автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Оптимизация интегрированного управления производственной деятельностью и техническим обслуживанием основных фондов на основе экономических показателей

004608169

На правах рукописи

ШЕНДРИК Валентин Анатольевич

ОПТИМИЗАЦИЯ ИНТЕГРИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ И ТЕХНИЧЕСКИМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ ОСНОВНЫХ ФОНДОВ НА ОСНОВЕ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Специальность: 05.13.10 - Управление в социальных

и экономических системах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

,1 6 СЕН 2010

Воронеж-2010

004608169

Работа выполнена в технический университет»

ГОУ

ВПО «Воронежский государственный

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Кострова Вера Николаевна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ландсберг Сергей Евгеньевич;

кандидат технических наук, доцент Кольцов Андрей Сергеевич

Ведущая организация

Международный университет природы общества и человека «Дубна» (Московская область)

Защита состоится 24 сентября 2010 г. в 1500 часов в конференц-зале на заседании диссертационного совета Д 212.037.03 ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан « » августа 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Родионов О.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Постоянное совершенствование подходов к организации и управлению производственной деятельностью является актуальным для современных предприятий. Совершенствование управления — одно из главных и перспективных направлений развития предприятия. Важнейшими задачами на пути повышения конкурентоспособности предприятия являются увеличение эффективности производства, общее снижение затрат, сокращение сроков производства.

В силу большого числа и сложности решаемых задач управления, системы управления структурированы как по уровням управления, так и по функциям, выполняемым на каждом уровне. Могут возникать ситуации, в рамках которых различные лица, принимающие решения (ЛПР), принимают конкурирующие управленческие решения.

Наряду с управлением на верхних уровнях, большое значение имеет эффективное управление на нижних уровнях, в частности на уровне тактического управления производственной деятельностью.

К основным задачам тактического управления производственной деятельностью относятся задачи планирования и управления процессом изготовления продукции, контроля исполнения заказов, управления основными фондами предприятия, в ходе чего в частности реализуется задача технического обслуживания и ремонта производственного оборудования. В ходе реализации функций управления необходимо решение задач тактического планирования производственной деятельности и планирования технического обслуживания основных фондов. Решение данных задач зачастую возложено на различные подсистемы системы управления предприятием. При этом координация управляющих воздействий на уровне тактического управления ухудшается.

Одной из важных особенностей систем управления предприятием с участием ЛПР является оперативное реагирование на внутренние и внешние возмущающие факторы. При этом эффективность реакции системы на подобные факторы может быть повышена посредством улучшения координации принимаемых ЛПР решений.

Для максимально эффективной работы ЛПР и наиболее адекватного управления производственной деятельностью необходимо рассмотрение экономических показателей в качестве основы для принятия решений.

Таким образом, актуальность диссертационного исследования определяется необходимостью совершенствования, оптимизации и интеграции тактического управления производственной деятельностью и управления техническим обслуживанием производственного оборудования, задачами моделирования и алгоритмизации взаимодействия лица принимающего решения с интегрированной системой управления для улучшения координации принимаемых ЛПР решений.

Работа выполнена в рамках ГБ НИР 10.19 «Интеллектуализация принятия решений в автоматизированных системах» и основного научного направления

ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Проблемно-ориентированные системы управления».

Цель и задачи исследования

Целью работы является разработка комплекса моделей, алгоритмов и программных средств, позволяющих реализовать интегрированную структуру тактического управления производственной деятельностью и обслуживанием основных фондов предприятия на основе экономических показателей. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ существующих подходов к управлению производственной деятельностью и управлению техническим обслуживанием основных фондов на основе использования информационных технологий;

- разработать структурную модель интегрированного управления производственной деятельностью и обслуживанием основных фондов предприятия;

- разработать математическую модель оптимизации управления производственной деятельностью и процессами обслуживания основных фондов посредством интеграции функций планирования, отвечающую требованиям совместной оптимизации данных конкурирующих процессов на основе экономических показателей;

- разработать методы и алгоритмы поиска и оптимизации решений для задачи комбинированного планирования в соответствии с разработанной моделью, отвечающие требованиям адаптации к изменяющимся критериям оптимизации и оперативного изменения исполняемых решений;

- разработать алгоритмы взаимодействия ЛПР с разрабатываемой системой управления, отвечающие требованиям оперативного реагирования на возмущающие факторы;

- разработать программное обеспечение, позволяющее реализовать эффективный поиск оптимальных управленческих решений.

Методы исследования

Для решения поставленных задач использованы основные положения системного анализа, теории управления, методы исследования операций, теории расписаний, дискретной математики, математического моделирования и оптимизации.

Научная новизна

В диссертационной работе получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:

- структурная модель системы интегрированного управления производственной деятельностью и обслуживанием основных фондов предприятия, обеспечивающая интеграцию функций планирования и позволяющая включить разрабатываемую систему управления в структуру информационных систем управления предприятием;

- математическая модель многокритериальной оптимизации комбинированного планирования производственной деятельности и процессов обслуживания основных фондов для дискретной производственной системы,

построенной по принципу цеха мелкосерийного производства, отвечающая требованиям совместной оптимизации данных конкурирующих процессов и позволяющая минимизировать возникновение конкурирующих управляющих воздействий;

- двухступенчатый гибридный генетический алгоритм оптимизации комбинированных графиков производства продукции и технического обслуживания производственного оборудования, реализующий эффективный поиск в многокритериальной среде, отвечающий требованиям к оперативному перепланированию в условиях изменяющихся критериев оптимизации и позволяющий выявлять наиболее эффективные управленческие решения;

- модель программного обеспечения, реализующего принципы интегрированного управления производственной деятельностью, характеризующаяся разработанной архитектурной структурой, объектной моделью системы;

- механизмы интеграции разработанной системы управления в информационную среду предприятия, алгоритмы взаимодействия системы управления и ЛПР, отвечающие требованиям оперативного реагирования на возмущающие факторы, позволяющие в удобной для ЛПР форме вести поиск оптимальных решений.

Практическая значимость работы

В соответствии с предложенными принципами интеграции управления разработана модель программного обеспечения, реализующего информационную систему управления производственной деятельностью, позволяющую интегрировать функции управления процессами производства продукции и технического обслуживания производственного оборудования, производить формирование и оптимизацию комбинированных графиков производства продукции и технического обслуживания, производить поиск управленческих решений в удобной для ЛПР форме.

Теоретические и практические результаты работы внедрены в производственную деятельность ОАО «Работница» (г. Воронеж) и учебный процесс кафедры систем автоматизированного проектирования и информационных систем ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах», (Воронеж, 2008-2010), Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2008, 2009), Всероссийском конкурсе научных работ аспирантов и молодых ученых по направлению «Стратегическое партнерство вузов и предприятий радиоэлектронной промышленности» (Воронеж, 2009), семинарах кафедры систем автоматизированного проектирования и информационных систем ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (Воронеж, 2007-2010).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: математическая модель комбинированного планирования для многостадийной производственной системы [2]; генетический алгоритм многокритериальной оптимизации комбинированных графиков [3]; архитектура информационной системы интегрированного управления [4]; описание структурных блоков и алгоритма процесса оптимизации [5]; анализ задачи повышения эффективности управления производством, анализ существующих моделей управления и подходов к разработке моделей интегрированного управления [6,7,8,9]; анализ методов оценки результатов алгоритмов многокритериальной оптимизации [10,11,12,13]; алгоритмы взаимодействия системы управления с ЛПР и с информационной средой предприятия [15,16].

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 105 наименований. Основная часть работы изложена на 130 страницах, содержит 24 рисунка и 12 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования в области совершенствования управления производственной деятельностью, представлены научная новизна и практическая значимость работы, даны сведения об апробации результатов диссертационного исследования.

Первая глава посвящена анализу существующих подходов к управлению производственной деятельностью и управлению обслуживанием основных фондов предприятия на основе информационных технологий.

Показан конкурирующий характер целей управления процессами производства продукции и целей управления техническим обслуживанием (ТО) производственного оборудования. Для решения задачи совершенствования тактического управления проанализирована возможность применения принципов интеграционного подхода с использованием методов математического моделирования и оптимизации.

В качестве одного из направлений повышения эффективности тактического управления рассматривается интеграция управления процессами производства продукции и управления техническим обслуживанием и ремонтом производственного оборудования.

В качестве направления интеграции проанализированы принципы оптимизации комбинированного планирования производственной деятельности и процессов технического обслуживания производственного оборудования. Проанализированы современные подходы к построению моделей планирования производственной деятельности и моделированию стратегий управления и планирования технического обслуживания основных фондов (Рис. !).

Рис. 1. Подходы к планированию производства и ТО

Показано, что в рамках традиционных подходов к тактическому управлению и планированию, задачи управления процессами производства продукции и процессами технического обслуживания производственного оборудования рассматриваются как независимые или косвенно зависимые. При этом не учитывается конкурирующий характер целей данных задач.

Рассмотрена необходимость сведения к минимуму конкурирующих управленческих решений на уровне тактического управления производственной деятельностью при сохранении функций оперативного реагирования на возмущающие факторы.

Сформулированы требования к разработке структурных и математических моделей интегрированного управления и комбинированного планирования при тактическом управлении производственной деятельностью. Проанализирована необходимость разработки эффективных алгоритмов взаимодействия между системой управления и ЛПР. Рассмотрена необходимость разработки соответствующих эвристических алгоритмов оптимизации.

Вторая глава посвящена структурному и математическому моделированию системы интегрированного управления и оптимизации комбинированного планирования производственной деятельности. Рассмотрен вопрос структуризации информационной системы интегрированного управления производственной деятельностью, и ее интеграции в информационную среду систем управления предприятием. Рассмотрена обобщенная схема независимого управления процессами производства и технического обслуживания производственного оборудования. Рассмотрены недостатки данной схемы и представлена схема управления, основанная на принципах интеграции управления и оптимизации комбинированного планирования рассматриваемых процессов.

Предложенный интеграционный подход позволяет реализовать более сложную взаимосвязь данных процессов, которая представлена на рис. 2.

Рис. 2. Реализуемая взаимосвязь процессов производственной деятельности

Рассмотренный подход к интеграции управления позволяет реализовать такие важные принципы управления, как

- повышение прозрачности единого информационного пространства управленческих решений и управляющих воздействий;

- исключение дублирующих информационных потоков и конкурирующих управляющих воздействий;

- формирование укрупненных показателей для оценки текущего и планируемого состояний производственной системы.

Принципы интеграции системы интегрированного управления на основе оптимизации комбинированного планирования производственной деятельности в иерархию управления и в информационную среду систем управления предприятием представлены на рис. 3 и 4.

Рис. 3. Интеграция системы интегрированного управления и оптимизации комбинированного планирования в структуру систем управления предприятием

| Ресурсные ограничения | | Тактические управленческие решения] | Требования заказчиков ^

Рис. 4. Схема оптимизации комбинированного планирования производственной деятельности в иерархии управления

На рис. 5 отображена структура взаимодействия системы с ЛПР. Процесс оптимизации носит итерационный характер. Модификация критериев оценки может происходить как на основании изменения целей и предпочтений ЛПР. так и в результате действия внутренних и внешних управляющих или возмущающих факторов.

Рис. 5. Структура процессов оптимизации комбинированного планирования

при участии ЛПР

Разработана математическая модель оптимизации комбинированного планирования производственной деятельности для производственной системы, организованной по принципу гибкого цеха мелкосерийного производства.

В качестве базового математического аппарата использован аппарат теории расписаний. Оценка решений производится на основании показателей общих ожидаемых затрат, общей ожидаемой трудоемкости и общих ожидаемых затрат машинного времени для изготовления партии изделий.

В общем виде производственная система представляет собой набор из £ стадий, где каждая стадия является блоком Ь из ть идентичных обрабатывающих машин. Машины подвержены выходу из строя. Вероятность выхода машины из строя зависит от возраста машины, который складывается из суммы длительностей изготовленных машиной изделий, при этом ожидаемое значение количества поломок машины за г единиц времени задается некоторой функцией £(Л'"(г)).

Данная функция отказов может быть задана исходя из имеющейся нормативной документации, накопленной статистики эксплуатации оборудования или с использованием любого подходящего математического аппарата. В случае аварийного выхода машины из строя проводится аварийный ремонт. Задано гг видов аварийного ремонта, при этом функция Л,(т,а) определяет вид аварийного ремонта, который будет использован при моделировании, если машина т, т= 1,2,...,5 аварийно выходит из строя, начав обработку изделия в возрасте а. Все виды аварийного ремонта приводят машину в состояние эквивалентное состоянию до выхода из строя. Для планового ремонта машины используется перечень из г) видов

предупредительных ремонтов. Каждый из гр видов предупредительных ремонтов уменьшает возраст машины на некоторое количество единиц е(г,), вплоть до возврата машины в состояние новой. Все виды ремонтов характеризуются длительностью </(/•), стоимостью с(г) и количеством задействованных рабочих /(г).

Определено г] видов изделий. Каждый вид изделий j характеризуется последовательностью операций о1 операции имеют

дискретную длительность, кратную минимальной дискретной временной единице. Требуется запланировать изготовление пп изделий каждого вида //,

п

тогда всего требуется изготовить я = изделий. Каждое изделие у

1=1

характеризуется последовательностью о} и показателями: н', - вес, с!/ -крайний срок изготовления, V, - стоимость потерь за отставание от крайнего срока изготовления на минимальный временной интервал у = 1,2Каждая операция оф характеризуется показателями: су, - затраты на операцию ; изделия у", рр - длительность операции / изделия у, - число

задействованных рабочих.

Обозначим количество операций в очереди машины к стадии Ь как п^

1, если соответствующая стадии Ь операция изделия у

1,,,,,= выполняется У-й на машине к стадии Ъ\ Пусть 1 (1)

[О, в противном случае.

Ъ = 1,2,...,к = 1,2,...,ть; /' = 1,2,...,и|М1; у = 1,2,...,и;

Пусть р{к1П означает длительность, н'1к(1| - вес, с1А41| - стоимость, /|ЛЬ|

- число задействованных рабочих для /'-« операции в очереди к-й машины стадии Ь, - ¡-ю операцию в очереди к -ймашины стадии 6.

п п п п

7=1 /=1 .М

¿ = 1,2,...,5; А = 1,2,...,тл; / = 1,2,...,^(| Пусть - переменная, означающая принятие решения о проведении

предупредительного ремонта:

1, если ремонт вида и проводится на к-й машине Ун I, »1 = 1 стадии Ь перед / - й операцией в очереди (3)

О, в противном случае

Ь = 1,2 = 1,2,...,/ = 1,2,...,л|А(|; и = 1,2,...,/-.

Пусть а|м.ы| - возраст машины Л стадии Ь непосредственно перед обработкой / - н операции в очереди машины к стадии Ь (после проведенного предупредительного ремонта, если он имел место), о|1(| - возраст машины к стадии Ь после выполнения /-й операции в очереди машины к стадии Ь.

\

р

= тах

Ь = 1,2,...,.?; к = 1,2,...,ть; /' = 1,2,...,«,м|;

р _

Пусть означает фактическую длительность обработки, Сц(1| -

фактическое время окончания обработки 1-й операции в очереди к - й машины стадии Ь, С()> - фактическое время окончания обработки

операции о/(). Пусть

П1 л 1,, - операция изделия у"

4 10, в противном случае

(6)

0,Ь<0

Пусть функция определяет операцию соответствующего изделия

у: о]Ь = 0(<?|/,А,|) • Ожидаемые значения 0|1Ь| и С|4М заданы как:

£[с|4,,|] = шах(£[с14,„.|]]+£[с0^1], £[с„^]) +

(8)

|<=1

Пусть С - время окончания изготовления изделия у. Пусть последняя в маршруте изделия у операция о)Ь выполняется / — й на машине к стадии Ьк.

Тогда £[С^] = £^С|4 Пусть Т/ - фактическое время отставания

изготовления изделия у от крайнего срока. Тогда £[?",] = £[^4 к ,|] • Пусть Яс означает суммарные затраты на ремонты оборудования.

Пусть Мс - общие затраты на процесс изготовления изделий, Тс - общие взвешенные затраты понесенные вследствие задержек в изготовлении изделий.

> Щ „

4=1 к-1 1=1 7=1

Общие взвешенные ожидаемые затраты на изготовление партии изделий £[РС] составят:

£[^] = Л/,(II) Пусть Ьр) - трудозатраты на изготовление изделия у, 1р - трудозатраты на изготовление всех изделий, 1г - общие трудозатраты на ремонты.

h = \ /=1 / .у

^ZZZM^M'JjwJ. (,2)

h,{ i=l i-l

E{L,}=Lrp + E[Ln). (13)

Ожидаемая технологическая E[QT] трудоемкость изготовления изделий вида j и ожидаемая трудоемкость обслуживания производства при изготовлении партии изделий £[Q,&] выражаются в виде:

Общая ожидаемая производственная трудоемкость партии изделий

выражается как = + Е^]. (15)

м

Ожидаемые затраты машинного времени £[а/,] для изделий вида j и общие ожидаемые затраты машинного времени Е^М^^ для заданного объема продукции при изготовлении партии изделий выражаются в виде

г _ г п а г ■,

£[А/,] = мш-, £[А/о6в] = ££[^]. (16)

н

Пусть g = (£[Pc], £[ö„p], ^[Л^овш]). Оптимизационная задача планирования формулируется как g -> min при соблюдении условий

л mh п mh г

ZZw.i=i' Zw/I = 1>Zw,i = Z-W-i =l;6 = l,2,...,s; ¿ = 1,2,...,«»,;

А=1 /Ы I (=1 M=l

/ = 1,2,...,и|М1; (17)

В результате решения задачи оптимизации в соответствии с данной моделью становится возможным принятие решения об исполнении комбинированного графика производства продукции и технического обслуживания производственного оборудования на основе прогноза значений экономических показателей. Представленные технико-экономические критерии оценки позволяют в наиболее удобной для ЛПР форме оценить прогнозируемые экономические показатели управляемой производственной системы вследствие принятия решения об исполнении того или иного графика. При этом учитывается ряд прямых и непрямых производственных потерь,

важные заказы обрабатываются более оперативно, реализуются принципы технического обслуживания, основанного на прогнозировании.

В третьей главе рассмотрены задачи синтеза оптимальных решений в рамках моделей, представленных в главе 2. Рассматривается задача разработки эвристических алгоритмов оптимизации для сформулированной задачи многокритериальной оптимизации комбинированного планирования (17). В качестве основы для разработки эвристических алгоритмов использован аппарат генетических алгоритмов. Произведена алгоритмизация процесса поиска оптимальных решений для системы интегрированного управления производственной деятельностью. Структура процесса поиска оптимальных решений представлена на рис. 6.

Рис. 6. Структура процесса поиска оптимальных решений для системы интегрированного управления

Также в главе представлены разработанный алгоритм взаимодействия ЛПР с информационной системой управления и алгоритм модификации критериев оценки на основе предпочтений ЛПР.

Далее представлены подсистемы разработанного генетического алгоритма. Механизм кодирования решений. На каждой стадии Ь каждая операция оы

характеризуется парой значений оы = (с,г), где с> 0 - рекомендуемый минимальный возраст машины, выделенной для обработки операции оы, г -предупредительный ремонт, который будет проведен в случае, если состояние машины хуже рекомендуемого значения с.

Вектор оь = (ол|,ой,,...,ол„) содержит характеристики каждой операции для

стадии Ь. Вектор ={оь^,оь,^...,оы) содержит каждую из п операций,

которые перечислены в определенном порядке и, таким образом, задает некоторую последовательность обработки операций. В соответствии с порядком, заданным вектором операции распределяются по машинам стадии Ь по следующему правилу.

Элементы вектора $ь обрабатываются в порядке следования. Очередной элемент оЫк распределяется на обработку на первую машину т, из перечня

машин с минимальным показателем ^ р,, где р, - длительность обработки

»1

¡-й операции в очереди машины тп д - количество операций в очереди машины т

График изготовления изделий и технического обслуживания для каждой стадии производственной системы характеризуется парой векторов оь и .ул, Ь, =(ол,5л). Каждое решение А задачи комбинированного планирования задается как объединение графиков для каждой стадии, т.е. в виде вектора характеристик стадий: А =

Рекомбинация для пары решений А, и А2 выполняется последовательно для соответствующих элементов Ь1 векторов Л, и Аг Для рекомбинации применен механизм одноточечного кроссинговера.

Для сохранения лучших решений между итерациями алгоритма применено дополнительное (внешнее) множество Е найденных на данный момент недоминируемых решений. Размер множества Е ограничен значением И.

Ранжирование решений производится на основе следующих функций. Для каждого решения /' из основной популяции решений Р и внешнего множества Е рассчитывается показатель эЦ):

*(/) = |{у|уеЯи£л,>у}|. (18)

Далее на основе данных показателей для каждого решения

рассчитывается показатель полезности /(;') по следующей формуле:

/(0= I <19)

Механизмы селекции. Для сравнения и выбора решений из пары или нескольких решений использованы механизмы турниров. В случае бинарного турнира решения будут отбираться по следующему принципу. Из какого-либо из исходных множеств Р и Е случайным образом выбирается пара элементов и для них производится сравнение их значений полезности /(/'). Чем меньше

показатель / (/'), тем лучшим является решение /.

Оценка значений 5(1) для элементов множеств в и _Е_

А

Рис. 7. Основные блоки двухступенчатого гибридного генетического алгоритма многокритериальной оптимизации для задачи комбинированного планирования

Для каждого решения, задействованного в механизме локального поиска, создается множество модифицированных решений. Локальный поиск запускается на каждой итерации генетического алгоритма для отобранных на данный момент лучших решений. Для получения новых решений на основе старых посредством локального поиска использованы следующие механизмы.

Вывод результатов

Конец ^

Поиск последовательностей изготовления изделий. Пусть С^)- время окончания обработки операции оЛ/ на стадии Ь, - время начала

обработки операции о4у на машине к стадии Ь. Производится поиск пар операций 0^,0". таких-то

с(0л\„)<с(о"1у), при в(о1у1,к,)> в(о1и,к2), А', = к2. (20)

Если такие операции о'^,о'ь' обнаруживаются, то данные операции меняются местами в соответствующем векторе характеризующем порядок обработки операций на стадии Ь. В результате формируется новое решение.

Поиск стратегий тех, обслуживания. Производится проход по всем стадиям графика с целью поиска операций оД( таких, что для поставленного им в соответствие предупредительного обслуживания г существуют аналогичные виды обслуживания г такие, что е(г)): (сп +'0) = <?(';): (с;„ + ',,,)■ (21)

При этом модификация графика производится путем установки соответствия между какой-либо операцией оч и каким-либо из аналогичных

видов предупредительного обслуживания гг Если видов обслуживания г не

существует, то вид обслуживания г) может быть заменен аналогом с близкими

показателями. В результате подобных изменений также формируется новое возможное решение.

Четвертая глава посвящена разработке информационной системы управления при тактическом управлении производственной деятельностью. Рассмотренная система реализует представленный подход к интегрированному управлению производственной деятельностью.

Работа ЛПР с системой происходит в интерактивном режиме на основе разработанного алгоритма. Поиск возможных решений происходит на основе разработанного генетического алгоритма синтеза оптимальных решений, оптимизация решений производится с учетом предпочтений ЛПР.

В главе произведена разработка функционально-модульной архитектуры системы интегрированного управления производственной деятельностью. Рассмотрена структура информационных потоков данных между информационной системой управления и информационной средой систем управления предприятием.

Разработана иерархическая объектная модель, позволяющая реализовать функциональную логику информационной системы управления, отличающаяся модульной структурой построения и соответствующая разработанной архитектуре системы.

Произведена разработка интерфейсной базы данных, служащей для взаимодействия информационной системы управления с информационной средой систем управления предприятием. Разработана и подробно детализирована структура таблиц интерфейсной базы данных, позволяющих

интегрировать информационную систему управления в информационную среду систем управления предприятием.

Детали модульной структуры для разработанной информационной системы управления представлены на рис. 8.

Внутреннее хранилище данных _ системы управления__,

_ 1 _

Модули уровня абстракции представления внутренних данных

Рис. 8. Схема модульной структуры для информационной системы управления

В заключении сформулированы основные полученные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Осуществлен анализ и систематизация методологического обеспечения в области повышения эффективности управления производственной деятельностью посредством интеграции функций планирования, в результате которого были выделены направления по разработке соответствующих моделей управления для дискретных производственных систем.

2. Разработана математическая модель многокритериальной оптимизации оцениваемых экономических показателей производственной системы на основе методов комбинированного планирования и оптимизации процессов

изготовления продукции и технического обслуживания производственного оборудования для дискретных производственных систем, организованных по принципу цеха мелкосерийного производства.

3. Разработана структурная модель системы интегрированного управления производственной деятельностью и обслуживанием основных фондов предприятия. Представлена схема интеграции данной системы в информационную среду систем управления предприятием. Разработаны алгоритмы взаимодействия ЛПР и системы интегрированного управления.

4. Произведена алгоритмизация процесса поиска оптимальных решений для системы интегрированного управления. Разработаны основные структурные блоки процесса поиска оптимальных решений в рамках разработанных моделей оптимизации.

5. Предложен двухступенчатый гибридный генетический алгоритм для многокритериальной оптимизации комбинированных графиков производства и технического обслуживания производственного оборудования в соответствии с предложенной оптимизационной моделью, позволяющий вести эффективный поиск оптимальных решений в многокритериальной среде и отвечающий требованиям оперативного реагирования на возмущающие факторы.

6. Произведена алгоритмизация и формализация процесса взаимодействия ЛПР и информационной системы интегрированного управления. Разработан общий алгоритм взаимодействия ЛПР и информационной системы интегрированного управления, представлен алгоритм определения и формализации предпочтений ЛПР.

7. Разработана модель программного обеспечения, реализующего информационную систему интегрированного управления производственной деятельностью, характеризующегося разработанной архитектурой, иерархической объектной моделью, модульной структурой.

8. Разработаны механизмы интеграции системы интегрированного управления в информационную среду предприятия, основанные на использовании интерфейсных баз данных, отвечающие требованиям оперативного реагирования на возмущающие факторы.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Шендрик В.А. Разработка математических моделей комбинированного планирования работ и ремонтов для единичной обрабатывающей машины / В.А. Шендрик // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2008. - Т.4. №6. - С. 100-103.

2. Кострова В.Н. Математическая модель комбинированного планирования для многостадийной производственной системы на основе гибкого цеха поточного производства / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2009. - Т.5. №10.-С. 127-129.

3. Кострова В.Н. Генетический алгоритм многокритериальной оптимизации комбинированных графиков для производственной системы на основе гибкого цеха поточного производства / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2009. -Т.5. №11. - С. 14-17.

4. Кострова В.Н. Разработка архитектуры информационной системы интегрированного управления производственной деятельностью / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Вестник Воронежского государственного технического университета. -2010. - Т.6. №6. - С. 18-22.

5. Кострова В.Н. Формализация процесса оптимизации для задачи интегрированного управления производственной деятельностью / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2010. - Т.6. №6. - С. 97-100.

Статьи и материалы конференций

6. Кострова В.Н. Виды моделей комбинированного планирования производственных работ и обслуживающих операций / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Интеллектуальные информационные системы: труды Всерос. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2008. - С. 36-37.

7. Кострова В.Н. Комбинированное планирование работ и ремонтов как способ повышения эффективности управления производством / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: труды Всерос. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2008. - С. 1314.

8. Кострова В.Н. Подходы к решению задачи планирования в условиях ограниченных ресурсов при оптимизации управления работами / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: труды Всерос. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2008. - С. 6061.

9. Кострова В.Н. Подходы к созданию комбинированных моделей планирования производственных работ и обслуживающих операций / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Интеллектуальные информационные системы: труды Всерос. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2008. - С. 104-105.

10. Кострова В.Н. Методы оценки результатов алгоритмов многокритериальной оптимизации для задачи планирования производственных процессов / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: труды Всерос. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2009.-С. 29-31.

11. Кострова В.Н. Результаты сравнения генетических алгоритмов решения многокритериальной задачи об оптимизации планирования производственных процессов / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: труды Всерос. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2009. - С. 48-50.

12. Кострова В.Н. Показатель сравнения множеств решений для алгоритмов многокритериальной оптимизации / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик//

Интеллектуальные информационные системы: труды Всерос. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2009.-С. 27-28.

13. Кострова В.Н. Показатели сравнения результатов алгоритмов многокритериальной оптимизации для задачи планирования производственных процессов / В.Н. Кострова, В.А. Шендрнк И Интеллектуальные информационные системы: труды Всерос. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2009. - С.

14. Шендрик В.А. Об одном подходе к повышению эффективности краткосрочного планирования на уровне цеха для предприятий радиоэлектронной промышленности / В.А. Шендрик // Сборник конкурсных научных работ аспирантов и молодых ученых по направлению «Стратегическое партнерство вузов и предприятий радиоэлектронной промышленности». -СПб., 2009.-С. 160-164.

15. Кострова В.Н. Структура процесса взаимодействия ЛПР и информационной системы интегрированного управления производственной деятельностью / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: труды Всерос. конф. -Воронеж: ВГТУ, 2010. - С. 35-36.

16. Кострова В.Н. Принципы взаимодействия информационной системы интегрированного управления производственной деятельностью с информационной средой предприятия / В.Н. Кострова, В.А. Шендрик // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах: труды Всерос. конф. - Воронеж: ВГТУ, 2010. - С. 55-56.

Подписано в печать 07.07.2010. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 90 экз. Заказ № ХУ9

ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп., 14

61-62.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ.

1.1 Современные подходы к совершенствованию систем управления предприятием.

1.2 Анализ моделей планирования производственной деятельности.

1.3 Анализ методов интеграции систем управления производственной деятельностью.

1.4 Цель и задачи исследования.

ГЛАВА II. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ИНТЕГРИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ И ТЕХНИЧЕСКИМ ОБСЛУЖИВАНИЕМ ОСНОВНЫХ ФОНДОВ.

2.1 Разработка структурной модели интегрированного управления производственной деятельностью.

2.2 Разработка математической модели оптимизации комбинированного планирования.

2.3 Оценка алгоритмической сложности задачи оптимизации комбинированного планирования.

2.4 Выводы.

ГЛАВА III. МОДЕЛИРОВАНИЕ И АЛГОРИТМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ПОИСКА И ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ.

3.1 Формализация процесса оптимизации для системы интегрированного управления производственной деятельностью.

3.2 Разработка генетического алгоритма поиска оптимальных решений для системы интегрированного управления.

3.3 Алгоритмизация процесса взаимодействия ЛПР и системы интегрированного управления.

3.4 Выводы.

ГЛАВА IV. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ

МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ОПТИМИЗАЦИИ.

4.1 Разработка функциональной архитектуры системы.

4.2 Разработка объектной модели системы.

4.3 Разработка структур данных интерфейсного взаимодействия с информационной средой систем управления предприятием.

4.4 Выводы.

Актуальность темы

Постоянное совершенствование подходов к организации и управлению производственной деятельностью является актуальным для современных предприятий. Совершенствование управления - одно из главных и перспективных направлений развития предприятия. Важнейшими задачами на пути повышения конкурентоспособности предприятия являются увеличение эффективности производства, общее снижение затрат, сокращение сроков производства.

В силу большого числа и сложности решаемых задач управления, системы управления структурированы как по уровням управления, так и по функциям, выполняемым на каждом уровне. Могут возникать ситуации, в рамках которых различные лица, принимающие решения (ЛПР), принимают конкурирующие управленческие решения.

Наряду с управлением на верхних уровнях, большое значение имеет эффективное управление на нижних уровнях, в частности на уровне тактического управления производственной деятельностью.

К основным задачам тактического управления производственной деятельностью относятся задачи планирования и управления процессом изготовления продукции, контроля исполнения заказов, управления основными фондами предприятия, в ходе чего в частности реализуется задача технического обслуживания и ремонта производственного оборудования. В ходе реализации функций управления необходимо решение задач тактического планирования производственной деятельности и планирования технического обслуживания основных фондов. Решение данных задач зачастую возложено на различные подсистемы системы управления предприятием. При этом координация управляющих воздействий на уровне тактического управления ухудшается.

Одной из важных особенностей систем управления предприятием с участием ЛПР является оперативное реагирование на внутренние и внешние возмущающие факторы. При этом эффективность реакции системы на подобные факторы может быть повышена посредством улучшения координации принимаемых ЛПР решений.

Для максимально эффективной работы ЛПР и наиболее адекватного управления производственной деятельностью необходимо рассмотрение экономических показателей в качестве основы для принятия решений.

Таким образом, актуальность диссертационного исследования определяется необходимостью совершенствования, оптимизации и интеграции тактического управления производственной деятельностью и управления техническим обслуживанием производственного оборудования, задачами моделирования и алгоритмизации взаимодействия лица принимающего решения с интегрированной системой управления для улучшения координации принимаемых ЛПР решений.

Работа выполнена в рамках ГБ НИР 10.19 «Интеллектуализация принятия решений в автоматизированных системах» и основного научного направления ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Проблемно-ориентированные системы управления».

Цель и задачи исследования

Целью работы является разработка комплекса моделей, алгоритмов и программных средств, позволяющих реализовать интегрированную структуру тактического управления производственной деятельностью и обслуживанием основных фондов предприятия на основе экономических показателей. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи;

- провести анализ существующих подходов к управлению производственной деятельностью и управлению техническим обслуживанием основных фондов на основе использования информационных технологий;

- разработать структурную модель интегрированного управления производственной деятельностью и обслуживанием основных фондов предприятия;

- разработать математическую модель оптимизации управления производственной деятельностью и процессами обслуживания основных фондов посредством интеграции функций планирования, отвечающую требованиям совместной оптимизации данных конкурирующих процессов на основе экономических показателей;

- разработать методы и алгоритмы поиска и оптимизации решений для задачи комбинированного планирования в соответствии с разработанной моделью, отвечающие требованиям адаптации к изменяющимся критериям оптимизации и оперативного изменения исполняемых решений;

- разработать алгоритмы взаимодействия ЛПР с разрабатываемой системой управления, отвечающие требованиям оперативного реагирования на возмущающие факторы;

- разработать программное обеспечение, позволяющее реализовать эффективный поиск оптимальных управленческих решений.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использованы основные положения системного анализа, теории управления, методы исследования операций, теории расписаний, дискретной математики, математического моделирования и оптимизации.

Научная новизна.

В диссертационной работе получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:

- структурная модель системы интегрированного управления производственной деятельностью и обслуживанием основных фондов предприятия, обеспечивающая интеграцию функций планирования и позволяющая включить разрабатываемую систему управления в структуру информационных систем управления предприятием;

- математическая модель многокритериальной оптимизации комбинированного планирования производственной деятельности и процессов обслуживания основных фондов для дискретной производственной системы, построенной по принципу цеха мелкосерийного производства, отвечающая требованиям совместной оптимизации данных конкурирующих процессов и позволяющая минимизировать возникновение конкурирующих управляющих воздействий;

- двухступенчатый гибридный генетический алгоритм оптимизации комбинированных графиков производства продукции и технического обслуживания производственного оборудования, реализующий эффективный поиск в многокритериальной среде, отвечающий требованиям к оперативному перепланированию в условиях изменяющихся критериев оптимизации и позволяющий выявлять наиболее эффективные управленческие решения;

- модель программного обеспечения, реализующего принципы интегрированного управления производственной деятельностью, характеризующаяся разработанной архитектурной структурой, объектной моделью системы;

- механизмы интеграции разработанной системы управления в информационную среду предприятия, алгоритмы взаимодействия системы управления и ЛПР, отвечающие требованиям оперативного реагирования на возмущающие факторы, позволяющие в удобной для ЛПР форме вести поиск оптимальных решений.

Практическая значимость работы.

В соответствии с предложенными принципами интеграции управления разработана модель программного обеспечения, реализующего информационную систему управления производственной деятельностью, позволяющую интегрировать функции управления процессами производства продукции и технического обслуживания производственного оборудования, производить формирование и оптимизацию комбинированных графиков производства продукции и технического обслуживания, производить поиск управленческих решений в удобной для ЛПР форме.

Теоретические и практические результаты работы внедрены в производственную деятельность ОАО «Работница» (г. Воронеж) и учебный процесс кафедры систем автоматизированного проектирования и информационных систем ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах», (Воронеж, 2008-2010), Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2008, 2009), Всероссийском конкурсе научных работ аспирантов и молодых ученых по направлению «Стратегическое партнерство вузов и предприятий радиоэлектронной промышленности» (Воронеж, 2009), семинарах кафедры систем автоматизированного проектирования и информационных систем ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» (Воронеж, 20072010).

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 16 научных работ, в том числе 5 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве, лично автору принадлежат: математическая модель комбинированного планирования для многостадийной производственной системы [104], генетический алгоритм многокритериальной оптимизации комбинированных графиков [105], архитектура информационной системы [106], формальное описание процесса оптимизации [107], анализ задачи повышения эффективности управления производством, анализ существующих моделей управления и подходов к разработке моделей интегрированного управления [108, 109, 110, 111], анализ подходов и методов оценки результатов алгоритмов многокритериальной оптимизации [112, 113, 114, 115], алгоритмы взаимодействия системы управления с ЛГТР и с информационной средой предприятия [116, 117].

Объем и структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 118 наименований. Основной текст изложен на 130 страницах машинописного текста. Работа содержит 24 рисунка и 12 таблиц.

4.4 Выводы

1. В главе была произведена разработка функциональной архитектуры для системы интегрированного управления, рассмотрена структура основных информационных потоков, приведены базовые алгоритмы функционирования системы, детализированы основные блоки и модули системы, определена ее структура;

2. Разработана иерархическая объектная модель, позволяющая реализовать функциональную логику системы интегрированного управления, отличающаяся модульной структурой построения и соответствующая разработанной архитектуре системы;

3. Произведено проектирование структуры интерфейсной базы данных, служащей для взаимодействия системы интегрированного управления с информационной средой систем управления предприятием. Разработана и подробно детализирована структура таблиц интерфейсной базы данных, позволяющих полноценно включить систему интегрированного управления в информационную среду систем управления предприятием.