автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.23, диссертация на тему:Обеспечение качества принятия управленческих решений при проектировании контрольно-измерительной оснастки на основе комплексной математической модели процесса

Ефимова Полина Евгеньевна

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ОСНАСТКИ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА

05.02.23 - Стандартизация и управление качеством продукции

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2011

Рыбинск-2011

005006308

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева».

Научный руководитель

кандидат технических наук, профессор Комаров Валерий Михайлович

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Непомилуев Валерий Васильевич

кандидат технических наук Соколов Михаил Авангардович

Ведущая организация

ГОУ ВПО «Брянский государственный технический университет»

Защита состоится 30 декабря 2011 г. в 10ш часов на заседании диссертационного совета Д 212.210.02 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева» по адресу: 152934, Ярославская область, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53, ауд. Г-237.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьева».

Автореферат разослан « 29 » ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

В условиях быстро меняющейся экономической ситуации требования к управленческим решениям существенно возрастают, особенно в производстве сложной наукоёмкой продукции. В этом случае логично говорить о необходимости обеспечения качества управленческих решений. Нередко на практике вследствие неполноты информации, используемой в процессе принятия решений, возникает определённое противоречие между качеством и оперативностью принимаемых решений. Устранение этого противоречия возможно только путём создания автоматизированной системы принятия решений, в которой использовалась бы доступная информация о процессе, подлежащем управлению.

Качество готовой продукции в значительной степени зависит от эффективной и своевременной'технологической подготовки производства (ТПП). Существенную долю ТПП составляет процесс проектирования и изготовления оснастки, характеризуемый наличием большого количества относительно несложных уникальных заказов. Планирование хода работ в этих условиях возможно только при штатном развитии процесса. Однако при возникновении возмущающих воздействий (изменение планов, болезни) в связи с огромной размерностью пространства принятия решений на поиски оптимального решения затрачивается значительное время. Для обеспечения качества и оперативности принятия управленческих решений с помощью автоматизированной системы необходимо разработать математическую модель процесса принятия решений на основе мониторинга и анализа данных автоматизированных систем учёта, используемых на предприятиях.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является обеспечение качества процесса проектирования контрольно-измерительной оснастки путём управления принятием решений на основе комплексной математической модели процесса. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

выделить характеристики понятия качества управленческих решений, на основе чего разработать математическую модель принятия решений при проектировании оснастки;

выявить показатели, определяющие качество управленческих решений, и определить возможное влияние на них с целью полного и своевременного выполнения требований цехов-заказчиков оснастки;

разработать методику получения количественных показателей для оценки качества управленческих решений на основе мониторинга и анализа данных автоматизированных систем учёта, используемых на предприятиях;

разработать алгоритмы функционирования автоматизированной системы принятия решений с целью повышения их оперативности.

Объектом исследования является процесс принятия управленческих решений при проектировании оснастки в системе менеджмента качества предприятия.

Предмет исследования - методика анализа и моделирования процесса принятия управленческих решений при проектировании оснастки.

Методы исследования базируются на применении обобщения и общенаучного анализа, теории сетей Петри, методов сокращения размерности признакового пространства, теории нечёткой логики, теории массового обслуживания, теории расписаний, алгоритмов «муравьиных колоний», метода решающих матриц.

Достоверность основных результатов работы подтверждается совпадением результатов теоретических исследований с результатами экспериментальных исследований принятых решений на примере управления работой конструкторского бюро проектирования оснастки машиностроительного предприятия.

Научная новизна работы заключается в следующем:

предложена система расчётных показателей, определяющих качество управленческих решений, изучено воздействие на эти показатели с целью обеспечить полное, своевременное выполнение требований цехов-заказчиков оснастки;

разработана комплексная математическая модель анализа качества управленческих решений при проектировании;

разработана методика получения указанных количественных показателей, а также критериев качества процесса, на основе мониторинга и анализа данных используемых на предприятиях учётных систем;

разработаны алгоритмы функционирования автоматизированной системы принятия решений, обеспечивающие повышение их оперативности;

Основные положения, выносимые на защиту:

1) система расчётных показателей, определяющих качество управленческих решений при проектировании;

2) комплексная математическая модель анализа качества управленческих решений при проектировании на основе взвешенных показателей;

3) методика получения указанных количественных показателей, а также критериев качества процесса, на основе мониторинга и анализа данных используемых учётных систем;

4) алгоритмы процесса управления заказами на проектирование оснастки, обеспечивающие реализацию предложенных решений.

Практическая значимость и реализация полученных результатов

Практическая значимость исследования состоит в том, что предложен подход к управлению заказами на проектирование оснастки, учитывающий вероятностный характер их поступления и обработки, а также разработано программное обеспечение для поддержки принятия управленческих решений при проектировании оснастки. Основные результаты работы внедрены на ОАО «Сатурн-Газовые Турбины» и ЗАО «СМ Системы» для принятия управленческих решений.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на 61й научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов (г. Ярославль, 2008 г.), 7й всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука - региону» (ВоГТУ, 2009 г.), I всероссийской конференции «Теория и практика системного анализа» (г. Рыбинск, 2010 г.), II Всероссийской научной конференции с международным участием «Научное творчество XXI века» (г. Красноярск, 2010 г).

Публикации

Материалы диссертационной работы опубликованы в 26 печатных работах, в т. ч. 3 - в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов научных исследований.

Структура и объем работы

Диссертация содержит введение, 4 главы, заключение, приложения и список использованных источников, насчитывающий 174 наименования. Работа изложена на 251 странице печатного текста. В работе содержится 77 рисунков, 53 таблицы и 7 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели и задачи исследования, научная новизна и практическая ценность диссертационной работы.

В первой главе выполнен анализ роли технологической подготовки производства (ТПП) новых изделий, включающей в себя процесс проектирования и изготовления оснастки. Выявлены отклонения от штатного развития процесса изготовления продукции, причиной которых являются срывы ТПП. Отмечено, что задержки с поставкой оснастки являются причиной 25 % всех случаев срывов срока выпуска новых изделий. В свою очередь, срыв сроков поставки оснастки происходит вследствие того, что около половины заказов на технологическое оснащение поступает на инструментальный завод с опозданием, вследствие чего их невозможно выполнить в срок. Выявлено, что несвоевременные либо неправильные управленческие решения являются основной причиной срывов сроков заказов.

Проанализированы и сопоставлены подходы к понятию «качество управленческих решений», критерии оценки качества и факторы, определяющие качество управленческих решений. Отмечено, что в большинстве случаев оценки отличаются субъективностью, на основе чего сделан вывод о необходимости введения количественных показателей оценки управленческих решений. Проанализированы методики оценки качества и эффективности А. 3. Гасанова, Р. А. Фатхутдинова, образовательного центра Элитариум.

Приведена сравнительная характеристика методов математического описа-

ния и анализа процесса оперативного управления и дана оценка сравнительной сложности алгоритмов на основе существующих моделей. Сформулированы особенности предметной области и сделан вывод о том, что для её описания могут быть одновременно применены разнородные математические методы.

В рамках исследования проведено исследование существующих систем автоматизации принятия решений. Сделан вывод о том, что для автоматизации процесса оценки качества решений необходимо разработать комплексную математическую модель оценки качества управленческих решений и создать на её основе автоматизированную систему принятия управленческих решений, в которой использовалась бы вся имеющаяся на предприятии информация о процессе, подлежащем управлению. Для этого целесообразно осуществлять мониторинг и анализ данных, получаемых как из систем, используемых при принятии управленческих решений, так и из систем, непосредственно применяемых в процессе проектирования оснастки. Это обеспечит повышение оперативности принятия управленческих решений при проектировании оснастки как в плановых условиях, так и при наличии возмущающих факторов, а также повышение их качества.

Во второй главе для оценки и совершенствования процесса принятия управленческих решений разработана базовая модель управления проектированием оснастки. Она приведена на рис. 1.

Рис. 1. Базовая модель процесса управления проектированием оснастки

Из рис. 1 следует, что процесс управления предполагает планирование (определение сроков выпуска), составление расписания (распределение работ и определение локальных сроков для исполнителей), а также контроль над исполнением заказов, что отражается введением обратной связи в модели. Взаимодействие этих процессов обеспечивает сеть Петри - эффективный инструмент описания параллельных асинхронных процессов. В работе предложена цветная стохастическая сеть Петри с введённым модельным временем. Взаимодействие процессов базовой модели с сетью Петри отражено на рис. 2.

Рис. 2. Сеть Петри как инструмент взаимодействия асинхронных процессов

Сеть включает переходы, соответствующие этапам работы над заказами, и позиции, содержащие группы заказов, находящихся на одной стадии выполнения. Они сведены в таблицу 1. В таблице 1 приведены следующие показатели: п -среднее количество заказов в периоде; р\ - вероятность принятия заказа на проектирование; рг - вероятность сохранения заказом актуальности; р~> - вероятность принятия заказа заказчиком без претензий; у8 - возвращённые заказы.

Таблица 1

Позиции и переходы сети Петри

Позиции сети Петри Ue¡ юходы сети Петри Входные Выходные

Номер Смысл Номер Смысл функции переходов функции переходов

0 1 Поступающие Отвечающие io Получен п P\n> (1 ~P> (1 -Pl)n P¡n

2 9 требованиям Не отвечающие требованиям Отклоненные ¡10 Ы Отвергнут Принят (1 -Р> Р,"

3 Ожидающие Ы Направлен Р,п> v8 pxn, V8

5 распределения Потерявшие Ы исполнителю Снята актуальность (1 -p2)-W (1 -p2)-W

10 актуальность Изъятые

4 Заказы на рабочем Í40 Выполнен W = p!n + v¡ p2-W,

6 месте Выполненные (1 -Pl)-W

7 Выполненные без отклонений /50 Направлен на исполнение, цеху- p2-lV Рг-Рг-W, p2il-p3)-W

8 Содержащие отклонения ко заказчику Принято без Рг-Рг-W

11 12 Выполненные и внедрённые в цехе Выход Ы Í90 претензий Возникли замечания Работа завершена Mi "-V, p2il-p3)-W n-vg

При формализованном описании базовой модели управления проектированием оснастки необходимо учитывать основные показатели, определяющие процесс проектирования оснастки: планы выпуска изделий, операции, цеха-заказчики, исполнители. Эти показатели образуют многомерное пространство, в котором протекает процесс принятия управленческих решений. Для наглядности оно изображено в виде трёхмерных кубов, на осях которых откладываются значе-

СущностьЗ

ния сущностей, учитываемых в процессе управления (рис. 3). Математическая обработка многомерных объектов весьма затруднительна, поэтому необходимо свести многомерное пространство принятия решений к совокупности двумерных объектов. Для этого, учитывая дискретный характер сущностей процесса управления, предложено использовать сечения куба (см. рис. 3). В точках пересечения секущих плоскостей многомерного пространства находятся элементы, отражающие вероятности наличия связи между двумя сущностями. Например, для каждого сочетания значений 1, 2,... т сущности 1 и значений 1, 2,... п сущности 2 определены элементы хи, х,2, ...хтп. Совокупность этих элементов образует матрицу Цх^Ц размерностью тхп. Аналогично для значений 1, 2,... п сущности 2 и значений 1,2,... р сущности 3 определяется матрица размерностью пхр. Связь между значением г сущности 1 и значением] сущности 3 осуществляется через значения 1, 2,... п сущности 2. Считая, что в строке г

Сущность!

Рис. 3. Обобщенное многомерное пространство принятия решений

первой матрицы записаны гипотезы, в столбце_/' второй - исходы, найдём вероятность события А «существует связь между значениями сущностей, представленными строкой г и столбцом у». Эта вероятность находится по формуле

р(А) = хпу,1 + х,1у^ +...+хну„, ^ ^

где хф Уу - элементы матриц, отражающих связи сущностей 1 и 2, 2 и 3 соответственно.

Однако данная формула полностью совпадает с формулой нахождения элемента при определении произведения матриц Х=|х!,|] и У = Ц^-Ц. Исходя из этого,

предложено определять вероятности наличия связи между сущностями 1 и 3 как элементы матрицы, являющейся произведением двух исходных матриц, представляющих связи между сущностями 1 и 2, 2 и 3 соответственно. В дальнейшем таким образом оцениваются все количественные показатели, недоступные непосредственному измерению: склонность сотрудника к выполнению заказа, необходимость отнесения заказа к периоду и др.

Обобщённый показатель качества управленческого решения можно представить формулой 2:

где X, - весовой коэффициент параметра, = 1

- оцениваемый параметр качества, в том числе - параметр по энтропии, Ра2 - параметр по рискам, - параметр реализации решения, Рв4 - параметр адекватности.

Для планирования за количество событий в показателе энтропии принимается количество периодов, на которые может быть назначен заказ. Состояния «Заказ назначен на период г», ¿=1...и имеют вероятности р\...р„ соответственно. Для распределения работ за количество событий в показателе энтропии соответственно принимается количество работников],]=\...т, которым может быть поручено выполнить заказ, для определения локальных сроков (приоритетов работникам) -количество номеров заказов к, к=\..Л для которых оценка производится одновременно. Показатель энтропии исчисляется, таким образом, по формуле 3.

где pp(i), pr(j), ps(k) - вероятности событий i,j, к в процессах планирования, распределения работ и определения локальных сроков;

У, Y-, У* - весовые коэффициенты значимости решений при планировании, распределении работ и определении локальных сроков соответственно, причём

у'+у'+у' =1 (5)

Чем меньше энтропия, тем больше определённость и, следовательно, лучше решение.

if min. (6)

Показатель риска может быть оценён как доля возвращённых заказов в общей работе (см. таблицу 1):

= = . (7)

W р] • vg

Показатель, рассчитанный по формуле (7), представляет собой долю заказов, по которым необходимо предпринимать корректирующие действия. Его рост свидетельствует о снижении качества работ.

Показатель реализации решения складывается из трёх составляющих (реализации по затратам, компетентности сотрудников, срокам) и имеет вид:

Р? = щЛ^рв +МУЙ + -» min, (8)

где ць Цг, Из - весовые коэффициенты значимости соблюдения требований затрат, компетентности и сроков соответственно. По опыту функционирования подразделения цг=0,2...0,3, р2=0,3...0,4, цз~0,4...0,5.

М. Л'г, - нормирующие коэффициенты, равные соответственно максимальным возможным значениям PQ3h PQ32, Р~зз-

Для оценки реализации решения с точки зрения затрат используются трудозатраты конструкторов Мт, в связи с чем верно

#=5X-nnin. (9)

Для оценки компетентности сотрудников используется сводная матрица/.«Исполнитель» - «Заказ», которая является взвешенной суммой матриц, отражающих предпочтения в распределении работ по различным параметрам:

1

где Оу - весовые коэффициенты значимости характеристик;

7,- - матрицы, каждая из которых представляет собой произведение матриц «Заказ-<Характеристика>» и «<Характеристика>-Конструктор». Параметр <Характеристика> является формальным и может принимать следующие фактические значения: используемый инструмент проектирования (САПР), квалификацию, специализацию, опыт (недавно выполненные работы). Для успешного функционирования подразделения необходимо учитывать связь вновь поступивших заказов с уже распределёнными, что требует обработки больших объёмов данных. Для решения данной проблемы предложена методика, использующая элементы алгоритма «муравьиной колонии». Установлены аналоги терминов, принятых в данном алгоритме, терминам исследуемой задачи. Это показано в таблице 2.

Таблица 2

Аналоги терминов решаемой задачи терминам алгоритма «муравьиных колоний»

Термин решаемой задачи Термин, применяемый в алгоритме «муравьиных колоний» Обозначение

Заказ Муравей /

Конструктор Ребро графа ?

Сводная характеристика ранее выполненных заказов (опыт) След фермента (феромона) т'С)

Мера различия заказа с полученными ранее Путь, пройденный муравьем между точками графа N'(0

Память о ранее выполненных заказах с учётом забывания Испарение феромона т(0'"" = т(0(1-р)

После вычисления всех матриц !, ищется минимум целевой функции цг\

Ъ-ч^Щ-н,, (11)

где - критерий качества распределения сотрудников по компетенции,

и у -цены назначения, обратные соответствующим элементам матрицы I, Ну - трудоёмкость доли заказа, назначенной для выполнения конструктору. Выполнение решения по срокам оценивается штрафной функцией, причём целью является минимум запаздывания критичных заказов. Эта функция имеет вид:

= (12) где q - критерий выполнения решений по срокам,

Д?, - превышение срока исполнения, рассчитываемое как разность фактического срока выпуска и планового срока;

/ - штраф, значение которого пропорционально элементу матрицы А с соответствующими значениями параметров «Срок» и «Изделие», где А («Срок» - «Изделие») - прирост оснащённости за период, определяемый планами предприятия по выпуску новых изделий.

Показатель адекватности рассчитывается исходя из сравнения исходных и реальных матриц, на основе которых принимается управленческое решение. В рассматриваемой модели в качестве исходных берутся следующие матрицы: А («Срок» - «Изделие»);

В («Операция» - «Оснастка») - вероятность применения оснастки на операции, определяемая специализацией оснастки, опытом технологических бюро в её применении;

С («Цех» - «Операция») - доля операций данного типа в суммарной трудоёмкости работ цеха, определяемая специализацией цехов;

D («Изделие» - «Цех») - доля трудоёмкости работ цеха в трудоёмкости процесса изготовления изделия, определяемая расцеховкой изделий;

Е («Оснастка» - «Заказ») - вероятность появления оснастки в заказе, определяемая решениями технологов.

На основе перечисленных исходных матриц для описания процесса планирования вычисляются следующие результирующие матрицы:

Р («Изделие» - «Операция») - вероятность того, что при изготовлении изделия будет затребована данная операция:

P = D-C\ (13)

Od («Изделие» - «Оснастка») - оснащённость изделия:

Od~ Р ■ В\ (14)

Рг («Срок» - «Оснастка») - прогнозная потребность в оснастке:

Pr^A-Od-, (15)

Pre («Срок» - «Заказ») - прогнозное расписание заказов:

Pre ~ Рг ■ Е\ (16)

Ose («Цех» - «Оснастка») - оснащённость (потребность в оснастке) цеха:

Oic = C-ß; (17)

Z («Срок» - «Цех») - прогнозная загрузка цехов

Z=A-D. (18)

Взаимодействие процессов базовой модели (см. рис. 1) и сети Петри можно представить алгоритмом, приведённым на рис. 4. Адекватность прогноза оценивается по корреляции фактического поступления заказов (по сети) и матрицы Pre. Могут использоваться и другие параметры: связь доли дополнительных работ ß с количеством фишек в сети, матрицы Z, Od, Ose. Показатель адекватности прогноза определяется формулой

= . (19)

где а„р - коэффициент корреляции фактических и прогнозных показателей поступления заказов.

Поскольку данный показатель требует сравнения планируемой и реальной ситуации и неизвестен в момент принятия решения, при оценке качества решения он принимается в виде константы, которая зависит от того, является ли течение

С

Начало

"Г-

3

Определение начального периода и горизонта планирования

Оценка будущей ситуации в рамках процесса

Принятие управленческого решения

Выполнение решений

Сбор информации от сети Петри о текущем состоянии дел

процесса штатным, либо часто наблюдаются отклонения или внешние воздействия (изменение планов, решений заказчиков и т. п.).

На основе анализа модели сформулированы следующие рекомендации по

повышению качества процесса: первоочередное выполнение заказов, имеющих наибольшую актуальность для заказчика; распределение работ в строгом соответствии с компетенцией сотрудников; улучшение организации деятельности лиц, принимающих решения, для уменьшения доли работ, требующих корректирующих действий. Данные рекомендации соответствуют контролируемым критериям.

В третьей главе описана методика получения элементов базовых матриц из данных учётных систем (маршрутных технологий, отчётности цехов): для определения элемента матрицы строится выборка документов по интересующему нас показателю и определяется доля этих документов среди содержащихся в системе. Перечни периодов, сотрудников и заказов приведены в автоматизированной системе учёта работ. Вероятности в начальный момент времени полагаются равными, при назначении заказу срока, исполнителя и приоритета соответствующая вероятность становится равна 1.

На рис. 5 представлен разработанный алгоритм процесса управления проектированием. Начальные значения матриц получают из учётных систем перед планированием. Суть корректировки матриц состоит в том, что реальное поступление заказов по предшествующим периодам сопоставляется с рассчитанным по математической модели, далее путём вычисления промежуточных матриц Р, Ose,, Od,, Z находится матрица, нуждающаяся в корректировке, и осуществляется переоценка исходных данных.

Разработаны алгоритмы реализации процессов базовой модели. Процесс планирования включает три этапа:

Корректировка входных переменных о состоянии _процесса_

Окончание управленческих воздействий на заданном отрезке

С

I

Конец

Рис. 4. Алгоритм взаимодействия процессов базовой модели

- предварительное определение периода, к которому относится заказ: плановым сроком для заказа] назначается период г, для которого значение элемента ргеу превышает заданное критическое;

- оценка критичности заказа и принятие решения на основе расчёта Д -периода от текущей даты до планового срока и критичности А/гпроект;

- проверка загрузки периодов и её выравнивание.

В процессе распределения работ осуществляется проверка условия доступности ресурсов, после чего происходит назначение заказов в соответствии с предложенной математической моделью реализации решения. Определение локального срока (приоритета) сводится к многоуровневой сортировке заказов на рабочем месте по сроку, критичности и близости ранее выполненным работам.

В процессе контроля выполняется проверка процента готовности заказа и рассчитывается фактический срок его выпуска. Отклонения определяются путём сравнения матрицы стадий процесса и цветной сети Петри. На основании этого может быть определён тип управленческого решения:

- технологическое, требующее улучшения деятельности рядовых сотрудников;

- организационное, требующее лучшей организации управления в подразделении;

- административное, требующее участия внешних структур.

Определение типа управленческого решения позволяет сформулировать рекомендации, которые должны быть учтены для восстановления штатного процесса проектирования. Во внештатной ситуации в общем случае возникает необходимость перераспределить работы для достижения цели в новых условиях. При этом необходимо учитывать загрузку сотрудников, близость новых работ текущим заказам, стремиться к меньшим потерям времени по уже назначенным работам.

Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию получен-

Рис. 5. Алгоритм процесса управления проектированием оснастки

ных теоретических результатов. Основные алгоритмы проверены на примере принятия управленческих решений как в плановых условиях, так и при наличии возмущающих воздействий (изменения планов, появления новых заказчиков, отсутствия сотрудников). Результаты исследования системы в плановых условиях приведены в таблице 3, при наличии возмущающих факторов - в таблице 4.

Таблица 3

Анализ эффективности функционирования системы в плановых условиях

Решаемые задачи Средняя длительность, мин.

При использовании существующих систем При использовании разработанной системы

Распределение работ 25 16

Определение приор1ггета 25 16

Контроль 13 13

Итого за цикл управления 63 45

Возмущающие воздействия, возникающие в течение цикла управления с различной вероятностью, увеличивают его длительность, как показано в таблице 4.

Таблица 4

Анализ эффективности функционирования __системы при наличии возмущающих факторов

Решаемые задачи Вероятность появления возмущения Средняя длительность, мин.

При использовании существующих систем При использовании разработанной системы

Перестройка расписания при изменении планов 0,25 55 20

Перестройка расписания при внезапном отсутствии одного человека 0,4 43 14

Перестройка расписания при внезапном отсутствии до трёх человек 0,2 80 21

Итого по случаям возмущений 46,95 14,8

Продолжительность выполнения задач в таблицах 3, 4, получена методом фотографий рабочего времени лиц, принимающих решение, а вероятности появления возмущающих факторов определены на основании экспертных оценок, анализа данных табельного учёта.

Из анализа таблиц 3, 4 следует, что при использовании разработанной системы оперативность принятия управленческих решений в плановых условиях возрастает на 29 %, при возмущающих воздействиях в 2,5-4 раза. Помимо этого, достигнуто снижение времени на проектирование необоснованно назначенных заказов, повышение ритмичности работы, на основе чего рассчитана экономическая эффективность системы. Результаты, полученные при эксплуатации системы в рамках конструкторского подразделения, показывают, что поставленная задача обеспечения качества принятия управленческих решений была решена.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1) Разработанные в диссертации теоретические положения позволяют принимать управленческие решения в процессе проектирования контрольно-измерительной оснастки, обеспечивающие полное и своевременное выполнение требований заказчиков, распределение работников по компетенциям и учёт необходимости корректирующих действий.

2) Информационное обеспечение процесса за счёт формирования системы входных показателей обеспечивает возможность учёта вероятностных характеристик процесса на основе данных существующих учётных систем, а также выбора совокупности выходных критериев качества управления.

3) Результаты исследования позволили создать автоматизированную систему принятия решений с использованием алгоритмов планирования, распределения работ и контроля.

4) В результате использования предложенных рекомендаций достигнуто повышение оперативности принятия решений в плановом режиме на 29 %, при наличии возмущающих воздействий в 2,5-4 раза, что подтверждено результатами экспериментального исследования.

5) В результате использования предложенных рекомендаций достигнуто увеличение комплексного показателя целесообразности автоматизации процесса принятия управленческих решений при проектировании с 89 до 103.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1 Ефимова, П. Е. Математическая модель распределения заказов в автоматизированной системе технологической подготовки производства на предприятиях авиационной промышленности [Текст] / П. Е. Ефимова // Информационные системы и технологии. Научно-технический журнал ГОУ ВПО «Орловский государственный технический университет». - Орел, 2010. - № 1/57(584) 2010 январь-февраль - С. 82-88

2 Ефимова, П. Е. Математическая модель автоматизированной системы управления заказами в процессе технологической подготовки производства на предприятиях авиационной промышленности [Текст] / П. Е. Ефимова // Моделирование и анализ информационных систем. Ярославский государственный университет имени П. Г. Демидова, 2010. - Том 17 № 1 2010. - С. 25-43

3 Комаров, В. М. Алгоритмы планирования заказов в автоматизированной системе технологической подготовки производства [Текст] / В. М. Комаров, П. Е. Ефимова // Информационные системы и технологии. Научно-технический журнал ФГОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК». - Орел, 2011. - № 3 (65) 2011 май-июнь - С. 19-24

Основные публикации в прочих научных изданиях и материалах конференций:

4 Ефимова, П. Е. Разработка системы показателей оценки качества управленческих решений в конструкторских бюро проектирования оснастки [Текст] / П. Е. Ефимова // В мире научных открытий. Серия «Математика. Механика. Информатика». - Красноярск: НИЦ, 2011. -№ 8 (20). - С. 199-211

5 Ефимова, П. Е. Автоматизированная система подготовки производства оснастки [Текст] / П. Е. Ефимова // Вестник Рыбинской государственной авиационной технологической академии имени П. А. Соловьёва: Сборник научных трудов. - Рыбинск, 2008. - № 2 (14). - С. 102-107

6 Ефимова, П. Е. Определение эффективности внедрения комплексной автоматизированной системы подготовки производства оснастки [Текст] / П. Е. Ефимова // Материалы и технологии XXI века: сборник статей VIII Международной научно-технической конференции. - Пенза: ПДЗ, 2010 - С. 177-180

7 Ефимова, П. Е. Выбор объекта управления для автоматизированной системы проектирования оснастки [Текст] / П. Е. Ефимова // Вузовская наука - региону: Материалы пятой всероссийской научно-технической конференции. В 2-х т. - Вологда: ВоГТУ, 2007. -Т. 1.-С. 32-33

8 Ефимова, П. Е. Сочетание разнородных математических приёмов как способ повышения эффективности при принятии решений в рамках управления конструкторским бюро [Текст] / П. Е. Ефимова // Теория и практика системного анализа: труды I Всероссийской научной конференции молодых учёных. - Рыбинск: РГАТА имени П. А. Соловьёва, 2010.-Т. 1.-С. 180-191

9 Ефимова, П. Е. Автоматизированная система управления заказами на оснастку. Алгоритмы планирования заказов [Текст] / П. Е. Ефимова // В мире научных открытий. - № 4 (10), часть 11, 2010. - С. 49-51

10 Ефимова, П. Е. Система управления потоками работ в конструкторском бюро проектирования оснастки [Текст] / П. Е. Ефимова // Образование и наука в региональном развитии. - Материалы научно-практической конференции. Часть 1. - Тутаев, 2008. - С.141-149

Зав. РИО М. А. Салкова Подписано в печать 29.11.2011 Формат 60x84 1/16. Уч.-изд.л. 1. Тираж 100. Заказ 91

Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьёва

(РГАТУ имени П. А. Соловьёва)

Адрес редакции: 152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

Отпечатано в множительной лаборатории РГАТУ имени П. А. Соловьёва

152934, г. Рыбинск, ул. Пушкина, 53

61 12-5/1298

ФГБОУ ВПО «Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П. А. Соловьёва»

На правах рукописи

Ефимова Полина Евгеньевна

ОБЕСПЕЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ОСНАСТКИ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА

Специальность 05.02.23 - Стандартизация и управление качеством продукции

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель канд. техн. наук, профессор Комаров В. М.

Рыбинск - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ........................................................6

ВВЕДЕНИЕ.........................................................................................................8

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СИСТЕМ ОЦЕНКИ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ............................................................................12

1.1 Организационная структура предприятия и классификация процессов 12

1.2 Исследование процесса управления проектированием оснастки...........14

1.2Л Место процесса проектирования оснастки на предприятии..........14

1.2.2 Анализ применимости бизнес-моделей для решения задачи........17

1.2.3 Подходы к понятию качества управленческих решений...............22

1.3 Подходы к автоматизации приятия и оценки управленческих решений 27

1.3.1 Автоматизация процессов на предприятии....................................27

1.3.2 Концепция трёх уровней интеграции для информационных систем предприятия........................................................................................................29

1.3.3 Концепция единого информационного пространства...................31

1.3.4 Проблемы облуживания процесса информационной системой.... 33

1.4 Анализ существующей ситуации с точки зрения концепции трёх уровней интеграции................................................................................................................40

1.5 Анализ математического аппарата, применяемого для решения задачи управления проектированием оснастки...................................................................43

1.5.1 Задача автоматизации на верхнем уровне как слабоформализуемая задача большой размерности.............................................................................43

1.5.2 Анализ применимости методов исследования операций..............47

1.5.3 Имитационные модели...................................................................52

1.6 Обзор систем для решения поставленной задачи....................................55

1.7 Постановка задачи исследования..............................................................59

1.8 Выводы по главе 1......................................................................................62

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОСНАСТКИ И ОЦЕНКИ ИХ КАЧЕСТВА...............................................................63

2.1 Базовая модель задачи управления проектированием оснастки..............63

2.2 Разработка математической модели процесса управления проектированием оснастки........................................................................................77

2.2.1 Концепция построения математической модели...................................78

2.2.2 Разработка математической модели процесса планирования...............81

2.2.3 Разработка математической модели процесса распределения работ.... 85

2.2.4 Разработка математической модели процесса упорядочения работ у исполнителя и контроля над их выполнением..........................................................94

2.3 Разработка сети Петри................................................................................96

2.4 Выводы по главе 2....................................................................................109

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОСНАСТКИ..............................................................................................................Ш

3.1 Концепция центральной информационной системы и единого информационного пространства..............................................................................111

3.2 Выявление источников входных данных для системы..........................115

3.3 Формирование структур данных.............................................................125

3.4 Разработка алгоритмов для реализации процессов базовой модели.....130

3.5 Выводы по главе 3....................................................................................149

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОСНАСТКИ..............................................................................................................150

4.1 Выбор способа реализации системы принятия управленческих решений при проектировании оснастки................................................................................150

4.2 Реализация разработанной системы принятия решений........................152

4.2.1 Реализация процесса планирования в системе принятия управленческих решений при проектировании оснастки.....................................152

4.2.2 Реализация процесса распределения работ в системе принятия управленческих решений при проектировании оснастки......................................157

4.3 Исследование системы в процессе принятия управленческих решений в плановых условиях...................................................................................................159

4.3.1 Исследование системы при планировании..........................................159

4.3.2 Исследование системы при распределении работ..............................167

4.3.3 Исследование системы при поиске похожих заказов и их сортировке ...................................................................................................................................171

4.3.4 Исследование системы при проверке готовности заказов и причин отклонений................................................................................................................

4.4 Исследование возможности оперативного принятия управленческих решений при наличии возмущающих воздействий................................................174

4.4.1 Появление нового подразделения-заказчика.......................................174

4.4.2 Изменение планов выпуска изделий....................................................177

4.4.3 Отвлечение исполнителей.....................................................................179

4.5 Оценка эффективности внедрения системы принятия управленческих решений при проектировании оснастки..................................................................181

4.6 Оценка экономической эффективности системы принятия управленческих решений при проектировании оснастки......................................188

4.7 Выводы по главе 4....................................................................................191

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ........................................................192

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.......................................193

ПРИЛОЖЕНИЕ А - МЕТОДЫ АНАЛИЗА И УПРАВЛЕНИЯ...................211

ПРИЛОЖЕНИЕ Б - ФОРМАЛИЗОВАННОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОСНАСТКОЙ С ПОМОЩЬЮ ГРАФИЧЕСКИХ МЕТОДОВ .212

ПРИЛОЖЕНИЕ В - СТРУКТУРА БАЗЫ ДАННЫХ...................................220

ПРИЛОЖЕНИЕ Г - ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФУНКЦИЙ И ПРОЦЕДУР СУЩЕСТВУЮЩИХ ПРОГРАММНЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ................................................................................................................233

ПРИЛОЖЕНИЕ Д - ИСХОДНЫЙ ТЕКСТ ПРОГРАММЫ.........................236

ПРИЛОЖЕНИЕ Е - РАСЧЁТ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ................247

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж - АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ..........................................................................249

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ИС - информационная система

НПО - научно-производственное объединение;

КБ - конструкторское бюро;

АСУП - автоматизированные системы управления предприятием; АСУТП - автоматизированные системы управления технологическими процессами;

CALS - Continuous Acquisition and Life cycle Support - непрерывное развитие и поддержка жизненного цикла

IDEF - ICAM DEFinition - функциональное моделирование деловых процессов

ICAM - Integrated Computer Aided Manufacturing - интеграция компьютерных и промышленных технологий

SADT - Structured Analysis and Design Teqnique - методология структурного анализа

ARIS - Architecture of Integrated Information System - среда интегированного моделирования и анализа

ABC - Activity Based Costing - анализ стоимости процесса

ERM - Entity Relationship Model - модель сущность-связь

DFD - Data Flow Diagrams - диаграммы потоков данных

UML - Unified Modeling Language - универсальный язык моделирования

ПО - программное обеспечение

СЕ - сборочная единица.

ИЭТР - интерактивное электронное техническое руководство ТПП - технологическая подготовка производства; СУБД - система управления базами данных;

СУБДРВ - система управления базами данных реального времени;

ЕИП - единое информационное пространство;

PDM - Product Data Management, управление данными об изделии

ERP - Enterprise Resources Planning - планирование ресурсов предприятия

MRP - Material Requirement Planning - планирование потребности в материалах

MRPII - Manufacturing Recourse Planning - планирование ресурсов производства

САПР - системы автоматизированного проектирования;

ТД-ГК - технический директор - генеральный конструктор;

СУПР - системы управления потоками работ;

КД - конструкторская документация;

ТД - технологическая документация;

OLAP - Online Analytical Processing - аналитическая обработка в реальном времени

SCADA - Supervise Code And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных

MES - Manufacturing Systems - системы управления производством

ЛПР - лицо, принимающее решение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В условиях быстро меняющейся экономической ситуации требования к управленческим решениям существенно возрастают, особенно в производстве сложной наукоёмкой продукции. В этом случае логично говорить о необходимости обеспечения и повышения качества управленческих решений. Нередко на практике вследствие неполноты информации, используемой в процессе принятия решений, возникает определённое противоречие между качеством и оперативностью принимаемых решений. Устранение этого противоречия возможно только путём создания автоматизированной системы принятия решений, в которой использовалась бы доступная информация о процессе, подлежащем управлению.

Качество готовой продукции в значительной степени зависит от эффективной и своевременной технологической подготовки производства (ТПП). Существенную долю ТПП составляет процесс проектирования и изготовления оснастки, характеризуемый наличием большого количества относительно несложных уникальных заказов. Планирование хода работ в этих условиях возможно только при штатном развитии процесса. Однако при возникновении любого возмущающего воздействия (изменение планов, болезни сотрудников) в связи с огромной размерностью пространства принятия решений на поиски оптимального решения затрачивается значительное время. Для обеспечения высокого качества и оперативности принятия управленческих решений с помощью автоматизированной системы необходимо разработать математическую модель процесса принятия решений на основе мониторинга и анализа данных автоматизированных систем учёта, используемых на предприятиях.

Целью диссертационного исследования является обеспечение качества процесса проектирования контрольно-измерительной оснастки путём управления принятием решений на основе комплексной математической модели процесса.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

выделить характеристики понятия качества управленческих решений, на основе чего разработать математическую модель принятия решений при проектировании оснастки;

выявить показатели, определяющие качество управленческих решений, и определить возможное влияние на них с целью полного и своевременного выполнения требований цехов-заказчиков оснастки;

разработать методику получения количественных показателей для оценки качества управленческих решений на основе мониторинга и анализа данных автоматизированных систем учёта, используемых на предприятиях;

разработать алгоритмы функционирования автоматизированной системы принятия решений с целью повышения их оперативности.

Объектом исследования является процесс принятия управленческих решений при проектировании оснастки в системе менеджмента качества предприятия.

Предмет исследования - методика анализа и моделирования процесса принятия управленческих решений при проектировании оснастки.

Методы исследования базируются на применении обобщения и общенаучного анализа, системного анализа, теории сетей Петри, методов сокращения размерности признакового пространства, теории нечёткой логики, теории массового обслуживания, теории расписаний, алгоритмов «муравьиных колоний», метода решающих матриц.

Научная новизна работы заключается в следующем:

предложена система расчётных показателей, определяющих качество управленческих решений, изучено воздействие на эти показатели с целью обеспечить полное, своевременное выполнение требований цехов-заказчиков оснастки;

предложена комплексная математическая модель анализа качества управленческих решений при проектировании;

разработана методика получения указанных количественных показателей, а также критериев качества процесса, на основе мониторинга и анализа данных используемых учётных систем;

разработаны алгоритмы функционирования автоматизированной системы принятия решений, обеспечивающие повышение их оперативности; Основные положения, выносимые на защиту:

система показателей, определяющих качество управленческих решений при проектировании;

комплексная математическая модель анализа качества управленческих решений при проектировании на основе взвешенных показателей;

методика получения указанных количественных показателей, а также критериев качества процесса, на основе мониторинга и анализа данных используемых учётных систем;

алгоритмы процесса управления заказами на проектирование оснастки, Практическая значимость исследования состоит в том, что: предложен подход к управлению заказами на проектирование оснастки, учитывающий вероятностный характер их поступления и обработки;

разработано программное обеспечение, обеспечивающее поддержку принятия управленческих решений при проектировании оснастки.

Основные результаты работы внедрены на ЗАО «СМ Системы» и ОАО «Сатурн-Газовые Турбины» для принятия управленческих решений.

Апробация результатов. Основное содержание диссертации отражено в 26 публикациях, в том числе 3 - в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК для публикации результатов научных исследований. Основные положения и результаты исследования опубликованы в журналах

«Информационные системы и технологии», «Моделирование и анализ информационных систем», «Фундаментальные и прикладные проблемы науки и техники», «В мире научных открытий», сборниках конференций «Молодежь и экономика» (г. Ярославль, 2007-09 г.), «Вузовская наука-региону» (г. Вологда, 2007-2009 г.), Гагаринские чтения (г. Москва, 2007-09 г.), а также докладывались и обсуждались на 61й научно-технической конференции студентов, магистрантов и аспирантов (г. Ярославль, 2008 г.), I всероссийской конференции «Теория и практика системного анализа» (г. Рыбинск, 2010 г.), II Всероссийской научной конференции с международным участием «Научное творчество XXI века» (г. Красноярск, 2010 г).

Структура диссертации. Работа состоит из введения, 4-х глав, списка использованной литературы в количестве 174 позиций, содержит 77 рисунков, 53 таблицы и 7 приложений. Работа изложена на 251 странице печатного текста.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И СИСТЕМ ОЦЕНКИ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

1.1 Организационная структура предприятия и классификация процессов

Современные крупные промышленные предприятия представляют собой сложные системы, включающие в себя множество функциональных подразделений, каждое из которых выполняет свои функции по обеспечению качества. Могут быть выделены различные основания для классификации подразделений, однако наиболее общим является их распределение по уровням в соответствии с иерархией управления. Для типового крупного промышленного предприятия - научно-производственного объединения (НПО) - распределение выглядит следующим образом [1].

К верхнему уровню относят такие подразделения, как:

собственно комплекс служб управления (аппарат Генерального директора, управление экономики и финансов, управление кадрами и т.д.);

система научно-исследовательских подразделений;

комплекс конструкторских подразделений (бюро, отделов);

комплекс служб, осуществляющих общее руководство организацией процесса;

Нижний уровень составляют производственные подразделения, которые непосредственно заняты процессом изготовления и контроля деталей и - для вспомогательного производства - средств технологического оснащения (система цехов, пунктов контроля) [1].

Основным критерием предложенного в работе [1] деления на верхний и нижний уровень является характер труда и производимого продукта (материальный или нематериальный). В связи с этим выделенные уровни

представляется возможным обозначить как творческий и исполнительский.

Им соответствуют принципиально различные типы процессов. Согласно определению, приводимому в системе стандартов качества ИСО 9001 [2], процесс - это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих видов деятельности, преобразующих входы в выходы, представляющие ценность для потребителя [2]. Наряду с термином «процесс» используется термин «бизнес-процесс», определяемый А. М. Вендровым [3] как логически завершенный набор взаимосвязанных и взаимодействующих видов деятельности, поддерживающий деятельность организации и реализующий ее политику, направленную на достижение поставленных целей. Процесс, по Вендрову, включает одну или более связанных между собой процедур или функций и может выполняться в