этом процессе является выбор такого соотношения набора производств, номенклатуры выпускаемых изделий и их объемов, чтобы выполнить существующие ограничения, связанные с объемно - планировочными решениями, наличием производственных и вспомогательных площадей, инженерной инфраструктурой, а также условиями финансирования.

Техническим перевооружением действующих производств называют комплекс мероприятий по повышению до современных требований технического уровня отдельных производств, участков, установок, агрегатов и так далее в результате замены устаревшего оборудования современным и улучшения организации производства, при этом наиболее важным этапом является выбор структуры технологического оборудования.

Актуальность темы определяется необходимостью разработки эф-

фективных моделей, методов, алгоритмов и на их основе средств автоматизированной разработки проектов реструктуризации и технического перевооружения действующих производств. Проблема усугубляется тем. что из-за отсутствия инвестиций в производственную сфер)' распались или потеряли в значительной степени свой потенциал многие проектные организации. Это совпало с переходом на новое поколение вычислительной техники: ЕС и СМ ЭВМ, которыми были оснашены многие проектные организации. списаны из-за морального старения и резкого повышения эксплуатационных затрат: фонд программного обеспечения, который создавался для них ранее во многом за счет централизованного финансирования. переработать на новые технические средства не удалось, причем, это. в первую очередь, касается наиболее сложных систем, к которым относятся прежде всего системы технологического проектирования. Вторая причина -относительная для нашей страны новизна проблемы и недостаточная разработка теоретических вопросов.

Основные результаты работы получены автором при выполнении научно - исследовательских и опытно - конструкторских работ по целевой программе 01Д.027. задание ОЦ.027.07 "Создать новые и развить действующие системы автоматизированного проектирования (САПР) для автоматизации работ в проектных организациях", утвержденной Госпланом СССР. ГКНТ и АН СССР, и соответствуют одному из основных направлений Воронежского государственного технического университета "Разработка САПР и автоматизация производства".

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка системы автоматизированной разработки проектов реструктуризации существующих предприятий, совмещенной с техническим перевооружением, и позволяющей осуществлять выбор вариантов проекта с технико - экономическими показателями, обеспечивающими конкурентоспособность продукции.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи исследования.

анализ процесса разработки проектов реструктуризации предприятий. требующих проведения техперевооружения. определение состава показателей. характеризующих их эффективность:

разработка оптимизационной модели выбора вариантов производственной программы для проектов реструктуризации предприятий в условиях рыночной экономики, тпебуюшей гибкое и оперативное изменение производственной программы предприятия в соответствии со спросом:

выполнение анализа су шествующего процесса разработки технологической части проектов технического перевооружения, выявление его особенностей, источников информации и взаимосвязей между этапами этого процесса;

исследование оптимизационной модели выбора структуры технологического оборудования и метода поиска наилучшего значения целевой ' функции при заданной системе ограничений;

разработка метода, позволяющего принимать решения о выборе варианта проекта в условиях риска и неопределенности;

обоснование модели информационного обеспечения, обеспечивающей представление всех используемых в системе типов данных, и структуры баз данных в условиях многовариантности объектов проектирования;

разработка метода и алгоритмов управления процессом автоматизированного проектирования в условиях коллективного пользования системой;

применение математических моделей, методов и алгоритмов для разработки системы автоматизированной разработки проектов реструктуризации предприятий.

Методы исследования. Решение изложенных выше задач выполнялось с использованием теории множеств и теории графов, методов вычислительной и комбинаторной математики, имитационного моделирования, методов линейного, нелинейного и дискретного программирования. Достоверность теоретических исследований проверена и подтверждена данными эксперимента на моделях и результатами, полученными при использовании системы для разработки проектов реструктуризации действующих производств.

Научная новнзна. В диссертации получены следующие основные результаты. которые выносятся на защиту и характеризуются научной новизной:

методологические основы автоматизированной разработки проектов вариантов реструктуризации предприятий, совмещенной с их техническим перевооружением, основанные на модели оптимальной производственной программы, отличающейся возможностью получения как полностью, так и частично целочисленного плана;

оптимизационная модель и оригинальный метод поиска вариантов структуры технологического оборудования при техническом перевооружении. учитывающий аддитивность целевой функции, в качестве которой ис-

пользован показатель приведенных затрат;

исследования видов рисков, возникающих при разработке проектов реструктуризации предприятий, и метод принятия решений в этих условиях;

информационное обеспечение САПР на основе реляционной модели представления данных, позволяющей моделировать все структуры, используемые в данной предметной области;

комбинаторный метод и алгоритмы решения прямой и обратной задач управления процессом автоматизированного проектирования в САПР, структура которых описывается ориентированным графом с процедурами в вершинах и ребрами, означающих информационные связи между ними, для условий коллективного использования системы;

САПР реструктуризации предприятий в сочетании с их техническим перевооружением.

Практическая ценность. Представленные в диссертации исследования являются результатом научной работы, проведенной в Воронежском государственном союзном проектном институте в рамках госбюджетных и хоздоговорных работ по планам важнейших работ ГКНТ СССР и МЭП. Они нашли отражение в 13 отчетах по НИР, в которых автор был руководителем работ. Практические результаты выполненных в диссертации исследований можно разделить на две части. В научном плане развитые и разработанные принципы, модели и алгоритмы являются основой математического обеспечения САПР реструктуризации и технического перевооружения промышленных предприятий и были использованы для разработки программного обеспечения системы. Прикладное значение работы связано с созданием ряда программных средств, ориентированных на проектировщиков объектов строительства с предоставлением 'им средств оптимального проектирования и позволяющих на начальных стадиях выбирать варианты проектных решений с необходимыми технико-экономическими показателями.

Реализация и внедренне результатов работы. Цаучные результаты нашли отражение в материалах НИР и ОКР. проводимых под руководством автора: НИР "САПР-ПРОЕКТ. Технический проект САПР-проект". 1982 г.; НИР "САПР-ПРОЕКТ. Разработка первой очереди САПР", 1-й этап -1983 г., 2-й этап - 1984 г.: ОКР "САПР-ПРОЕКТ. Разработка рабочего проекта первой очереди САПР", 3-й этап. 1985 г.; НИР "Разработка по укрупненным показателям вариантов техперевооружения действующих производств с применением ЭВМ" (номер госрегистрации У89406). 198? г.:

НИР "ИДЕОЛОГИЯ. Разработка комплексно - целевой программы по автоматизации проектно- конструкторских работ объектов строительства и гибких производственных систем", 1985 г.: НИР "Техперевооружение-8б. Разработка технического проекта подсистемы автоматизированного проектирования технического перевооружения действующих предприятий (ТПДП)", 1987 г.; ОКР "Техперевооружение-87. Разработка рабочего про- -екта программной системы технико - экономических расчетов, обосновывающих хозяйственную необходимость ТПДП", 1988 г.; ОКР "Техперевооружение-88. Внедрение подсистемы автоматизированного проектирования ТПДП в институтах ПКО "Союз-электронпроект", 1989 г.

Кроме того, по плану важнейших работ ПКО "Союзэлектронпроект" под руководством автора выполнены ОКР "ЗАДАЧА-85" - "ЗАДАЧА-89" -"Разработка", корректировка и внедрение алгоритмов, программ и спра-вочно - информационного фонда автоматизации проектирования". 19861989 гг.

Ряд полученных научных результатов включен в учебное пособие и используется в учебном процессе кафедры САПР и ИС Воронежского государственного технического университета по курсу "Разработка САПР"

для студентов специальности 220300 "Системы автоматизации проектирования".

Экономический эффект от внедрения результатов работы составил в 1981-1990 гг. 605,74 тыс. р. в ценах 1984 года, в 1997 году экономический эффект в сумме 340.0 млн р. в текущих ценах получен при разработке проекта технического перевооружения производства ограждающих конструкции жилых крупнопанельных зданий с применением пенополистирольных плит в связи с доведением их теплотехнических свойств до требований СНиП П-3-79.

Апробация работы. Научные результаты и положения диссертационной работы докладывались более чем на 20 Международных. Всесоюзных, республиканских, региональных и отраслевых научно-технических конференциях, симпозиумах, совещаниях и семинарах, в том числе на: Всесоюзной школе-семинаре по структурной адаптации сложных систем управления (г.Воронеж, 1977); межотраслевом семинаре "Разработка и внедрение машинных методов проектирования объектов строительства". ЦНИИ "Электроника" (Москва, 1977); Всесоюзном совещании "Оптимизация и проектирование человеко-машинных систем" (г.Воронеж. 1980); Всесоюзном семинаре "Применение автоматизированных систем в проектировании объектов строительства" (г.Новосибирск, 1981); Регио-

нальном семинаре "Автоматизация проектирования и программирования задач в народном хозяйстве" (г.Воронеж, 1981); Межотраслевом семинаре "Опыт внедрения систем автоматизированного проектирования объектов капитального строительства", ВДНХ СССР, 1982; ХХ-ХХ111 научных конференциях Воронежского технологического института (г.Воронеж, 1980-1984); научно-практической конференции Ленинградского района г.Москвы "Системы автоматизированного проектирования и их.информационное обеспечение" (Москва, 1985); ежегодных научных конференциях профессорско - преподавательского состава Воронежского государственного технического университета и семинарах кафедры САПР и ИС ВГТУ 11993-1997 гг.), Международной научной конференции "Системные проблемы надежности, математического моделирования и информационных . технологий" (г.Сочи, 1997); Всероссийском совешании-семинаре "Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине" (г.Воронеж, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 35 научных работ, в том числе 3 книги.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, ее научная новизна, описывается ее краткая характеристика, сформулированы цель и задачи исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе с системных позиций проведен анализ существующего процесса разработки проектов реструктуризации и технического перевооружения действующих предприятий, выделены этапы, подлежащие автоматизации и особенности их выполнения, взаимосвязи между ними. Выявлено, что характерной особенностью этого процесса является необходимость учета текущих технико - экономических показателей предприятия I целом и составляющих его производств, а при выбора структуры оборудо' вания необходимо учитывать как новое, так и действующее оборудование а также наличие многономенклатурности обрабатываемых изделий и мно говариантность осуществления реструктуризации и технического пере вооружения.

Выявлены особенности информационного обеспечения, среди кото рых важное место занимают следующие: наличие большого объема ипва риантной по отношению к проектируемым объектам нормативно

справочной информации, наличие нескольких, по числу одновременно разрабатываемых проектов, совокупностей оперативной информации, требование долговременного хранения некоторых видов информации, высокая динамичность информационного обеспечения, необходимость использования данных в пакетном и интерактивном режимах и другие. Определены источники нормативно-справочной и оперативной информации.

На основании выполненного анализа сформулированы цели и задачи исследования.

Во второй главе разработана формальная постановка проблемы реструктуризации предприятия, совмещенной с техническим перевооружением. изложенная в терминах теории множеств.

Пусть имеется предприятие со структурой , такое, что

(!)

где - множество цехов предприятия;

- множество участков в г'-м цехе. Предприятие обеспечивает выпуск О' изделий или номенклатурных групп с объемом производства

Состояние предприятия характеризуется множеством показателей

Р^Р"=\ Ри=Тк\- >3)

к - множество показателей.

В результате реструктуризации необходимо перейти к производственной структуре

=1с'ги' ■1=Ш;]=Ш 1 4)

• ¡!/ I

где - множество цехов после реструктуризации мощностью м:

Т т< - множество участков после респ^ктуризашш в /-м цехе.

^ 1}

обеспечивающих выпуск £)' изделий или номенклатурных групп с объемом производства

Х = = (5)

Модель выбора варианта реструктуризации предприятия в завис» мости от состава участников инвестиционного процесса и их целей може быть различной. Например, если в качестве критерия оптимальности и< пользовать срок окупаемости РВР (payback period), или с учетом диско! тирования денежных потоков - дисконтированный период окупаемост DPB (discounted payback period), то необходимо обеспечить

DPB= I1/DACI-min, (6)

х

где II - сумма инвестиций (inicial invesment):

DACI - ежегодные поступления с учетом дисконтирования при следующих ограничениях:

II -F,(X''S')¿IÍ: SÖ = F^X" -S')¿SÓ':

EN' = Fi[X' -S> ) - EN": (7)

N' = FN": P' = F,[X'

JCmm ~ J^I ~ JCMax'

где //' - возможные инвестиции;

SO SO ' производственные плошади до и после реструктуризациг EN ■ EN' ' энергопотребление до и после реструктуризации; дЛ д"' - численность персонала до и после реструктуризации; Хш. Х„,» ' интервалы выпуска изделий или групп изделий. Пусть для каждого цеха или другого структурного подразделен! имеем технологический процесс, выполняющий /и операций по обработ

О \

О', изделий с объемом производства X] = У=1,<2

Структура технологического оборудования линии определяется с мействами множеств и вспомогательным множеством у",

где А-/'= (I Л/"'}.{ М'"\.....| Л/"|| ~ семейство множеств типов действующе

оборудования;

д- ' = АЛ'].....¡./V""}! " семейство множеств количеств де

ствующего оборудования, таких, что Д/" л/":

у" = .7=7,2,...,/и | - множество, каждый элемент у* которого указывает мощность множеств' д/" и ДГЛ, то есть количество типов и единиц каждого типа действующего оборудования.

Имеем также множество типов нового (прогрессивного) оборудования А/'= |{ Л//"|'{ Л/'";.....!Л/"")|- которое возможно применить на соответствующих операциях.

Требуется сформировать семейства множеств \ \ \ Д' .

л/=||л4;м1.....(м4/}. (8)

М" с (м"им"), (9)

.....■ (Ю)

ЛГс(У'идГ)-. " (11)

При этом, если 2=1,2,...,т \ • множество, каждый элемент ко-

торого означает мощность множеств М" и ДГ" . то для описания структуры технологической линии после технического перевооружения вспомо-

гательное множество V® преобразуется в множество у1 такое, что

Гс(к° иж) (12)

Искомая структура технологической линии после технического перевооружения должна обеспечивать экстремум целевой функции

Р-.=ехг <13)

при выполнении следующих ограничений:

............(14>

Для решения этой проблемы необходимо, прежде всего, определить оптимальную (на данном этапе) производственную программу для проведения реструктуризации предприятия с учетом выбытия оборудования, определяемого по показателю комплексного износа:

и = 1 -\1 - иг)Л1 - и.)'\1 -и.-)> ч

где ц - физический износ;

\]т - моральный или функциональный износ:

и - экономическим износ.

В математической модели задачи ислочислешки о про! раммнропанпя как целевая функция, так и функции в системе ограничений могут быть линейными. нелинейными и смешанными. Для задачи выбора оптимального плана выпуска и целевая функция и система ограничений задачи являются линейными. Следовательно, данную задачу в общем виде можно записать так: паши максимум функции

Г=Усл' (16)

при условиях

У ах.=ь (/=1./). (17)

Уа.Х^Ь (/ = / + 1. 777). ( 1 8)

.V. >0 (7 = 1,77). (19)

л'( - це лые (у = 1. п). (20)

Анализ эффективности методов решения целочисленных задач показал. что для данного случая наиболее удовлетворителен метод ветвей и границ, в основе которого лежат следующие построения, позволяющие в ряде случаев существенно уменьшить объем перебора.

1. Вычисление верхней границы (оценки). Часто удастся найти верхнюю границ) (оценку) целевой функции Г на множестве планов в (или на

некотором его подмножестве С), т.е. такое число ¿г { с?) что

для X е С имеет место

/|Л')<с(С) (21)

1(.>Ч>1НСКТ1!СШК' ДЛЯ -л бо'' 11МСС1 МССК>у(л i-;.- i и ' ) ).

2. Разбиение на подмножества (ветвление). Реализация метола связн-И;: с поск'пепным разбиением множества планов О на дерево нодмножемв (ветвлением). Ветвление происходит по следующей многошаговой схеме.

0-й шаг. Имеется множество С = С. Некоторым способом оно разбивается на конечное число (обычно не пересекающихся) подмножеств

в . (7 .....(7

к-й шаг (к>1). Имеются множества С . С...... С . еше не нодвсп-

инишсся нетлению. Но некотором) правилу (\ ка ч;тп<>м\' нижа срс.-п.' шг.\

выоираек'м множесто СГ,, и разбивается па конечное число ihumho-жеспз:

<'"..•<'".......О'",..'.,

Пше не подвергавшиеся разбиению множссиза

с.с;.....g;.,..,g;i().,.....cr.G\ .с,,.....g\

заново ооозначакпся через G"", G'". . . G'"

3. Иересче! «щенок. Пели множество О" С О' . ю. очевидно.

max f{ Х)< max / ( X) ■ -12)

X '"'г. \=(г-,

Поэтому, разбивая в процессе решения некоторое множество G' на подмножества G'rG[, ...,G' . получим

G' = \jG;, (23)

Всегда считается, что оценка (граница) для любого подмножества G/ не меньше оценки для множества G':

С (G') <C(G'). i = Ts. 124)

В конкретных ситуациях часто оказывается возможным добиться улучшения опенки, т.е. получить хотя бы для некоторых / строгое неравенство

C(G;)<C(G').

4. Вычисление планов. Для конкретных задач могут быть указаны различные способы нахождения планов в последовательно разветвляемых подмножествах. Любой такой способ существенно опирается на специфику задачи.

5. Признак оптимальности. Пусть G' —\JG' и план X принадлежит некоторому подмножеству Gv. Если при этом

/( X) ~ С ( G.) > С ( G / - TS. 12(„

ю 7v - оптимальны!! план задачи.

Доказательство непосредственно следует из определения оценка. Обычно этот признак применяется па некотором этапе ветвления (т.е.

при (i — G', s = /■ )

О. Опенка точности приближенного решения.

пуаь G' = \jg;.

max -((7.) ■:"')

' /и.:. . s "

Если \ - некоторый план исходной задачи (т. е. .V € G ). то

Ç>m<ixf(X)>f(X). .28)

.1 Gif

Доказательство и здесь сразу следует из определения оценки. Очевидно, что если разность Д = f (X) — Ç невелика (т. е. не превышает некоторою выбранного для данной задачи числа), го X можно принять за приближенное решение, а Л - за оценку точности приближения. Разбиваем (г на несколько непересекающихся подмножеств

с'п| =gi1(1]lug'li,u...ug'i !29)

Еше не подвергавшиеся разбиению множества

G .G';......g;m)1,G:,1i:.....G\ .

заново обозначаем через G G.....G.1"' и перехолим к (k+1 )-.му шлг\

С"Iр>кIуриая схема метода ветвей п границ приведена на рис. I

Задача выбора структуры технологической линии формулир\егся следующим образом.

Пусть на момент разработки проекта /0 имеем структуру технологического оборудования предприятия или отдельного производства Su. выполняющего множество операций Ttt = jT{)i'.l = по обработке Qn

изделий или групп изделий с объемом производства

S„

^{iV'W./H

(30)

где m - количество операций:

Мп = {{М0/]. {Мо:}.....{ МНт}} - семейство множеств типов деи-

ствуюшего ооорудошпшя:

Л' = " N i ' N ! 1N "

'N " | i1N о/)• tIN о; |.....i!N

Um 1 |

l'CMCIKIllO М110Ж1'С1В КОЛИЧСС1В .ICII-

сгвуюшею ооорудовання. i акп,\. что при

m(,i € MoiЛ n0i S Noi ■ СО о,

существует соответствие F: /;;„;/и,,,/''

Т' - множество, такое, что Vu ..i = l.inAMп\— V ., т.е. каждый

' о Ol |J>J<)lj ol

элемент множества V'oi указывает количество типов и единиц каждого типа действующего оборудования

iu.tNn,-!=b-,„- <31)

Технологическая линия характеризуется множеством технико-экономических показателей состоящим пч двух подмножеств: Pt. включающего показатели по номенклатуре изделий Q и головой программе выпуска изделий ]"] по каждом позиции номенклатуры и молмпожссша

расчетных показателей .

P.r-PJ-JP., __i32>

П() = {ПН/.7 = /.0}. (33)

Подмножество расчетных показателей состоит из приведенных затрат Соп.р. стоимости основных фондов К,., производственной плошали, занимаемой технологическим оборудованием SOo, численности производственных рабочих Ког. выпуска продукции на одного'рабочего Б0. средней трудоемкости одного изделия Т0. удельных капитальных затрат на единицу годного изделия О". удельной или обшей себестоимости производства C,ccô

Р= [Conp.Ko.Sön.Nor.Bo.To.C^^.uCoco,-,!. (34)

Эти показатели зависят от структуры технологической линии S,. и обьема производства Q(, п П„.

rirv = Fe(\\ill).\Nll}.r\).}r<z<j.

где - G - множество расчетных показателен.

Мпожеано l\, характеризуем криологическую шито I мбанчн.ш гол t = 0.

На год проведения технического перевооружения устанавливается струк тура обьема производства

п„ * п.

¡.о

■ II)

причем, как правило,

Велелепню иыбышн оборудования ш-ш фпшчеемч о и моральною износа и 1-11 юд структура технологической линии Б,, переходит в состояние

где Б, е 5. Б- множество возможных состояний структуры технологической линии.

Фактическая пропускная способность оборудования вд-м году

может оказаться меньше необходимой, т.е. П„- П,.

Используя семейство множеств типов такою нового (про! рессшшого) оборудования, что Мп = |м т л = /, требуется

сформирован, следующую структуру технолог нческо! о оборудования

S: =

M'=\M':i=l.m

iV; = {N::i=7./7i}

i.-yi

= 1=1171]

где м;, с(м„ик„).м„ см0(,|м;(|<;м,(|+)мш|,

Мч - множество типов действующего оборудования, оставленного в производстве в '.-¡5 момент времени на операции:

IV" ~множество, такое, что Чм.^'.^'ьт. М,( = | = и- т.е.

каждый элемент множества указывает количество типов и единиц каждого типа нового оборудования в структуре технологического оборудова-

ния на момент I, чтобы обеспечивался экстремум целевой функции, в качестве которой выступает один из расчетных показателей - приведенные затраты

= (40)

и выполнялись условия

= (41)

' где §=2.....в: Яс - любые из отношений <=,> .

Показатель приведенных затрат целесообразно использовать в качестве целевой функции в связи с тем, что в него входят составляющими другие-существенные факторы.

Достижение этой цели может быть выполнено в несколько этапов. На первом этапе решается задача определения количества оборудования, выбывающего в г-м году из-за физического и морального износа.

На втором этапе определяется дефицит производственных мощностей для выполнения заданий на ^й год программы, выбираются типы (модели) прогрессивного оборудования и рассчитываются их количества, исходя из заданной программы и ограничений, обеспечивая минимальное значение принятого критерия оптимизации - приведенных затрат.

Задача выборк моделей прогрессивного оборудования и расчет его количества является задачей целочисленного программирования, однако в отличие от классических задач, в которых требуется определение. только значений переменных ( в нашем, случае количество оборудования), в данной задаче необходимо для каждой операции вначале выбрать определенный тип оборудования, а затем его количество.

Начальные условия для конкретных проектов, как правило, существенно отличаются за счет различий в структуре действующего оборудования. коэффициента запуска, программ будущих периодов, различных вариантов выбора типов прогрессивного оборудования и различных ограничений технико-экономического характера.

Таким образом, данная задача не может быть сведена к классическим задачам замены оборудования для существующих или его выбора для вновь проектируемых производств. При постоянном коэффициенте запуска на операциях для различного оборудования целевая функция является аддитивной, и общий экстремум достигается при достижении экстремума на каждой операции. Эта задача решена методом последовательного анализа вариантов и уступок.

В третьей главе разработана модель принятия решений о выборе ва-

риантов проектов реструктуризации предприятий в условиях рисков, сопровождающих любой проект от начальных стадий разработки до реализации. Распределим элементы множества показателей р =| р,.р,......

характеризующих качество проекта, в порядке относительной важности, причем показатель р, - наиболее важный. В выражении (41) путем умножения соответствующих строк на "-1" приведем все ограничения к виду:

где 77 - структура технологического оборудования; X, - объем выпуска _]-го изделия.

Так как показатели качества проектов реструктуризации зависят непосредственно от объемов выпускаемой продукции и структуры технологического оборудования, необходимо рассматривать эти факторы в комплексе.

Для /-и операции, /= т,1, из выражения (35) находим Р,, = С^ и соответствующий этому тип оборудования щ и его количество у{ и определяем

значения остальных показателей Рк, у=2,г и, если ^у =2,г 2 Рг, ■ то

переход к (¡-1) операции, для которой повторяется выполнение (35). '

Если после выбора структуры оборудования на 7-й операции (т-й этап) условия (40) выполняются, то задача решена, если же на любой операции условия (40), а следовательно, и (41) не выполняются хотя бы для одного из показателей Ру, у=2,г. то воспользуемся методом последовательных уступок, идея которого заключается в том. что после минимизации основного критерия р и определения его значения р' назначается величина уступки >0 первого критерия и находится наименьшее значение р. второго критерия при условии, что значение р/ < р] + Далее назначается величина уступки >0 для второго критерия, которая вместе с первой используется для нахождения условного минимума третьего и так далее.

Для г критериев оптимальной считается всякая стратегия поиска, состоящая из следующей последовательности:

1). Найти Р] = т/Р,^)-

2). Найти Р'.-т/ />,($) ■ (43)

.V еЛ'

г). Найти Р\ = //7у рг (л-) .

л&Ч'

V = 12.....г - / .

Показано, что в случае V,. = О v V = 1,Г для г критериев метод последовательных уступок определяет оптимальную стратегию поиска и доставляет наименьшее значение первому по важности критерию на множестве 5". Если величины уступок оказываются большими, например,

Р'. + с), > 511р Р, (.?), 5 -12.....Г - I. то стратегия по

этому методу определяет наименьшее на множестве Л' значение последнему критерию Рг.

Таким образом, в соответствии с этой стратегией, если на г-й операции для к-го показателя

¿>> л.-/>!','<»■ <44)

где р['' -значение показателя рг на первом шаге поиска структуры оборудования на /■ й операции, то используя выражения (35), находим операцию, дающую наибольшее увеличение значения г-го показателя при

1К}И _

У = аг8 _тах [Р<\>] = 1,т. (45)

Для)-\\ операции находим:

Р™ =тт{Р,},1 = 1уГ, (46)

т.е. изменяем структуру оборудования на ]-й операции, для которой вычисляем значения остальных г-1 показателе!! и определяем отношения предпочтения для них.

Если Р(">Р("и Р{1) > Р{'\У = /,...,У-/,У + 2.....г. то вычис-

>у п 8 '' '

ляется значение уступки 8п для показателя Р,.

После этих операций мы или получаем наилучшее решение, или убеждаемся, что система ограничений несовместна при заданных началь-

пы\ и! раппчеппях. I! ном случае ноль «та[ель н чаинснмост от копкре!-пы\ условии и пелен должен молучшь значения усмупок по одному или всем показателям, на которые необходимо изменить начальные ог раничения.

1! четерюи главе выполнено Iеорегическос обоснование возможности применения в качестве базовой структуры информационного обеспечения САШ' структуры данных реляционного типа, основанной на использовании таблин-ошошеппн. Эта идея основана на том. что наиболее распространенной и естественной формой представления информации в процессе проектирования является таблица, которую в математике принято называть отношением.

Отношение определяется следующим образом.

Дана совокупность множеств £) ■£)......Д, (не обязательно различных). Отношение I^ . определенное на этих ^ множествах, есть множество упорядоченных кортежей гС/......¿/^ таких, что с£);. ¿/.с£)......

с!, = О,

Множества £),.£)______£) называются доменами отношения Ц . Величина п называется степенью отношения. В общем случае отношение яв-ляе I ся полмпожес I вом лекарюва произведения доменов

И />*/>• ' /X ,4"1

ЛфпСпчом называется пара [) . где - иденшфикатр а!рпбу-та. а £) - домен атрибута.

Далее будем предполагать, что на одном домене может бьиь определено более одного идентификатора атрибута.

Отношение Ц обладает следующими свойствами:

каждый элемент таблицы представляет собой один элемент данных, повторяющиеся группы отсутствуют:

нее сюлбиы в таблице однородные, т.е. псе элемен ты сюлбна имеют одинаковый тип:

столбцы однозначно идентифицированы:

в отношении нет повторяющихся строк:

в операциях с отношением строки и столбцы могут просматриваться

в любом порядке и в любой последовательности безотносительно к их информационному содержанию и смыслу.

Между атрибутами отношения существует функциональная связь, которую мы будем обозначать следующим образом.

Пусть // - множество имен связей, Д - множество имен (идентификаторов) атрибутов, отражающих все существенные факторы исследуемого класса объектов. Тогда выражение вида

R (Лг А:.....А,) <4«>

назовем схемой связи, если ft е flf • А - А - / = 1.к ■

Схема базы данных представляет собой конечное множество схем связей

Я. U,- А,:.....А...)

R:{ A:r А::.....A,:i (49)

R^m^Am!}' Л.т2'"" slmkmj '

где R,.....

All.....Аткт ^ А '

База данных представляет собой конечное множество отношении

R = = 1,т ;•■ (50)

Поиск и выборка данных из базы данных могут быть выполнены по имени отношения, именам атрибутов и строк в виде полного отношения, группы строк или отдельной строки, группы столбцов или отдельного столбца, групп элементов столбцов или строк.

В общем виде, если требуется получить подмножество ft элементоо отношения ft , то это будет выделение подмножества из множества с помощью логической функции или предиката:

f!, = P[R.-A-B)- (si)

БД САПР

!

Подбаза нормативно-справочной информации

Подбаза оперативной информации об объекте проектирования

Каталоге оборудования

Справочники . структурных элементов производств

Пенники материалов, энергоносителей и изделий

Справочник общего назначения, служебная икшшя

Данные общего характера

Спецификации :твуюшего и ное оборудования

Описание структуры нового производства

полученного варианта

Программа выпуска

Описаний существующего и нового

технологических процессор

Рис.2. Структура базы данных системы

где Л, - исходное отношение;

д - идентификаторы столбцов (атрибутов отношения ); В - идентификаторы строк отношения; Р - оператор отношения.

11рпмепсмис реляционной модели позволило выполним, следующие требования:

непосредственное представление или моделирование сI рук тур данных всех типов, используемых в данной системе;

минимизировать объем оперативной и внешней памяти для различных исходных структур в случае их представления в табличном виде:

структурирование баз данных рассматриваемой еиаемы:

приемлемость временных характеристик СУБД независимо от количества содержащихся в них наборов данных;

упростить методы взаимодействия прикладного программного обеспечения с базой данных и управление процессом автоматизированного проектирования.

Структура базы данных системы, разработанная на основе реляционной модели, показана на рис. 2.

При параллельной разработке на основе интегрированной базы данных нескольких проектов управление процессом АП обычными методами оказывается затруднительным. Эти трудности усугубляются необходимостью вариантной проработки проектных решений и хранения соответствующей информации до выбора окончательного варианта. Нарушение установленного порядка выполнения прикладных программ может привести к появлению ошибок, при этом наиболее серьезные последствия вызывают не до конца сформированные данные.

Если условиться обозначать проектные процедуры в виде вершин, а информационные связи между ними в виде ребер, то взаимосвязи в САПР удобно и наглядно изображаются с помощью направленного графа

• где P=lp/jz= J,N | - множество вершин графа, изобра-

жающих процедуры; /?=7, Л/| - множество ребер графа, изображающих связи между процедурами. Однако для сложных систем наглядность теряется и в таких случаях общепринятым способом представления информации о взаимосвязях в системе является матричное представление информации, для перехода к которому необходимо принять ряд определений и предпосылок:

1. Процедура - совокупность действий, выполняемых как техническими средствами автоматизированного проектирования (АП), так и спе-

пиалнсчами. участвующими в процессе АГ1 п связанных с подготовкой информации для него, ее преобразованием, анализом и припишем решений, сия 1аппы\ с ним информационными нотками на основе единой БД.

2. Будем учитывать отношения, содержащие входную, нормативно -справочную (ПСИ), промежуточную и выходную информацию, являющиеся внешними по отношению к процедурам.

3. Число отношений, используемых на входе и выходе одной процедуры. конечно и не превышает чисел Ь и А" соошеитенно.

4. Одно отношение может использоваться несколькими процедурами.

5. Общее число процедур, входящих в систем}', конечно, заранее не определено и увеличивается по мере расширения функций системы.

6. Общее количество отношений, используемых всеми процедурами системы, конечно, но заранее также неизвестно и увеличивается по той же причине.

7. Все отношения, в том числе и содержащие выходную информацию, хранятся в БД до тех пор, пока в этом есть необходимость.

8. Распределение информации между отношениями производится таким образом, что

I ле М - общее количество отношений в БД системы.

Эк> условие дает возможность, при необходимости, дублировать информацию с целью предоставления удобства для пользователя.

У. Процедура должна применяться для преобразования информации, содержащейся в конечном множестве отношений, неограниченное число раз (многократно), что необходимо для ее использования при проектировании различных объектов.

К). Процедуры генерируют выходные отношения тогда, когда име-Ю1ся все необходимые входные отношения, то есть, если Ц с Ц - мпоже-

с1во входных 01 ношений /-и процедуры. ■ и с ^ - множество

выходных ошошений /-й процедуры. ¡/^ /у . то

где р - оператор преобразования, реализуемый /- й процедурой.

Для связи процедур с отношениями составим прямоугольную матрицу технологии обработки отношений Т :

у/^/,7,7=7. М .

(52)

(53)

где М- количество процедур в системе;

N - количество отношений в системе;

£„=/»если ОТЯ работы 1-й процедуры требуется ]-е отношение;

£ =0 > если ^е отношений не связано с ¡-й процедурой:

, если]-е отношение является выходным ¡-й процедуры.

В связи с наличием условий 5, 6 и 10 использовать известные методь обработки матриц смежности и достижимости невозможно. Основны? препятствием является условие 10, в соответствии с которым ¡-я процедур; может генерировать выходные отношения только при выполнении опера ции логического умножения для входных отношений. В связи с этим задач! решена методами комбинаторной математики, так как предметом иссле дования являются конечные множества отношений и процедур, то есл дискретные математические структуры.

Анализируя эту матрицу, устанавливаем, что с ее помощью решаются следующие задачи:

1. Определение подмножества отношений, связанных с / -й процеду

рой

2. Определение подмножества процедур, использующих } -е отноше

ние

3. Выделение начальных процедур, т. е. процедур, не имеющих на входе отношений; промежуточных - имеющих входные и выходные отношения; конечных - не генерирующих выходных отношений процедур. Для / -й процедуры это определяется следующим образом:

(55)

(56)

=Г>

4. Определение подмножества конечных процедур рк , достижимых

при заданном подмножестве начальных р^ . Эта задача, которую назовем

прямой, представляет собой поиск путей на графе технологии обработки отношения и является основной в процессе управления АП, так как при ее решении получаем возможность из любого текущего состояния системы получить возможные (достижимые) результаты.

5. Определение подмножества начальных процедур , необходимых для выполнения заданного подмножества конечных процедур р .

Так как результатами функционирования САПР являются отношения (документы), получаемые конечными процедурами, причем среди них есть результаты, определяющие качество проекта в целом, то решение этой задачи позволяет выделить подмножество процедур, необходимых для их получения и, следовательно, уменьшить объем работ при поиске оптимального варианта за счет невыполнения второстепенных процедур.

Для управления процессом автоматизированного проектирования разработан комбинаторный метод для систем, описываемых ориентированным графом с процедурами в вершинах и наборами данных в виде отношений в качестве ребер. С помощью этого метода можно решать прямую и обратную задачи управления. Суть прямой задачи заключается в поиске достижимых вершин из любого текущего состояния системы, обратная задача заключается в поиске множества минимально необходимых процедур для получения требуемых отношений. На основе метода разработаны алгоритмы и программы управления процессом АП, позволяющие расширять возможности системы без внесения изменений в ранее разработанное программное обеспечение.

В пятой главе показаны структура, состав информационного и программного обеспечений, даны результаты практической реализации системы автоматизированной разработки проектов реструктуризации и технического перевооружения. В табл. 1 приведено функциональное назначение модулей программного обеспечения системы.

Таблица 1

Идентификатор модуля Функциональное назначение модуля |

AMOUNT Расчет количества оборудования на дефицит программы

BUILDINGS Модуль для работы с отношением "Корпуса"

CONTENTS Модуль для работы с отношением "Состав предприятия"

DATA Служебные функции системы

EQUIPMENT Модуль для работы с отношением "Оборудование"

GASES Модуль для работы с отношением "Газы"

INDICES Модуль для работы с отношением "Показатели эффективности"

INFRA Модуль для работы с отношением "Константы"

INDICESCALC Расчет показателей эффективности ТПДП

ITEMS Модуль для работы с отношением "Изделия"

LIQUIDS Модуль для работы с отношением "Вода"

LOTS Модуль для работы с отношением "Участки"

MANUFACTURES Модуль для работы с отношением "Производства"

MATERIAL Модуль для работы с отношением "Материалы"

OLDTECH Модуль для работы с отношением "Существующий технологический процесс"

OPTIMAL Модуль для работы с отношением "Решение"

OPTVAR Выбор оптимальной структуры оборудования, однотипного по операциям

PLANTS Модуль для работы с отношением "Предприятия"

PROGRAMM Модуль для работы с отношением "Программа выпуска изделий"

PROJECTS Модуль для работы с отношением "Проекты"

REPORT Формирование и печать проектных документов

Идентификатор модуля Функциональное назначение модуля

SHOPS Модуль для работы с отношением "Цехи"

SOLVER Функции проектирования

STEAMS Модуль для работы с отношением "Пар"

STEPS Модуль для работы с отношением "Технологические операции"

UNITS Модуль для работы с отношением "Един, измерения"

VARIANT Управляющий модуль системы

VENDORS Модуль для работы с отношением "Поставщики обо-, рудования"

WRITEVAR Запись показателей выбранного варианта в архив

Основные результаты работы

1. Выполнен анализ процесса разработки проектов реструктуризации и технического перевооружения предприятий, выявлены особенности математического и информационного обеспечения и этапы, подлежащие автоматизации.

2. Разработана математическая модель выбора оптимальной производственной программы, учитывающая ограничения реструктурируемого предприятия.

3. Предложен метод решения как полностью, так и частично целочисленных задач выбора, производственной программы реструктурируемого предприятия, основанный на методе ветвей и границ и учитывающий выбытие оборудования, возможность применения нового оборудования и ограничения действующего предприятия.

4. Разработана математическая модель выбора оборудования технологических линий в условиях реструктуризации и технического перевооружения предприятий, учитывающая текущие и ожидаемые показатели эффективности принимаемых решений.

5. Разработан комбинаторный метод поиска рациональной структуры оборудования технологических линий по минимуму приведенных затрат. учитывающий аддитивность целевой функции.

6. Осуществлен и обоснован выбор базовой структуры представле-

ния данных в системе на основе реляционной модели, позволяющей моделировать или непосредственно представлять все структуры данных, используемые в системе.

7. Разработана структура базы данных системы, позволяющая обеспечить накопление, хранение и обработку нормативно - справочной, исходной и результирующей информации в условиях параллельной разработки нескольких проектов.

8. Для управления процессом автоматизированного проектирования в условиях коллективного использования САПР при разработке нескольких проектов разработан комбинаторный метод, основанный на представлении структуры системы ориентированным графом с процедурами в вершинах и отношениями в виде ребер и отличающийся тем, что учитывает условие логического взаимодействия отношений на входе процедур. На основе метода разработан алгоритм решения задачи управления процессом автоматизированного проектирования на основе матричного представления графа структуры САПР.

9. Разработанные модели, алгоритмы, программное и информационное обеспечения включены в систему автоматизированной разработки проектов реструктуризации и технического перевооружения предприятий.

Получен экономический эффект в размере 605,74 тыс.р. в ценах 1984 года и 340,0 млн р. в ценах 1997 года.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Межов А.Е., Баранников Н.И. Оптимизационный синтез и автоматизация проектирования переналаживаемых автоматических линий и агрегатных станков. - Воронеж: ВГТУ, 1997. -172 с.

2. Системы автоматизации проектирования и информационно -управляющие комплексы на бг&е супермикроЭВМ / В.С.Лопатин. В.Е.Межов, Ю.А.Чевычелов, Б.С.Сергеев, Н.И.Баранников. - Воронеж : ВГТУ, 1996.-254 с.

3. Баранников Н.И., Зацепина С.А. Программное обеспечение САПР. Учеб. пособие. Воронеж: ВПИ, 1988. - 90 с.

4. Баранников Н.И., Юдин Н.Д. Основные требования к системе машинного проектирования объектов строительства // Разработка и внедрение машинных методов проектирования объектов строительства: Сб. тез. докл. семинара. М.: ЦНИИ "Электроника". Сер.7 "Технология, организация производства и оборудование". Вып. 2(89). С. 12-14.

5. Баранников Н.И., Гулякевич И.Л. Механизация технологических расчетов // Разработка и внедрение машинных методов проектирования

объектов строительства: Сб. тез. докл. семинара. М.: ЦНИИ "Электроника". Сер.7 "Технология, организация производства и оборудование". Вып. 2(89). С.61-62.

6. Баранников Н.И., Фролов В.Н. Пакет программ для имитации объектов с неоднородными индивидуальными характеристиками // Структурная адаптация в сложных системах: Сб. науч. трудов. - Воронеж: ВПИ.1977.

7. Баранников Н.И., Башкина Т.А., Сысоев В.В. Алгоритм нахождения максимальной производительности многономенклатурных технологических комплексов в условиях автоматизированного проектирования объектов строительства // Применение автоматизированных систем в проектировании объектов строительства: Сб. тез. докл. Всесоюзн. семинара. -М.: ЦНИПИАСС, 1981. С. 97-99.

8. Расчет производственной мощности промышленных предприятий. Программная и эксплуатационная документация II Н.И.Баранников. Э.С.Кравченко. И.С.Спирина. - Воронеж: ВГСПИ, 1980. - 67 с.

9. Алтухов J1.B., Баранников Н.И., Башкина Т. Программный комплекс автоматизированного выбора вариантов технического перевооружения действующих производств "PI-36". Пояснительная записка. ПЕЦ. 79001-019101-1 - Воронеж: ВГСПИ, 1983. -40 с.

10. Программный комплекс автоматизированного выбора вариантов технического перевооружения действующих производств "PI-36". Руководство пользователя. ПЕЦ. 79001-019201-1 / Н.И.Баранников, В.Н.Денисов. Г.А.Харев и др. Воронеж: ВГСПИ, 1983. -48 с.

11. Разработка по укрупненным показателям вариантов технического перевооружения действующих производств с применением ЭВМ. - Отчет по НИР №У89406 // Н.И.Баранников, В.Н.Денисов, Г.А.Харев и др. Воронеж: ВГСПИ, 1983.-108 с.

12. Баранников Н.И., Гулянский Э.Д. Организация информационного обеспечения САПР сложных объектов на основе инвариантной системы интегрированной обработки данных табличной структуры // Автоматизация проектирования. Серия "Техника. Экономика. Информация". - М.: ВИМИ. 1982. Вып. 2. С. 69-73.

13. Баранников Н.И., Гулянский Э.Д., Львов С.В. Система управления базой данных САПР объектов строительства. Пояснительная записка. - Воронеж: ВГСПИ, 1981. - 53 с.

14. Баранников Н.И., Кондратов П.Л. Программное обеспечение адаптивного процесса принятия решений в условиях неоднородностей //

Оптимизация и проектирование человеко-машинных систем: Сб. нау« трудов. - Воронеж: ВПИ, 1980. С. 126-133.

15. Баранников Н.И., Сиркович Г.Ш., Гулянский Э.Д. Процедур унифицированного ввода, контроля, преобразования и компоновки ш формации документов табличной структуры. ИЛ №82-1111 Сер. ИЛ ВТ-К II. -М.: ВИМИ.1982.

16. Баранников Н.И., Фролов В.Н. Исследование временных xapai теристик информационного обеспечения САПР методом имитационног моделирования II Имитационное моделирование в организационж технических системах: Сб. науч. тр. - Воронеж: ВПИ, 1982. С. 171-174.

17. Баранников Н.И., Харев Г.А. Реализация на ЭВМ алгоритма oi тимизации структуры парка оборудования по векторному критерию пр проектировании приборостроительных предприятий // Автоматизащ проектирования технологии и оборудования электронной промышле ности: Сб. научн. трудов. - Воронеж: ВПИ, 1982. С. 31-38.

18. Сысоев В.В., Баранников Н.И., Юдин Н.Д. Оптимизация структ ры технологических комплексов при автоматизированном проектирован! объектов строительства // Применение автоматизированных систем в пр ектировании объектов строительства: Сб. тез. докл. Всесоюзн. семинара М.: ЦНИПИАСС, 1981. С. 89-90.

19. Баранников Н.И., Гулянский Э.Д., Выхор В.М. Программная с стема автоматизированного проектирования тепловых сетей (шифр П 30). Информационный листок № 85-1573. Москва: ВИМИ, 1985.

20. Баранников Н.И., Гулянский Э.Д. Решение проблемы обработ оперативной информации в САПР // Системы автоматизированного rij ектирования и их информационное обеспечение: Тез. докл. науч.-npaj конф. М.: НТС при Ленингр.РК КПСС. ВИНИТИ ГКНТ и АН ССС 1985. С. 83-85.

21. Баранников Н.И., Мещеряков В.Я. Автоматизация графическ работ при проектировании предприятий отрасли с использованием веде ственной системы машинного проектирования II Системы автома зированного проектирования и их информационное обеспечение: Т докл. науч.-практ. конф. М.: НТС при Ленингр.РК КПСС, ВИНИ' ГКНТ и АН СССР. 1985. С. 85-87

22. Баранников Н.И., Гулянский Э.Д., Львов С.В. Система органа ции и ведения оперативного табличного информационного фонда СА "Спринт". Информационный листок № 435-86. Воронеж: МТЦНТИ, 198

23. Баранников Н.И. Задачи разработки прикладного программн

обеспечения для интерактивных графических систем ноною поколения II Унификация проектных решении и разработка ПО машинной графики: Мат. науч.- техн. семинара - М: ЦНИИ "Электроника", 1987. - Выи. 1 (261). С. 21.

24. Программа автоматизированного подбора и составления спецификации элементов типовых колодцев (ПИ-19) II Н.И.Баранников, Э.Д.Гулянский, С.В.Львов, М.И.Трубникова, Л.И.Колесникова. Информационным листок № 357-87. Воронеж :МТЦНТИ, 1987.

25. Баранников Н.И., Гулянский Э.Д., Ратмирова А.Л. Программы реструктуризации графических данных проектирующих подсистем. Информационный листок № 110-88. Воронеж: МТЦНТИ. 1988.

26. Баранников Н.И.. Гулянский Э.Д., Ратмирова А.Л. Программное обеспечение преобразования графических файлов (программа UNLOAD и LOAD). Информационный листок № 502-89. Воронеж: МТЦНТИ, 1989.

27. Баранников Н.И.. Львович Я.Е. Управление процессом автоматизированного проектирования в САПР // Информатика. Сер. Автоматизация проектирования в САПР. - М.: ВИМИ, 1990. Вып. 1. С. 40-47..

28. Программно-методический комплекс "Перс"автоматизированного пересчета локальных объектных смет и договорных цен на объекты промышленного строительства // В.П.АнтипоЬ. Н.И.Баранников. Ю.Д.Гулянский и др. Свид. о Госрегистрации программы для ЭВМ №195 от 21.02.91.М.: ГК ВТИ, Госреестр программ для ЭВМ.

29. Андриянов И.Н.. Антипов В.П., Баранников Н.ИАвтоматизиро-ваниая подсистема расчета стоимости объектов стро!ггельства в системе оценки эффективности инвестиционных проектов II Новые технологии в образовании: III Всероссийская научно-практ. конф. "Черноземье". Воронеж. 1997. С. 102.

30. Андриянов И.Н.. Баранников Н.И. Программно-методический комплекс для обучения студентов параметрическому методу оценки стоимости объектов строительства // Новые технологии в образовании: III Всероссийская научно-практ. конф. "Черноземье". Воронеж. 1997. С.85.

31 Баранников Н.И.. Лукин С.Н. Задачи автоматизации технологического проектирования при разработке проектов реструктуризации промышленных предприятий // Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. Часть 2. - Воронеж: ВГТУ. 1997. С. 88-94.

32. Баранников Н.И., Лукин С.Н. Задачи и модели выбора вариантов проектов реструктуризации промышленных предприятий II Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. Часть 1.

- Воронеж: ВГТУ, 1997. С. 196-199.

33. Баранников Н.И., Лукин С.Н. Модели выбора вариантов проектов при реструктуризации производства // Системные проблемы надежности, математического моделирования и информационных технологий: Междунар. аауч. конф. - М.: 16-21 сентября 1997. С. 16-17.

34. Баранников Н.И., Лукин С.Н. Структура базы данных и ее функции в автоматизированной системе разработки проектов реструктуризации промышленных предприятий II Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине: Тез. докл. Всероссийского совещания-семинара. - Воронеж: ВГТУ, 1997. С. 98.

35. Баранников Н.И., Яскевич О.Г. Риски при разработке проектов реструктуризации предприятий // Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине: Тез. докл. Всероссийского совещания-семинара. - Воронеж: ВГТУ, 1997. С. 103.

36. Баранников НД. Выбор оптимальной производственной программы в автоматизированной системе разработки проектов реструктуризации предприятий // Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. трудов. - Воронеж: Изд-во ВГТУ, 1998. С.200-204.

ЛР № 020419 от 12.02.92. Подписано к печати 23.09.98. Объем 2.0 усл. печ. л. Тираж 35 экз. Заказ № ¿!5"2. Издательство Воронежского государственного технического

университета

394026 Воронеж, Московский проспект, 14



и

Воронежский государственный технический университет

На правах рукописи

БАРАННИКОВ НИКОЛАЙ ИЛЬИЧ

МОДЕЛИРОВАНИЕ И РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВЫБОР ВАРИАНТОВ РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ НА ОСНОВЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ

Специальность 05.13.12-1 Системы автоматизации проектирования

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант: Заслуженный деятель науки РФ, д-р техн. наук, профессор Фролов В.Н.

Воронеж, 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................4

1. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ В НОВЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ.................................18

1.1. Анализ состояния и перспективы развития предприятий............18

1.2. Особенности разработки проектов реструктуризации и технического перевооружения промышленных предприятий.....................42

1.3. Цели и задачи исследования..........................................................51

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕДУР ВЫБОРА СТРУКТУРЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ...............................................................................53

2.1. Формализация процедур выбора вариантов реструктуризации действующих производств............................................................................53

2.2. Принятие решения об использовании существующего оборудования.................................................................................................72

2.3. Определение производственной программы предприятия в условиях реструктуризации..........................................................................79

2.4. Выбор технологического оборудования при реструктуризации и техническом перевооружении.......................................................................97

Выводы второй главы........................................................................120

3. ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ ПРИ ВЫБОРЕ ВАРИАНТОВ ПРОЕКТОВ РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ ПРЕДПРИЯТИЙ.........................121

3.1. Риски при разработке проектов реструктуризации и ТПДП.... 121

3.2. Основные показатели оценки эффективности инвестиций........125

3.3. Методы анализа риска и неопределенности...............................130

3.4. Метод последовательных уступок..............................................138

Выводы третьей главы.......................................................................141

4. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ВЫБОРА ВАРИАНТОВ РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ И ТЕХНИЧЕСКОГО ПЕРЕВООРУЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ.............142

4.1. Выбор и обоснование обобщенной структуры представления информации в системе.................................................................................142

4.2. Разработка структуры базы данных и ее функций.....................152

4.3. Задачи управление процессом автоматизированного проектирования...........................................................................................157

4.4. Алгоритмы решени задач управления процессом автоматизированного проектирования.................................................................166

Выводы четвертой главы...................................................................173

5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЯ.:...................................................................................174

»

5.1. Операционная среда системы.....................................................174

5.2. Инструментальные средства разработки системы....................177

5.3. Состав и структура программного обеспечения системы проектирования...........................................................................................180

5.4. Состав и структура информационного обеспечения системы проектирования........................................................................................... 184

5.5. Техническое и организационное обеспечение............................186

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ..........................................188

ЛИТЕРАТУРА...................................................................................190

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................204

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы.

Новые экономические условия требуют новые подходы к разработке технико - экономических обоснований как строительства новых предприятий и производств, так и реструктуризации, технического перевооружения и реконструкции действующих. Учитывая нынешнюю ситуацию в экономике России, следует ожидать развития предприятий не за счет создания новых производств, а именно за счет второго направления по ряду причин, основные из которых следующие:

структура основных фондов промышленных предприятий и в целом, и их составляющих не соответствует требованиям современной экономики - централизованно планируемая экономика предусматривала создание крупных предприятий, рассчитанных на массовое производство изделий ограниченной номенклатуры, не востребованных в настоящее время в полном объеме;

состояние активной части основных фондов характеризуется преобладанием физически изношенного (до 70-80%), морально и экономически устаревшего оборудования;

на действующих производствах существует избыток производственных площадей, социальной инфраструктуры и т.д.;

в целом технический уровень производства и состояние организационной структуры не позволяют в подавляющем большинстве случаев выпускать конкурентоспособную продукцию.

При уменьшении объемов производства, а это, за редким исключением, относится практически к предприятиям всех отраслей, возрастают накладные расходы, удельные энергозатраты, себестоимость, что ведет к увеличению оптовой (отпускной) стоимости выпускаемой продукции, снижению конкурентоспособности, потере рынка. Это является одной из основных причин кризиса в промышленности.

Выходом из такого состояния может быть реструктуризация предприятий, совмещенная с техническим перевооружением.

Для российских условий реструктуризация является новым явлением, так как ранее основным направлением развития производств было новое строительство, и лишь в 80-е годы начали широко применять техническое перевооружение отдельных производств, однако его задачи в те годы отличались от современных конечными целямй.

Под реструктуризацией предприятий понимают комплекс мероприятий, направленных на изменение объемов производств, номенклатуры выпускаемых" изделий, снижение себестоимости выпускаемой продукции с целью повышения технико - экономических характеристик производств и изделий до уровня лучших отечественных и зарубежных аналогов и обеспечивающих необходимую для инвестора эффективность. Наиболее важной и трудной проблемой в этом процессе является выбор такого соотношения набора производств, номенклатуры выпускаемых изделий и их объемов, чтобы выполнить существующие ограничения, связанные с объемно -планировочными решениями, наличием производственных и вспомогательных площадей, инженерной инфраструктуры, а также условиями финансирования.

Техническим перевооружением действующих производств называют комплекс мероприятий по повышению до современных требований технического уровня отдельных производств, участков, установок, агрегатов и так далее в результате замены устаревшего оборудования современным и улучшения организации производства.

Техническое перевооружение действующих производств позволяет до минимума сократить разрыв между достижениями научно - технического прогресса и их внедрением в производство за счет обновления прежде всего активной части основных фондов.

В отличие от новых производств техническое перевооружение долж-

но обеспечивать замену физически изношенного, морально (функциональный износ) и экономически устаревшего оборудования новым на основе анализа технико - экономического уровня находящегося в эксплуатации и предлагаемого для замены оборудования.

Наиболее важным этапом в этом процессе является выбор структуры технологического оборудования, при этом если ранее основным критерием для решения этой задачи был, как правило-, максимальный коэффициент загрузки оборудования, то в настоящее время решение необходимо принимать по комплексу показателей в соответствии с новыми нормативно - методическими документами и условиями инвестирования. При этом следует иметь в виду, что этот этап является определяющим в достижении приемлемых технико - экономических показателей всего проекта в целом. Являясь с математической точки зрения задачей целочисленного программирования на множестве значительной мощности, поиск оптимального решения представляет сложную задачу, для решения которой необходимо разработать соответствующие методы и алгоритмы, а также систему автоматизированной разработки проектов реструктуризации предприятий с учетом проведения технического перевооружения действующих производств.

Проведение реструктуризации предприятий требует решения, по крайней мере, двух взаимосвязанных проблем: определение рациональных размеров новых производств реструктурируемого предприятия и выбор оптимальной структуры оборудования для отдельных производств и их структурных единиц.

Разработка проектов реструктуризации и технического перевооружения действующих производств (ТПДП) - сложный и трудоемкий процесс, характеризующийся многовариантностью решений. Эта работа может быть выполнена высококвалифицированным коллективом проектировщиков, имеющих для этого соответствующие средства автоматизации. Однако в настоящее время в стране сложилась непростая ситуация, связанная с

тем, что из-за отсутствия инвестиций в производственную сферу распались или потеряли в значительной степени свой потенциал многие проектные организации. Это совпало с переходом на новое поколение вычислительной техники: ЕС и СМ ЭВМ, которыми были оснащены многие проектные организации, списаны из-за морального старения и резкого повышения эксплуатационных затрат, фонд программного обеспечения, который создавался для них ранее во многом за счет централизованного финансирования, переработать на новые технические средства не удалось, причем, это, в первую очередь, касается наиболее сложных систем, к которым относятся прежде всего системы технологического проектирования. Вторая причина -относительная для нашей страны новизна проблемы и недостаточная разработка теоретических вопросов.

Различным аспектам разработки моделей и методов решения задач поиска оптимальных вариантов применительно к технологическим процессам и структуре технологического оборудования, а также автоматизации их проектирования посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых: Батищева Д.И.[31], Беллмана Р.[32,33], Канторовича Л.В.[53], Корбута А.А.[58], Львовича Я.Е.[65,66,125], Норенкова И.П. [79], Сысоева В.В. [70,110-111], Финкелыитейна Ю.Ю.[58], Фролова В.Н. [122-125], Юдина Д.Б.[136] и других.

Однако вопросы реструктуризации предприятий с учетом нынешней ситуации в экономике страны, накладывающей определенные условия на эти процессы, в литературе отражены, в основном, лишь с качественной стороны. По этой причине, а также в связи с ожиданием роста инвестиционной активности необходимо разработать математический аппарат для формального описания этого процесса, средства автоматизированного проектирования, позволяющие обеспечить выбор рациональных вариантов проектных решений. По этим причинам данная работа является актуальной.

Основные результаты работы получены автором при выполнении научно - исследовательских и опытно - конструкторских работ, реализованных в соответствии с целевой программой ОЦ.027, задание ОЦ.027.07 "Создать новые и развить действующие системы автоматизированного проектирования (САПР) для автоматизации работ в проектных организациях", утвержденной Госпланом СССР, ГКНТ и АН СССР и соответствующей отраслевой программой, а также в соответствии с одним из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета "Разработка САПР и автоматизация производства".

Цель*и задачи исследования. Целью работы является разработка системы автоматизированной разработки проектов реструктуризации существующих предприятий, совмещенной с техническим перевооружением, и позволяющей осуществлять выбор вариантов проекта с технико - экономическими показателями, обеспечивающими конкурентоспособность продукции.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи исследования:

анализ процесса разработки проектов реструктуризации предприятий, требующих проведения техперевооружения, определение состава показателей, характеризующих их эффективность;

разработка оптимизационной модели выбора вариантов производственной программы для проектов реструктуризации предприятий в условиях рыночной экономики, требующей гибкое и оперативное изменение производственной программы предприятия в соответствии со спросом;

выполнение анализа существующего процесса разработки технологической части проектов технического перевооружения, выявление его особенностей, источников информации и взаимосвязей между этапами этого процесса;

исследование оптимизационной модели выбора структуры техноло-

гического оборудования и метода поиска наилучшего значения целевой функции при заданной системе ограничений;

разработка метода, позволяющего принимать решения о выборе варианта проекта в условиях риска и неопределенности;

обоснование модели информационного обеспечения, обеспечивающей представление всех используемых в системе типов данных, и структуры баз данных в условиях многовариантности объектов проектирования;

разработка метода и алгоритмов управления процессом автоматизированного'проектирования в условиях коллективного пользования системой;

применение математических моделей, методов и алгоритмов для разработки системы автоматизированной разработки .проектов реструктуризации предприятий.

Методика исследования. Решение изложенных выше задач выполнялось с использованием теории множеств и теории графов, методов вычислительной и комбинаторной математики и имитационного моделирования, методов линейного, нелинейного и дискретного программирования. Достоверность теоретических исследований проверена и подтверждена данными эксперимента на моделях и результатами, полученными при использовании системы для разработки проектов реструктуризации действующих производств.

Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, которые выносятся на защиту и характеризуются научной новизной:

методологические основы автоматизированной разработки проектов вариантов реструктуризации предприятий, совмещенной с их техническим перевооружением, основанные на модели оптимальной производственной программы, отличающейся возможностью получения как полностью, так и

частично целочисленного плана;

оптимизационная модель и оригинальный метод поиска вариантов структуры технологического оборудования при техническом перевооружении, учитывающий аддитивность целевой функции, в качестве которой использован показатель приведенных затрат;

исследования видов рисков, возникающих при разработке проектов реструктуризации предприятий, и метод принятия решений в этих условиях;

информационное обеспечение САПР на основе реляционной модели представления данных, позволяющей моделировать все структуры, используемые в данной предметной области;

комбинаторный метод и алгоритмы решения прямой и обратной задач управления процессом автоматизированного проектирования в САПР, структура которых описывается ориентированным графом с процедурами в вершинах и ребрами, означающих информационные связи между ними, для условий коллективного использования системы;

САПР реструктуризации предприятий в сочетании с их техническим перевооружением.

Практическая ценность. Представленные в диссертации исследования являются результатом научной работы, проведенной в Воронежском государственном союзном проектном институте в рамках госбюджетных и хоздоговорных работ по планам важнейших работ ГКНТ СССР и МЭП. Они нашли отражение в 13 отчетах по НИР, в которых автор был руководителем работ. Практические результаты выполненных в диссертации исследований можно разделить на две части. В научном плане развитые и разработанные принципы, модели и алгоритмы являются основой математического обеспечения САПР реструктуризации и технического перевооружения промышленных предприятий и были использованы для разработки программного обеспечения системы. Прикладное значение работы

связано с созданием ряда программных средств, ориентированных на проектировщиков объектов строительства с предоставлением им средств оптимального проектирования и позволяющих на начальных стадиях выбирать варианты проектных решений с необходимыми технико-экономическими показателями.

Реализация и внедрение результатов работы. Научные результаты нашли отражение в материалах НИР и ОКР, проводимых под руководством автора:

НИР "САПР-ПРОЕКТ. Технический проект САПР-проект", 1982 г.;

НИР "САПР-ПРОЕКТ. Разработка первой очереди САПР", 1-й этап -1983 г., 2-й этап - 1984 г.;

ОКР "САПР-ПРОЕКТ. Разработка рабочего проекта первой очереди САПР", 3-й этап, 1985 г.;

НИР "Разработка по укрупненным показателям вариантов техпере-вооружения действующих производств с п�