автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Повышение производительности системы управления промышленным предприятием на основе быстрого формирования и выполнения пользовательских запросов

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМ ПРЕДПРИЯТИЕМ НА ОСНОВЕ БЫСТРОГО ФОРМИРОВАНИЯ И ВЫПОЛНЕНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ

ЗАПРОСОВ

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук д др(р ¿013

Тверь-2013

005057631

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет"

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Чохонелидзе Александр Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Дмитриев Геннадий Андреевич кандидат технических наук Орлов Юрий Петрович

Ведущая организация:

ООО НЛП «ГЕОСФЕРА»

Защита состоится « 19 » апреля_2013 г. в 15 часов на заседании

диссертационного Совета Д.212.262.04 в Тверском государственном техническом университете по адресу: 170026, г. Тверь, наб. Аф. Никитина, 22

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного технического университета.

Автореферат разослан 15 марта 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д212.262.04,

доктор технических наук, профессор L, H.H. Филатова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время на предприятиях наблюдается быстрое изменение параметров внешней среды в связи с жесткой конкуренцией. Это приводит к увеличению объемов и скорости распространения информации. В таких условиях управление промышленным предприятием требует сокращения времени принятия управленческих решений.

Основным инструментом ускорения процесса принятия решений являются построение и внедрение оптимальной системы управления промышленным предприятием (СУПП). При этом система управления качеством предприятия, построенная в соответствии с требованиями стандартов серии ISO-9000, выступает как определяющий компонент СУПП. Поэтому ИТ-службы сталкиваются с требованиями со стороны руководства о своевременном и оперативном представлении информации.

Повышение эффективности работы ИТ-службы предприятия зависит от производительности применяемой системы управления.

Именно высокая производительность системы приводит к сокращению времени формирования и выполнения пользовательских запросов для поиска необходимой информации для принятия управленческих решений.

Сокращение времени поиска невозможно без применения современных моделей, позволяющих учитывать не только состав и свойства элементов системы, но и характеристики и особенности связей между ними. Одной из таких моделей является модель, основанная на графах.

Ориентированные графы (орграфы) моделируют поток информации через граф-модель, используя импульсную модель, согласно которой через входную вершину граф-модели в систему поступает некоторое количество информации в виде импульса, который генерирует импульсы в соседних с входной вершинах. При этом дуги интерпретируются как операторы, воздействующие на пересылаемые по ним импульсы. Обработка информации завершена, если процесс перемещения импульсов прекращается и на выходе системы появляется требуемая информация.

Орграф информационной системы управления промышленным предприятием (СУПП) является отображением простых для анализа схем объектов и системных связей между ними. Поэтому граф-модель СУПП и вычисление волновых процессов на ней достаточны, чтобы достичь цели сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов.

В своей работе автор опирается на труды известных ученых, определивших методологические принципы исследования систем управления' это:

1. В области системного анализа: Тарасенко Ф.П., Платонов В.Я., Анфилатов B.C., Антонов A.B., Бродецкий Г.Л., Палюх Б.В. и др.

2. В области повышения эффективности управления: Крылов Э.И., Исаев Д.В., Духонин Е.Ю., Ильенкова С.Д., Миронов В.А. и др.

3. В области исследования систем на основе прикладной теории графов: Лежнев A.B., Короткое В.Г., Аляев Ю.А., Асанов М.О., Касьянов В.Н. и др.

Целью работы является повышение производительности системы управления промышленным предприятием путем сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи:

1. Разработать модели состава и структуры для отображения объектов и связей СУПП с учетом закономерностей ее функционирования при обработке информации.

2. Сформировать методику повышения производительности СУПП путем существенного сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов поиска и визуализации информации для принятия решений.

3. Провести оценку эффективности решения задачи сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов к СУПП.

Объектом исследования работы являются системы управления промышленным предприятием (СУПП).

Предметом исследования работы являются методы формализации СУПП, графовые структуры и алгоритмы анализа и синтеза СУПП.

Методы исследования. Полученные автором результаты базируются на методах системного анализа, методологиях концептуального, логического и физического описания системы управления промышленным предприятием.

На защиту выносятся:

1. Методика формализованного описания задач сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов к СУПП.

2. Методика быстрого формирования и выполнения пользовательских запросов для поиска и визуализации необходимой информации для принятия решений.

Научная новизна. Научная новизна данной диссертационной работы состоит в следующем:

1. Разработан алгоритм построения схемы циркуляции информации внутри СУПП.

2. Разработаны математическое обеспечение и алгоритмы повышения производительности системы управления промышленным предприятием, на основе которых разработана программа быстрого формирования и выполнения пользовательских запросов для поиска и визуализации необходимой информации для принятия решений.

Практическая ценность работы заключается в существенном сокращении времени формирования и выполнения пользовательских запросов к СУПП для поиска и визуализации необходимой информации для принятия управленческих решений.

Апробация работы. Положения диссертации и результаты исследований докладывались на: V Всероссийской научно-практической конференции «Стратегическое управление предприятиями, организациями и регионами» в 2011 году; международной летней школе-семинар по искусственному интеллекту для студентов, аспирантов и молодых ученых «Интеллектуальные

системы и технологии: современное состояние и перспективы» в 2011 году; международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" в 2011 году; IV Международной научно-практической конференции «Повышение управленческого, экономического, социального и инновационно-технического потенциала предприятий, отраслей и народно-хозяйственных комплексов» в 2012 году.

Публикации. Список публикаций по теме диссертации содержит 9 работ, в том числе 1 статья в рецензируемом издании из перечня ВАК, 6 статей и материалов научно-практических конференций, 2 статьи в научных журналах.

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 137 страницах, списка использованных источников из 169 наименований и 8 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится общая характеристика работы: формализация и постановка научных задач исследований, актуальность проведенных исследований, определение цели исследования, характеристика новизны и практической значимости полученных результатов.

В первой главе проведен обзор современного состояния вопроса управления промышленным предприятием, выполнен анализ промышленной системы, рассмотрены системные решения современных систем управления промышленным предприятием. Для выделения проблемы исследования определено место построения и внедрения оптимальной СУПП, удовлетворяющей требованиям по качеству стандартов серии 180-9000 в процессе повышения эффективности работы ИТ-службы для своевременного и оперативного представления необходимой информации для принятия решений.

С целью создания справочника промышленных предприятий на примере республики Бурунди для обработки информации о каждом предприятии, разработана иерархическая структурная схема классификации промышленных отраслей, отражающая четкое разделение групп промышленных отраслей с учетом специфики каждого предприятия.

Во второй главе выполнены формализация СУПП и постановка задач формирования и выполнения пользовательских запросов. В общем виде СУШ формализуется следующим образом

5(С) = {А,П,Т,У,й,<р.К.Р,(},Х) (1)

где А — непустое множество информационных объектов исследуемой системы, Я — непустое множество бинарных связей между информационными объектами системы, Т — непустое множество типов связей внутри системы, V — непустое множество вершин орграфа С, £ — множество дуг орграфа в, <р'~ правило образования множества £> из множества V, К — непустое множество первичных ключевых характеристик объектов, Р — множество запросов, <2 — множество записей, определяющих состояние X СУПП. Множества У.Б.ср представляют собой соответственно множества А,Я,Т на плоскости. Они

формируют ориентированный граф СУПП.

Информационные объекты СУПП формируют множество А, из которого берутся начальные N и конечные К информационные объекты поиска. Этот универсум представляет собой множество входных, промежуточных и выходных документов СУПП.

Множество Ь поисковых путей системы формируется на основе множеств Я бинарных связей между объектами и Т типов связей путем уточнения их состава. Далее формируется множество всех возможных поисковых путей и из ЫвК.

На декартовом произведении N х К имеется бинарное отношение достижимости (У, которое позволяет устанавливать, когда объект множества К достижим из объекта множества N.

Тройка и = Ш.К.З), где N — множество начальных объектов; К — множество конечных объектов; 5 — отношение достижимости, заданное на N х К обозначает задачу перечисления поисковых путей из N в К. Задача и — (Ы, К, 5) состоит в перечислении тех и только тех поисковых путей из Ь, для которых отношение 3 выполняется.

Для каждого пути и € и формируется запрос р по следующему правилу функционирования СУПП при выполнении пользовательских запросов. В записях соединения Ъ м й дополняющего объекта В и дополняемого объекта (I значения первичной ключевой характеристики дополняющего объекта идентичны значениям внешней ключевой характеристики дополняемого объекта, то есть

<гя(В «(¡) = стф(В м (Г) (2)

где м — бинарный оператор комбинирования двух отношений (отношение —

конечное множество имен характеристик, то есть атрибутов объекта); п _

название первичной ключевой характеристики дополняющего объекта Ъ, <р — название внешней ключевой характеристики дополняемого объекта й.

В результате формируется множество пользовательских запросов Р в соответствии с множеством путей V.

Для выполнения пользовательского запроса имеется множество <2, из которого берутся экземпляры объектов поиска. Такое множество включает в свой состав множество всевозможных ключевых характеристик объектов СУПП, то есть К с (). Это множество представляет собой множество экземпляров объектов поиска или множество записей, а элементы множества () — записи.

На декартовом произведении Р х (} имеется бинарное отношение поиска, позволяющее устанавливать, когда запись из <3 удовлетворяет запросу из Р. Отношение поиска есть отношение идентичности (равенства), то есть запись удовлетворяет запросу, если они идентичны.

Тройка I = (Р, Н, р>, где Р — множество запросов; Н — некоторое конечное подмножество множества р — отношение поиска, заданное на

Р х (2 обозначает задачу информационного поиска типа Б = <Р, 0, р). Задача I = (Р, 0, р) состоит в перечислении для произвольно взятого запроса р е Р всех тех и только тех записей из Я, которые находятся в отношении р с запросом р, то есть удовлетворяют запросу р.

Для описания информационного взаимодействия между объектами СУПП (рис. 2) построена производственная структура промышленного предприятия (рис. 1).

Рис. 1. Производственная структура промышленного предприятия по стандарту 180-9000 на примере фирмы ВЯЛИШ! (республика Бурунди)

Для визуализации моделей состава и структуры СУПП разработана модель "сущность-связь", отображающая характеристики объектов и связей СУПП с учетом закономерностей ее функционирования (рис. 2).

( Количество V д __ ___

(Дата оформления^-^(^Дэтайзменений^ (^Комментари й ^-^^азвание)

Рис. 2. Модель "сущность-связь" системы управления промышленным предприятием на примере фирмы ВКАВЖ)! (республика Бурунди)

На основе разработанной физической модели СУПП разработаны математическое обеспечение и алгоритм визуального отображения объектов и системных связей с использованием графовых методов и моделей (рис. 3).

Рис. 3. Алгоритм построения орграфа системы управления промышленным предприятием

Связи представляются направленными прямыми линиями, а информационные объекты — окружностями. Окружности (кружочки) и направленные прямые линии становятся вершинами и дугами орграфа С СУПП соответственно. Алгоритм построения орграфа С СУПП представлен на рис. 3.

Пересечение системной связи О и объекта С с координатами (хс,ус)

определяется выражением

- 2ххс + х2 + а2х2 + 2аЪх - 2аусх + Ь2 - 2усЬ + у2 = г2 (3)

Точку захода системной связи D определяется путем вычисления двух точек, среди которых нужно найти самую ближайшую точку по отношению к дополняющему объекту. Для этого вычисляются корни уравнения (3) и соответствующие ординаты.

Для задания направления каждой системной связи СУПП сначала необходимо определить две вспомогательные связи D3 и D4, проходящие через ее центр с острым углом (7 < <р < -) по отношению к ней.

6 4

Угловые коэффициенты вспомогательных связей задаются формулой

кхк2 + 1

cos (р - С4Л

JT+klJl + k2 W

Далее задается вспомогательная связь D5, проходящая через центр и перпендикулярная исходной связи.

Процесс завершается определением уравнений вспомогательных связей D6 и D7, параллельных связи Ds и стоящих на расстоянии d от нее. Свободные параметры Ь6 и Ь7 вычисляются по формуле

j ~Pl

"'Шт ®

Теперь необходимо последовательно решить системы уравнений для определения точек (х3,у3) пересечения вспомогательных связей D6 и Du (,хь> Уб) пересечения вспомогательных связей D6 и 04, (xs,y5) пересечения вспомогательных связей D6 и Ds. Процесс завершается соединением точки с точкой (х6,у6), точки (х6,у6) с точкой точки (xs,ys) с точкой

(z5.ys)- Полученный орграф СУПП представлен на рис. 4.

Результирующий орграф СУПП формализуется следующим образом

С = (К. О, ¥>,0,5, Г) (6)

где V — непустое множество вершин орграфа в, й — множество дуг орграфа в, (р — некоторое отображение множества й во множество V2, О — непустое множество объектов СУШ, Б — непустое множество бинарных системных связей между объектами, Т — непустое множество типов системных связей.

ймййШ

Рис. 4. Орграф системы управления промышленным предприятием на основе

стандарта 180-9000

Нташ1Мвегшм|Г] Коне^иявери««'И ; I НаЙгн .1 Пл__________

На основе графовой модели СУПП разработаны критерии оценки степени участия каждого объекта I в отображении экземпляров других объектов с использованием соответствующего количества заходящих йёд1 и исходящих (1еу1 системных связей:

йед^ - 0 => Ог—независимый объект ¿ед1 - 0 => 01—зависимый объект с1едг = ае,д1 = 0 => 01— изолированный объект агд глах deg г = Г => 0~ самый дополняемый объект

аг9 ^^ с1е8 ' = ¿* => О— самый дополняющающий объект

Объекты и системные связи формируют множество путей графа, на базе которого разработан механизм быстрого формирования и выполнения пользовательских запросов к системе управления промышленным предприятием.

В третьей главе по матрице смежности орграфа СУПП разработан алгоритм упаковки и вывода матриц взаимодействия объектов (рис. 5).

(7)

(8)

(9)

(10) (II)

Рис. 5. Блок-схема алгоритма построения, упаковки и отображения матриц орграфа СУПП

На базе матрицы достижимости орграфа СУПП разработан метод формирования множества объектов системы, участвующих и не участвующих в отображении экземпляров зависимых объектов, а также метод визуализации подробной и краткой информации на основе бикомпонент каждого пути с учетом их длин по следующему принципу: сумма элементов .¡-ого столбца равна числу возможных путей М-, конечная вершина которых — вершина у. Пусть N — число таких путей; Тогда справедливо следующее соотношение

= * (12)

)

Вершина у может быть использована в качестве конечной вершины при формировании пользовательского запроса тогда и только тогда, когда N Ф 0. Соответственно вершина ) не может быть использована в качестве конечной вершины тогда и только тогда, когда N = 0.

Сумма элементов ¡-ой строки равна числу возможных путей М/, начальная вершина которых — вершина г. Пусть М — число таких путей. Тогда

^ м/ = м

Это соотношение целесообразно использовать для определения множества объектов СУПП, участвующих в отображении экземпляров зависимых объектов при формировании пользовательского запроса, так как для таких объектов МФО.

Максимальное количество пользовательских запросов формируются поисковым путем максимальной длины с максимальным количеством бикомпонент, определение которого осуществляется выделением >ого столбца и 1-ой строки матрицы достижимости СУПП с максимальными суммами N и М элементов соответственно. Номер ¡-ой строки соответствует начальной вершине такого пути, а номер ;-ого столбца — его конечной вершине.

Рис.6. Алгоритм построения матрицы достижимости СУШ

Для повышения эффективности решения этой задачи разработанный алгоритмический метод основан также на матрице достижимости СУПП. Для каждого ]-ого столбца, входящего в матрицу достижимости М/ необходимо суммировать все элементы, принадлежащие этому столбцу и поместить полученную сумму в у'-ую позицию одномерной матрицы Е) суммирования элементов матрицы достижимости по столбцам

(14)

Для каждой ¡-ой строки матрицы достижимости М( необходимо суммировать все элементы, принадлежащие этой строке, и поместить полученную сумму в ¡-ую позицию одномерной матрицы В1 суммирования элементов матрицы достижимости по строкам (рис. 6).

Bf =£м/

(15)

Далее осуществляется поиск maxi и тах2 — два максимальных элементов массивов В; и £) соответственно. Именно вершина Г, при которой достигается тах 1 — начальная вершина самого длинного пути с максимальным количеством бикомпонент орграфа СУПП, а у* с достижением тах2 — его конечная вершина.

Iargmaxi = i*, тах 1 = тахЯ;,г G [1,2,...,п] argтах2 = j* ,тах2 = таxEj.j е [1,2,...,п]

На основе матрицы достижимости СУПП описан метод перечисления бикомпонент с визуализацией соответствующих системных связей между произвольной парой объектов с целью сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов для поиска и отображения необходимой информации для принятия управленческих решений (рис. 4).

В четвертой главе приведено описание подсистем разработанной СУПП (рис. 7) и выполнена оценка эффективности решения задачи сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов с использованием графовых методов и моделей.

[Вход I

стему

»(Подсистема управления снабжением

Обработка информации физических лиц

Обновление информации о заказах

Обновление информации о поставщиках

Справочники системы

Отчеты о снабжении

Выход

Поиск по характеристикам поставщиков

Подсистема управления . сбытом

Обработка информации о торговых точках

Продажа товаров физическим лицам

Обработка информации о складах продукции

Поиск по характеристикам клиентов и продаж

Аналитическая обработка информации о продажах

Обновление продаж

Объемы продаж по месяцам заданного и предыдущего лет

Продажа товаров организациям

Выход

Объемы продаж по кварталам заданного и предыдущего лет

Подсистема ~ управления производством

График объемов продаж по месяцам

заданного и предыдущего года

График объемов продаж по кварталам заданного и предыдущего года

Прогнозирован ие объемов продаж будущих лет

X

Обновление информации о выпускаемой продукции

Отчет расходованного сырья по изделиям

Графическое отображение состояния ресурсов производства

Обработка информации об отгрузках товаров в торговые точки

Подсистема управления персоналом

Отчеты о зарплатах

Отбор сотрудников

на конкурсной __основе

+

Выход

Обновление информации о сотрудниках

Отображение кадрового плана

Обработка информации о соискателях

Тестирование соискателей

Подсистема формирования и _выполнения пользовательских запросов

11оиск по характеристикам сотрудников, должностей и адресов

Кадровое планирование

Задание числа, ключевых характеристик и координат объектов

Обновление фонда заработной платы

Обновление информации о подразделениях

Обновление информации о подразделениях

Обработка информации о

кадровых планах и о _вакансиях

Отображение множества дуг орграфа

Отображение матрицы смежности

Отображение, упаковка и вывод матрицы длиннейших бикомпонент

11оиск информации по выбранной бикомпоненте пути орграфа системы

Отображение, упаковка и вывод матрицы кратчайших бикомпонент орграфа системы

Отображение и упаковка матрицы достижимости

Построение орграфа системы

-Ц Построение схемы ввода информации

Вывод результата и времени формирования и выполнения запросов

Рис.7. Схема взаимодействия подсистем разработанной СУПП

I рафический анализ учас гия каждого объекта в отображении экземпляров других

Полученное уравнение регрессии показывает, что среднее время формирования и выполнения пользовательского запроса возрастает с увеличением количества объектов, входящих в него (рис. 8). Поэтому при формировании пользовательских запросов необходимо отдать предпочтение тем поисковым путям ор1рафа СУПП с наименьшим количеством объектов

—►— Фактические данные -Расчетные данные

Количество объектов, входящих в пользовательский запрос

Рис. 8. Зависимость среднего времени формирования и выполнения пользовательских запросов от количества их составляющих объектов

Сравнение временных затрат в секундах на формирование пользовательских запросов вручную и на основе предложенной графовой модели СУПТТ представлено в таблице 1.

Таблица 1 — Временные затраты в секундах на формирование основных ______пользовательских запросов к СУПП

Наименование запроса Количество объектов Вручную С помощью системы Коэффициент ускорения

Формирование ведомости по закупкам сырьевых ресурсов 2 176,047 0,046 3827

Получение личных данных физического лица 4 530,406 0,093 5703

Получение истории кадрового планирования 5 502,172 0,094 5342

У чет производственных затрат по номенклатуре продукции 7 560,797 0,172 3260

Визуализация состояния рабочих мест 8 676,360 0,174 3887

Получение норм расхода ресурсов производства 9 568,719 0,203 2801

Учет выпуска продукции по цехам 11 569,109 0,219 2139

Список сотрудников по профессиям 12 592,328 0,312 1898

Учет перемещений товаров 11 1124,156 0,266 4226

Составление списка вакансий по подразделениям 7 560,797 0,141 3977

Итого 76 5860,891 1,72 37060

Среднее 8 586,0891 0,172 3706 1

Из таблицы 1 следует, что коэффициент ускорения составляет в среднем 3706, что подтверждает высокую эффективность предложенной графовой модели для сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Формализована методика формирования и выполнения пользовательских запросов к СУПП на основе графовых моделей.

2. На основе модели "сущность-связь" разработаны математическое обеспечение и алгоритм визуального отображения связей между объектами СУПП с использованием гравовых методов и моделей.

3. На основе графовой модели СУПП разработаны критерии оценки степени участия каждого информационного объекта в отображении экземпляров других.

4. Разработан метод применения графовой модели СУПП для соблюдения закономерностей функционирования системы при обработке информации.

5. Предложены методы и модели повышения производительности системы управления промышленным предприятием, на основе которых разработана программа быстрого формирования и выполнения пользовательских запросов для поиска и визуализации необходимой информации для принятия решений.

6. Приведено описание разработанной СУПП и выполнен анализ эффективности решения задачи сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов к СУПП.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ндайисаба Л. Использование методов оптимизации для соблюдения закона сохранения ресурсов / А.Н. Чохонелидзе, JI. Ндайисаба, Д.В. Богданов // Программные продукты и системы. Тверь, 2011. - № 2. - с. 84-86.

2. Ндайисаба JI. Математическая модель построения ориентированного графа системы управления промышленным предприятием. // Сборник статьей международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии". Пенза, 2011- с.136-139.

3. Ндайисаба Л. Повышение производительности системы управления промышленным предприятием на основе прикладной теории графов. // Сборник статьей международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии". Пенза, 2011 - с. 139-142.

4. Ндайисаба Л. Интеллектуальные адаптивные системы в дистанционном обучении персонала для промышленных предприятий / Л. Ндайисаба, A.B. Лукин // Сборник научных трудов международной летней школы-семинар по искусственному интеллекту для студентов, аспирантов и молодых ученых «Интеллектуальные системы и технологии: современное состояние и перспективы». Тверь, 2011- с. 223-230.

5. Ндайисаба Л. Повышение надежности передачи паролей пользователям системы управления промышленным предприятием. // Сборник статей V Всероссийской научно-практической конференции «Стратегическое управление предприятиями, организациями и регионами». Пенза, 2011 - с. 6972.

6. Ндайисаба Л. Решение задачи об оптимальной производственной программе промышленного предприятия. Сборник статей V Всероссийской научно-практической конференции «Стратегическое управление предприятиями, организациями и регионами». Пенза, 2011 - с. 72-75.

7. Ндайисаба Л. Оптимизация системы с обобщенной двухиндексной целевой функцией при наличии связей между элементами / А.Н. Чохонелидзе, Л. Ндайисаба // Вестник тверского государственного технического университета. Тверь: ТГТУ, 2011. Выпуск 18.-е. 76-80.

8. Ндайисаба Л. Системные принципы управления промышленностью республики Бурунди с использованием инструментальных средств ORACLE. // Вестник тверского государственного технического университета. Тверь: ТГТУ, 2011. Выпуск 18.-е. 95-99.

9. Ндайисаба Л. Исследование взаимосвязей сущностей информационной системы предприятия на основе матричного метода системного анализа / Сборник статей IV Международной научно-практической конференции «Повышение управленческого, экономического, социального и инновационно-технического потенциала предприятий, отраслей и народно-хозяйственных комплексов». Пенза, 2012 - с. 117-120.

Технический редактор А.Ю. Соколова Подписано в печать 11.03.13

Тираж 100 экз. Формат 60х84/16 Заказ№18

Печ-Л- _Усл.печ.л. 1,16_Уч.-изд.л. 1,08

Типография ТвГТУ

ТВЕРСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Ндайисаба Лонгин

ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМ ПРЕДПРИЯТИЕМ НА ОСНОВЕ БЫСТРОГО ФОРМИРОВАНИЯ И ВЫПОЛНЕНИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ЗАПРОСОВ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

(в промышленности)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

см 00

со Научный руководитель:

(V) О доктор технических наук,

^ ^ профессор Чохонелидзе А.Н.

СМ ™

Тверь-2013

Содержание

Введение............................................................................................4

Глава 1. Современное состояние вопроса использования СУПП в процессе управления промышленным предприятием.....................................8

1.1. Классификация промышленных отраслей.....................................9

1.2. Системные решения современных СУПП......................................13

1.3. Место СУПП в процессе повышения эффективности управления промышленным предприятием..................................................15

1.4. Модели жизненного цикла СУПП...............................................31

1.5. Описание процесса формирования и выполнения пользовательских запросов к СУПП на основе графовой модели............................37

Выводы......................................................................................40

Постановка задач исследования........................................................41

Глава 2. Графовые методы и модели отображения правил функционирования СУПП...........................................................43

2.1. Представление предметной области с использованием модели "сущность-связь".....................................................................................43

2.2. Концептуальная модель СУПП..................................................52

2.3. Логическая модель данных СУПП............................................56

2.4. Физическая модель данных СУПП.............................................59

2.5. Графовая модель визуализации состава и структуры СУПП..............62

2.6. Формализация орграфа СУПП..................................................73

2.7. Анализ связей СУПП на основе матрицы смежности......................76

Выводы......................................................................................81

Глава 3. Использование графовой модели СУПП для сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов...................82

3.1. Разработка алгоритма упаковки и вывода матриц взаимодействия объектов для упрощения процесса анализа СУПП........................82

3.2. Разработка алгоритма формирования и выполнения пользовательских запросов на основе путей орграфа СУПП......................................88

3.3. Разработка алгоритма поиска пути орграфа СУПП формирующего максимальное количество пользовательских запросов....................95

3.4. Разработка алгоритма генерации альтернатив формирования и выполнения пользовательских запросов.......................................98

3.5. Разработка алгоритма построения схемы циркуляции информации внутри СУПП.....................................................................103

Выводы.....................................................................................113

Глава 4. Описание СУПП и оценка эффективности решения задачи

сокращения времени формирования и выполнения пользовательских

запросов............................................................................................................114

4.1. Описание разработанной системы управления промышленным предприятием......................................................................114

4.2. Оценка минимального времени формирования и выполнения пользовательских запросов на основе графовой модели.................120

4.3. Оценка максимального времени формирования и выполнения пользовательских запросов на базе графовой модели...................130

4.4. Оценка среднего времени формирования и выполнения пользовательских запросов с использованием графовой модели......136

Выводы.....................................................................................144

Заключение.....................................................................................145

Список используемых источников.........................................................148

Приложения......................................................................................162

Введение

Актуальность.

В настоящее время на предприятиях наблюдается быстрое изменение параметров внешней среды в связи с жесткой конкуренцией. Это приводит к увеличению объемов и скорости распространения информации. В таких условиях управление промышленным предприятием требует сокращения времени принятия управленческих решений [30,51,65,92].

Основным инструментом ускорения процесса принятия решений являются построение и внедрение оптимальной системы управления промышленным предприятием (СУПП) [7,13,48,108,120,125]. При этом система управления качеством предприятия, построенная в соответствии с требованиями стандартов серии ИСО 9000, выступает как определяющий компонент СУПП [157]. Поэтому ИТ-службы сталкиваются с требованиями руководства предприятия о своевременном и оперативном представлении информации.

Повышение эффективности работы ИТ-службы предприятия зависит от производительности применяемой системы управления.

Именно высокая производительность системы приводит к сокращению времени формирования и выполнения пользовательских запросов для поиска необходимой информации для принятия управленческих решений.

Сокращение времени поиска невозможно без применения современных моделей, позволяющих учитывать не только состав и свойства элементов системы, но и характеристики и особенности связей между ними. Одной из таких моделей является модель, основанная на графах [22,33,145,158,163].

Ориентированные графы (орграфы) моделируют поток информации через граф-модель, используя импульсную модель, согласно которой через входную вершину граф-модели в систему поступает некоторое количество информации в виде импульса, который генерирует импульсы в соседних с

входной вершинах. При этом дуги интерпретируются как операторы, воздействующие на пересылаемые по ним импульсы. Обработка информации завершена, если процесс перемещения импульсов прекращается и на выходе системы появляется требуемая информация.

Орграф системы управления промышленным предприятием (СУПП) является отображением простых для анализа схем объектов и системных связей между ними. Поэтому граф-модель СУПП и вычисление волновых процессов на ней достаточны, чтобы достичь цели сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов.

В своей работе автор опирается на труды известных ученых, определивших методологические принципы исследования систем управления это:

1. В области системного анализа: Тарасенко Ф.П., Платонов В.Я., Анфилатов B.C., Антонов A.B., Бродецкий Г.Л., Палюх Б.В. и др.

2. В области повышения эффективности управления: Крылов Э.И., Исаев Д.В., Духонин Е.Ю., Ильенкова С.Д., Миронов В.А. и др.

3. В области исследования систем на основе прикладной теории графов: Лежнев A.B., Коротков В.Г., Асанов М.О., Касьянов В.Н., Аляев Ю.А. и др.

Целью работы является повышение производительности системы управления промышленным предприятием путем сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов.

Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие научные задачи:

1. Разработать модели отображения объектов и связей СУПП с учетом правил ее функционирования при обработке информации.

2. Разработать методику повышения производительности СУПП путем существенного сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов поиска и визуализации информации для принятия решений.

3. Провести анализ эффективности решения задачи сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов к СУПП.

Объектом исследования работы являются системы управления промышленным предприятием (СУПП).

Предметом исследования работы являются методы формализации СУПП, графовые структуры и алгоритмы анализа и синтеза СУПП.

Методы исследования. Полученные автором результаты базируются на методах системного анализа, методологиях концептуального, логического и физического описания системы управления промышленным предприятием.

На защиту выносятся:

1. Методика формализованного описания задач сокращения времени формирования и выполнения пользовательских запросов к СУПП.

2. Методика быстрого формирования и выполнения пользовательских запросов для поиска и визуализации необходимой информации для принятия решений.

Научная новизна. Научная новизна данной диссертационной работы состоит в следующем:

1. Предложен метод применения графовой модели СУПП для соблюдения закономерностей функционирования системы при обработке информации.

2. Предложены методы и модели повышения производительности системы управления промышленным предприятием, на основе которых разработана программа быстрого формирования и выполнения пользовательских запросов для поиска и визуализации необходимой информации для принятия решений.

Практическая ценность работы заключается в существенном сокращении времени формирования и выполнения пользовательских запросов к СУПП для поиска и визуализации необходимой информации для принятия управленческих решений.

Апробация работы. Положения диссертации и результаты исследований докладывались на: V Всероссийской научно-практической конференции «Стратегическое управление предприятиями, организациями и регионами» в 2011 году; международной летней школе-семинар по искусственному интеллекту для студентов, аспирантов и молодых ученых «Интеллектуальные системы и технологии: современное состояние и перспективы» в 2011 году; международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии" в 2011 году; IV Международной научно-практической конференции «Повышение управленческого, экономического, социального и инновационно-технического потенциала предприятий, отраслей и народно-хозяйственных комплексов» в 2012 году.

Публикации. Список публикаций по теме диссертации содержит 9 работ, в том числе 1 статья в рецензируемом издании из перечня ВАК, 6 статей и материалов научно-практических конференций, 2 статьи в научных журналах.

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 144 страницах, списка использованных источников из 169 наименований и 8 приложений.

Глава 1. Современное состояние вопроса использования СУПП в процессе управления промышленным предприятием

В настоящее время практически во всех промышленных предприятиях для повышения эффективности их работы внедряются СУПП. Одним из важнейших показателей повышения эффективности работы предприятия от внедрения СУПП является существенное сокращение времени поиска и получения информации для принятия решений. Тенденции XXI века показывают, что достижение этой цели возможно путем применения методов системного анализа [16,28,31,59,64,76,77,78,84,101,105,107] для исследования и создания СУПП с целью максимального приближения сотрудников предприятия к выполнению их основной функции: принятие решений [141].

В последнее время наблюдается тенденция обсуждения свойств, которыми должны обладать СУПП, не проектировщиками, программистами или техническими специалистами, а аналитиками, что приводит к увеличению роли системного анализа в исследовании и создании этих систем [109,110,111,114,125,131,134,137,142,153,159,167,169].

В связи с этим необходимо провести анализ промышленных отраслей для создания СУПП с повышенной производительностью. Задача исследования промышленных отраслей упрощается на основе их классификации.

Промышленные отрасли, обладающие одинаковыми свойствами, объединяются в однородные классификационные группировки. Классификационные группировки, расположенные в определенной последовательности, создают систему классификации. На первом этапе образуются классификационные группировки, а на последующих этапах они подразделяются на более мелкие. Этот процесс продолжается до достаточной степени конкретизации промышленных отраслей для выделения отрасли, в которую входит каждое промышленное предприятие.

1.1. Классификация промышленных отраслей

Самый распространенный подход классификации отраслей промышленности разделяет все промышленные отрасли на две большие группы: А — отрасли, производящие средства производства; и Б — отрасли, производящие предметы потребления. Основной недостаток этой классификации — отсутствие описания промышленных предприятий, входящих в ту или иную группу.

Другой подход к классификации отраслей промышленности предлагается департаментом по экономическим и социальным вопросам при ООН [89]. Эта классификация описана подробно: представлены обзор всех критериев, используемых для ее разработки, уровни и описание соответствующих промышленных предприятий. Единственный недостаток данной классификации — отсутствие структурной классификационной схемы. Поэтому в рамках данной диссертации после анализа существующих вариантов классификации предлагается аналитическая классификационная схема, упрощающая анализ промышленной системы.

Структура классификационной схемы представляет собой иерархическую модель данных [29]. Поскольку иерархическая модель данных является частью реляционной модели, появляется возможность проектирования подсистемы сбора, хранения и обработки информации [83,102,103,128] о классификации промышленных отраслей в соответствии с классификационной схемой (рисунок 1.1.1). Это позволяет не только выделить промышленные отрасли [8,71,89], но и соответствующие предприятия. В рамках настоящей диссертационной работы разрабатывается справочник предприятий с указанием соответствующих отраслей промышленности (на примере республики Бурунди).

Промышленные отрасли

Раздел С: Горнодобывающая промышленность и разработка карьеров

Раздел 0 Обрабатывающая промышленность

Подр аздел №10

Подр аздел №14

Группа №101

Группа №103

Ч>'

Подгру л па

№1010

Раздел Е Электроэнергия, газ и водоснабжение

Подр аздел №15

Группа №141

Ч>

Подгру ппа

№1030

Подр аздел №37

Группа №142

Подгру ппа

№1410

Подгру ппа

№1421

->

Подгру ппа

№1422

Подгру

ппа

№1423

Подгру ппа

№1511

Подгру "И ппа №1551

Подгру 4+ ппа №1514

I *

Группа Группа Группа

№151 №155 №371

Подр Подр

аздел аздел

№40 №41

Группа №372

4>

Подгру пла

№3710

Группа №401

Ч>

Подгру ппа

№3720

Группа №403

Подгру лпа

№4010

Группа №410

Ц-

Подгр уппа

№4030

Подгру ппа

№4100

Подгру ппа

№1554

Рисунок 1.1.1. Обобщенная структурная схема классификации промышленных отраслей

Классификационная структура отраслей промышленности показывает, что один раздел промышленности состоит из нескольких подразделов. Несколько выделенных групп предприятий по степени сходства производственных единиц формируют подраздел промышленности, а группа состоит из нескольких подгрупп. Описание специфики классификации промышленных отраслей требует разработки модели "сущность-связь" [29,108]. Сущностям соответствуют элементы классификации, связям — типы иерархической принадлежности, атрибутам — описательные характеристики.

Разделы промышленности идентифицируются строчными латинскими буквами; подразделы, группы и подгруппы — порядковыми номерами.

Основные критерии, используемые при выделении подразделов и групп, связаны с характерными особенностями деятельности производственных единиц, определяющими степень сходства структуры таких единиц и некоторые хозяйственные взаимосвязи. Учитывались следующие основные аспекты деятельности: характер производимых товаров и услуг; виды использования товаров и услуг; сводимые материалы, производственный процесс и технология производства.

Критерии, касающиеся хозяйственных субъектов, а также видов хозяйственных операций (например, промежуточное и конечное потребление, накопление и т. д.), подкрепляют критерии, касающиеся стадий производства продукции и удовлетворяемых этой продукцией потребностей.

Применение таких критериев при выделении подразделов и групп значительно повышает значимость классификации при проведении разграничений между производственными единицами с учетом спроса и рынков сбыта их продукции, а также при выявлении связей между самими производственными единицами и между производственными единицами и другими секторами экономики. Кроме того, эти критерии применялись для ранжирования подгрупп в группах и групп в подразделах. Это позволило упорядочить иерархическую структуру данных.

При определении подгрупп решающее значение имели критерии, касающиеся порядка группировки видов деятельности в рамках промышленных предприятий и их распределения между ними. Подгруппы определены с учетом необходимости максимально возможного соблюдения следующих двух условий:

а) на производство данной категории товаров и услуг, которая

характеризует определенную подгруппу, приходится основная доля

продукции, выпускаемой включенными в эту подгруппу единицами;

Ь) данная подгруппа включает те единицы, которые производят основную часть категории товаров и услуг, характеризующих эту подгруппу. Выполнение первого условия делает возможной однозначную и ясную классификацию промышленных предприятий по видам хозя