автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка автоматизированного мониторинга производственных затрат в системе поддержки принятия решений

;Ь 0&

. ц &В

На правах рукописи

ЛЯУКИНА МАРИНА ВИКТОРОВНА ^ Ио^

РАЗРАБОТКА

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО МОНИТОРИНГА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ЗАТРАТ В СИСТЕМЕ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических

процессов и производств

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1998

Работа выполнена в Московском государственном институте электронной техники (техническом университете)

кандидат технических наук, доцент Корнилов Р.В.

доктор технических наук, профессор Бондаревский A.C.,

кандидат технических наук, доцент Тарновский Л.Б.

ОАО "Элакс"

Защита диссертации состоится _" _ 1998 года

в _ часов _ минут на заседании диссертационного совета

Д.053.02.04 Московского государственного института электронной техники (технического университета) по адресу: 103498, Москва, К-498, МИЭТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ (ТУ).

Автореферат разослан "_" _ 1998 года.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

Ученый секретарь

диссертационного совета Д.053.02.04 доктор технических наук, профессор

А.И.Погалов

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Задачу организации эффективного^ рентабельного производства невозможно решить без осуществления информационной поддержки процессов принятия руководящих, конструкторских и технологических решений.

Процедуры подготовки информации для принятия решения занимают существенное место в работе предприятия независимо от его профиля. Ряд людей решают одинаковые задачи, выполняя рутинную работу по подготовке документов, печатДнис и редактированию текстов, организации коммуникации лиц, принимающих решения. Поэтому автоматизация организационного'управления в значительной степени означает автоматизацию информационной деятельности.

Одна из важнейших проблем, стоящих перед руководителями и специалистами предприятий (фирм), выпускающих сложные Технические изделия, - определение затрат, необходимых для выпуска товаров, как производимых, так и разрабатываемых. Обеспечен** мониторинга затрат дает возможность связать процесс»' разработки, изделия и расчета его себестоимости»

Современный рынок программ изобилует разнообразными средствами автоматизации административной и инженерной4 деятельности. Их можно разделить на две группы: широкого назначения, охватывающие существенную часть производственного процесса, и узкоспециальные. Программные средства автоматизации управления производством широкого назначения, как правило, очень громоздки и требуют ввода большого объема точной информации, которой зачастую нет. К тому же, большинство этих программ - импортные (или выполнены на их основе), то есть они не учитывают российскую специфику и очень! дороги.

Узкоспециализированные программы гораздо дешевле, проще в эксплуатации. Но каждая из них решает какую-либо конкретную задачу - ведение бухгалтерской отчетности, учет материальных ценностей на складе и т.п. Будучи разработаны независимо, они используются каждая на своем участке и не взаимодействуют между собой. Обмен информацией между отдельными системами через бумажные носители - медленный и громоздкий, приводит к ошибкам и нарушению информационного порядка. Использование изолированных средств для решения отдельных задач не дает целостной картины производственного процесса. Организация автоматизированного обмена информацией, четкого контроля за тем, чтобы возникающие изменения одновременно отслеживались всеми программами, требует создания дополнительных средств взаимодействия, организации вычислительного процесса.

Таким образом, задача разработки методики, математического аппарата и создания компактной системы, позволяющей автоматизировать вычисление затрат по всему производственному процессу, накапливать и предоставлять в требуемом виде информацию, вырабатывать рекомендации по ряду административных и. технических задач на основе единой базы знаний и в условиях недостаточности или недостоверности данных является актуальной.

Цель работы. Целью диссертационной работы является разработка системы поддержки принятия решений (СППР), обеспечивающей мониторинг производственных затрат и выполняющей следующие функции:

- вычисление производственных затрат, необходимых для выпуска изделий на всех стадиях их разработки и производства;

- информационное обслуживание администрации и специалистов предприятия, направленное на создание и поддержание информационного порядка;

- выработка рекомендаций по принятию типовых решений на разных стадиях проектирования изделий и организации иу производства.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

- разработать модель формирования производственных затрат (независимую от типов изделия и производства), позволяющую вычислять и анализировать производственные затраты;

- разработать алгоритмы вычисления затрат на разных стадиях разработки изделия и его производства в соответствии с действующими инструкциями;, .

- разработать математический аппарат представления и обработки нечетких знаний специалистов, позволяющий получать рекомендации и оценку эффективности различных Технических и организационных решений;

- разработать'алгоритмы моделирования и пкя'е?жи принятия решений управленчески}«, конструкторским, технологическим персоналом в различных типичных ситуациях;

- реализовать основные положения работы путем создания баз данных, баз знаний и программных средств автоматизации вычисления затрат;

- разработать программу испытаний и провести практические испытания работы программ.

Методы исследования. В работе использованы методы анализа и моделирования систем (Structured Analysis and Design Technique.- SADT), теория графов, метод индукции, аппарат правдоподобных рассуждений, теория нечетких множеств, методы объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна работы. Новыми результатами являются и на защиту выносятся:

1. Методика создания обобщенной информационной модели производственных затрат, включающей в себя модель изделия, модель основного технологического процесса, модель общехозяйственных расходов и затрат на организацию производства. Данные модели обеспечивают системный подход к определению и многостороннему анализу затрат на производимые или разрабатываемые Изделия.

2. Алгоритмы вычисления затрат на производство изделия и его себестоимости, обеспечивающие вычисление стоимости отдельных узлов и деталей, а так же определение структуры затрат на разных стадиях разработки и производства изделий.

3. Аппарат представлений и обработки знаний специалистов (экспертных оценок),, изложенных в неформализованном виде; выработки коллегиальных суждений с учетом уверенности и рейтинга каждого эксперта.;

4. Алгоритмы поддержки принятия типовых восходящих (от предпосылок к заключениям) и нисходящих (от заключений к предпосылкам) управленческих решений.

Практическая ценность работы. Разработана информационная модель формирования затрат в производстве, позволяющая осуществить интеграцию процессов конструкторского и технологического проектирования изделия с его экономическим анализом,

а также подготовку информации для принятия оргакизационно-управленческих решений. Созданы программные средства, обеспечивающие моделирование изделия, технологического процесса и общехозяйственных затрат, а также вычисление себестоимости продукции и формирование выходных документов. ^

Реализация научно-технических результатов работы. Теоретические и практические результаты работы использованы:

- на заводе АО "Элион" при выполнении НИР по договору »10/14 от 5.5.92 "Информационная система экономической службы произбодства бытовой аппаратуры магнитной записи"

(шифр "МАГ-1")

- на кафедре САУиК МИЭТ (ТУ) при проведении лабораторных работ по курсу "Конструирование.электронных устройств автоматики" с использованием "Комплекта программ для расчет« маломощных силовых трансформаторов" с 1.09.95;

- при создании "Информационной системы мониторинга производственных затрат" (1997) и "Информационной системы аяя . расчета накладных расходов" (1998) для завода ОАО "Злаке".

Получено 'три свидетельства об официальной..регистрации программ для ЭВМ в РОСАПО.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на межвузовских научно-технических конференциях МИЭТ (ТУ): "Микроэлектроника и информатика - 96" (1996), "Микроэлектроника и информатика - 97" (1997), "Микроэлектроника и информатика - 98" (1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, список которых приводится в конце автореферата, и 5 отчетов по НИР.'

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Общий объем составляет 194 стр., содержащих 44 рисунков и 1 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, указано место и область применения работы.

В первой главе на основе обзора современных тенденций развития производства и состояния его информационного обслуживания по материалам отечественных и зарубежных публикаций □оказана необходимость и техническая возможность создания информационной системы поддержки принятия решений (СППР), обеспечивающей мониторинг производственных затрат. СППР должна обслуживать различные подразделения предприятия (фирмы) и обладать пользовательским интерфейсом, предоставляющим человеку возможность удобного общения с компьютером на языке, приближенном к естественному. Выделена область применения СППР и поставлены задачи, которые решены в последующих главах. - ' ,

.Вторая глава посвящена методике создания информационной модели производственных затрат и алгоритмов вычисления себестоимости изделий. Проведен анализ типов производства с точки 'зрения его организации, ориентированной на то или иное изделие. Даны определения "открытого" и "закрытого" производства, позволяющие сформулировать два подхода к его моделированию. На основе анализа предложено за основу моделирования брать изделие, рассматривая при этом производство как виртуальное. Показано, что предложенный подход не ограничен типом

производства. Сформулированы требования к моделям изделия, технологического процесса (ТП) и организации производства. Предложена методика создания этих трех моделей, составляющих обобщенную модель производства. Показано, что единство информации обеспечивается за счет взаимодействия трех моделей и их работы на основе общих баз данных. Даны описания моделей и методы расчета себестоимости изделий. Показана необходимость одновременного присутствия в модели нескольких возможных вариантов изделия и способов его производства.

Предложена методика создания модели изделия, основанная на анализе структуры изделия. Описание кодели представлено в виде многоуровневого графа-дерева. В модели предусмотрено одновременное существование нескольких вариантов как кон- . струкции изделия, так и способов его получения,*что отражает ' динамику производственного процесса. Даны определения базового и "теневого" вариантов конструкции. В графическом изображении модели наряду с элементами "И" использованы элементы "ИЛИ". Это позволяет представлять два и более варианта конструкции изделия в виде одного дерева. Вершина "ИЛИ" не является элементом конструкции. В ней сходятся дуги, идущие от разных вариантов узла (детали и т.п.). Вершина "ИЛИ" выполняет роль ключа, открывающего путь к вышестоящему элементу конструкции одному из возможных вариантов исполнения нижестоящего элемента конструкции (базовому на текущий момент).

Предложенная модель конструкция изделия служит основой для реализации одного из подходов к вычислению себестоимости продукта (изделия), что соответствует "Инструкции по

планированию затрат на производство, калькулированию

себестоимости продукции и расчету прибыли":

Кох •( £ з'ур ■ пур+ X • + X зи • ли + зго), р-1*р <1=1+0 ч=1+а

где: Р'- количество разных входящих узлов,

я' у ~ затраты на производство р-ого входящего узла без

общехозяйственных,

пу - количество р-ых входящих узлов,

О - количество разных входящих деталей,

э' - затраты на производство с?-ой входящей детали без

общехозяйственных,

количество <3-ых входящих деталей,

на

0 - количество наименований входящих покупных изделий, 3Ид~ стоимость д-ого входящего покупного изделия,

- количество д-ых входящих покупных изделий,

Кох - нормативные отчисления на организационные, и общехозяйственные затраты;

зто ~ затраты на выполнение ТО, формирующей узел.

Предложена модель основного технологического процесса (ТП), представляющая собой набор технологических операций (ТО), упорядоченный в соответствии с моделью изделия. Модель ТП описывает возможные варианты изготовления продукта в предложенной ситуации (наличие оборудования, ресурсов и т.п.)- Наличие модели основного ТП позволяет реализовать другой подход к вычислению себестоимости изделия - по статьям

затрат и по месту их возникновения:

. 5п « Кок ■( £ 3'0£ + X Зид ■ Пия > ' 1=1+1 ч = 1 + <2 где: - затраты на выполнение 1-ой операции,

1 - количество операций в ТП,

£> - количество наименований входящих покупных изделий,

з„ - стоимость д-ого покупного изделия, входящего в продукт,'

пи - количество «7-ых входящих покупных изделии.

Для вычисления и определения доли общехозяйственных,. общезаводских, организационных и прочих затрат предложена модель общехозяйственных затрат и расходов на организацию производства. Особенностью этой модели является возможность не только вычислять и учитывать общехозяйственные затраты, ко и определять их распределение по видам выпускаемой продукции и по подразделениям, а также выявлять неоправданные расходы.

На основе предложенных моделей разработаны алгоритмы вычисления себестоимости продукта по конструктивным элементам, входящим в его состав, и по статьям затрат, возникающих в процессе производства.

В качестве примера использования предложенной методики и создания модели формирования затрат рассмотрено производство трансформатора (как узла и как продукта). На этом примере продемонстрированы особенности применения методики и показана ее эффективность. Представлены главная и "теневые" модификации конструкции, показана их связь с технологическим процессом и организацией производства. Даны графические изображения структуры изделия и ТП. Приведены формулы расчета стоимости трансформатора.

\ В третьей главе рассмотрены особенности интеллектуальной деятельности человека, направленной на разработку продукции и организацию ее выпуска. Сформулированы требования к средствам представления и обработки информации в СППР и обоснован аппарат принятия решений.

Предложена методика формализации записи инженерных и управленческих задач по аналогии с правдоподобными, рассуждениями, используемыми в математике для получения

решений методом индукции. Такая методика оказалась эффективной при:

- формализации знаний, представленных в виде рассуждений;

-'■ описании процесса приняти инженерных и административных

решений;

- создании аппарата выработки рекомендаций, основанных на суждениях.

Проанализированы системные, информационные и лингвистические источники неопределенности данных, используемых при . принятии решений в административной и инженерной деятельности. Показано, что их влияние приводит к необходимости использования понятий нечеткости или размытости данных. Это служит обоснованием выбора теории нечетких множеств в качестве математического аппарата принятия решений. Математический аппарат нечетких множеств позволяет разработать методику и алгоритмы использования экспертных оценок при принятии решений, в том числе коллегиальных-. Как правило, субъективные экспертные оценки вырабатываются сотрудниками предприятия, имеющими разные точки зрения на решение задачи и не всегда общие цели, поэтому возникает проблема компьютерного обслуживания процесса принятия коллегиальных решений. Необходимо учитывать, что эксперты могут иметь совпадающие мнения, обладать разной квалификацией (рейтингом), изменять свой рейтинг в зависимости от накапливаемого опыта или изменения статуса на разных стадиях жизни изделия. Для обслуживания процесса принятия коллегиальных решений введены понятия "объемных" и "плотных" функций принадлежности. Дано их определение, математическое описание и графическое представ-

ление,' Показано, что операции над нечеткими множествами с "объемными" или "плотными" функциями принадлежности несколько отличаются от операций над традиционными нечеткими множествами, а именно: не выполняется закон идемпотенции. Для дефадзификации нечетких множеств с "объемными" или "плотными" функциями принадлежности использована координата центра тяжести. Показано, что несмотря на разницу в графическом представлении, "объемная" и "плотная" функции принадлежности при расчетах дают одинаковый результат.! Использование "объемных" и "плотных" функций принадлежности позволяет учитывать совпадение мнений экспертов, уверенность эксперта в своих знаниях и его рейтинг.

Проблемы, возникающие в процессах проектирования изделий, организации производства многочисленны и разнообразны, поэтому невозможно предусмотреть в системе отдельные пути решения каждой из них. Необходимо по возможности найти общие принципы, -которые можно было бы применять, отвлекаясь от специфики конкретной предметной области. При работе с СППР адаптация-общего метода решения к конкретной проблеме должна проходить на уровне смыслового содержания входных и выходных данных и их оценки. С этой целью рассмотрены и сгруппированы типовые задачи. Дано математическое описание процессов принятия восходящих (от предпосылок к заключениям) и нисходящих (от заключений к предпосылкам) решений. Предложено два подхода к принятию нисходящего решения в зависимости от трактовки выходных условий - абсолютный (выбор варианта решения, все характеристики которого не хуже заданных) и -паллиативный (выбор варианта решения с лучшими показателями

и

по наиболее значимым критериям). Предложена целевая функция, позволяющая найти паллиативное нисходящее решение. Показано, что оба метода принятия реиений, дают близкие по значению результаты, отличающиеся смысловыми оттенками.

Установленная аналогия между математическим методом индукций и описанием процессов принятия решений в инженерной и административной деятельности позволила применить метод индукции для создания аппарата выработки рекомендаций, основанных на суждениях. На основании описанных методов разработаны алгоритмы выработки рекомендаций по принятию административных и инженерных решений, связанных с затратами на"производство продукции. Предложенные алгоритмы обеспечивают выработку компьютерной системой рекомендаций с использованием. нечетких знаний и приближают автоматизированный процесс принятия решений к процессу человеческого мышления.

В четвертой главе описана структура Системы поддержки принятия решений (СППР), обеспечивающей автоматизированный мониторинг производственных затрат. Указано, что СППР - это комплекс программ, баз данных и вычислительных средств, осуществляющих информационное обслуживание процессов выработки и принятия решений, связанных с выбором пакета выпускаемой продукции, поиском наиболее выгодных конструкторских,. технологических и организационных мер. СППР предназначена для широкого круга сотрудников предприятия, решающих разные задачи, имеющих свои ограничения доступа к служебной информации и обладающих разным уровнем компьютерной грамотности. Приведены требования к подготовке пользователей системы и описаны пра-

вила распределения доступа сотрудников предприятия к информации и функциям системы.

Обоснована стратегия разработки, проведения испытаний и ввода в эксплуатацию системы поэтапно, функциональными . блоками, предназначенными для решения отдельных задач, с последующим объединением их в единое целое. Обоснован выбор' блоков для проведения испытаний. Описаны блоки: "Информационная система экономической службы производства аппаратуры", "Комплект программ для расчета маломощных силовых трансформаторов", "Информационная система мониторинга производственных затрат", "Информационная система для расчета накладных расходов". Указаны выполняемые ими функции, источники информации, языки программирования и необходимый уровень компьютеров. Приведены в качестве иллюстраций примеры экранных диалоговых окон. Описаны условия и результаты испытания и применения программных' средств.

В приложении приведены копии документов о регистрации программ, проведении испытаний и внедрении результатов работы.-

Основные результаты работы.

.1.Разработана методика построения информационной обобщенной модели производственных затрат для виртуального производства, в которой предложено за основу моделирования брать изделие. Показано, что данный подход универсален и не ограничен "открытым" или "закрытым" (с точки зрения организации) типом производства.

2.Разработана методика построения трех моделей, составляющих вместе обобщенную модель.. Показана необходимость одновременного присутствия в моделях нескольких возможных

вариантов изделия и способов его производства. Введены понятия базовой модификации изделия и ее "теней". Определено, что методика и модели применимы к сложным техническим изделиям (аппаратуре, приборам), Ъолученным в результате сборки и состав которых изображен в виде графа-дерева.

3.Разработаны алгоритмы расчета себестоимости продукта по конструктивным, элементам и по статьям затрат. Предложенные алгоритмы обеспечивают вычисление стоимости отдельных узлов и деталей, а так же определение структуры затрат на разных стадиях разработки и производства изделий.

4.Обоснована и разработана методика, устанавливающая аналогию между- методом индукций и моделированием процессов поддержки принятия решений в инженерной и административной деятельности. Предложено использование метода индукции для формализации знаний и создания аппарата выработки рекомендаций, основанных на суждениях.

5.Проведен анализ источников нечеткости информации, используемой при решении производственных задач. Показана необходимость работы с неформализованными данными, что естественно в условиях неполной или не вполне достоверной информации. Это позволило обосновать выбор теории нечетких множеств в качестве математического аппарата поддержки принятия коллегиальных решений, а также для описания данных, полученных в виде экспертных оценок.

6.Впервые предложено использование "объемных" и "плотных" функций принадлежности, определены их свойства и особенности применения. Показано, что это позволяет вырабатывать коллеги-

альное решение с учетом повторяемости значений экспертных оценок, уверенности экспертов'в своих знаниях и их рейтинга.

7.Разработаны алгоритмы выработки рекомендаций при компьютерной поддержке принятия административных и инженерных решений. Предложенные алгоритмы обеспечивают выработку системой рекомендаций на основании нечетких знаний и приближают автоматизированный процесс принятия решений к процессу человеческого мышления, что упрощает процесс, общения человека с вычислительной техникой и повышает эффективность этого общения.

8.Разработана функциональная схема системы поддержки принятия решений. Создана программная реализация следующих блоков СППР:

- "Информационная система экономической службы производства аппаратуры"; . •

. - "Комплект программ для расчета маломощных силовых. трансформаторов";

- "Информационная система для расчета накладных расходов"

- "Информационная система мониторинга производственных затрат".

Проведены испытания работоспособности "Информационной системы для расчета накладных расходов"", внедрены "Информационная система экономической службы производства аппаратуры" и "Комплект программ для расчета маломощных силовых трансформаторов". В результате испытаний и эксплуатации установлено, что блоки выполняют заложенные, в них функции.

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены в следующих публикациях:

1.Кузнецов М.Н., Ляукина М.В., Ткачева В.Н. Опыт внедрения системы имитационного моделирования для проектирования гибких производственных систем./ Материалы Научно-технической конференции "Опыт и перспективы развития ГПС в приборостроении и микроэлектронике". - М., МИЭТ, 1986.

2.Ляукина М.В., Скоков В.В., Корнилов Р.В. Анализ эффективности труда проектировщика гибких производственных систем при использовании СИРТАК./ Сб. научных трудов МИЭТ. -М., МИЭТ, 1987. '

3.Ляукина М.В.., Корнилов Р.В. Алгоритмы сокращения потерь в ГПС с обобщенным процессом обслуживания./ Сб. научных трудов МИЭТ. И., МИЭТ, 1988.

4.Ляукина М.В., Спиридонова И.Д. Автоматизированное планирование работы цеха по производству СБИС на заданный календарный период./ Сб. научных трудов МИЭТ. - М., МИЭТ, 1990. . •

5.Ляукина М.В., Короткова Т^Л; Информационное обслуживание управления предприятием в нестабильных условиях / Межвузовская научно-техническая конференция "Микроэлектроника к информатика - 96". - М.,:МИЭТ (ТУ), 1996.

6.Ляукина М.В. Требования к организации работы'пользователей с информационной системой /Межвузовская научно-техническая конференция "Микроэлектроника и информатика -97". - М., МИЭТ, 1997. •

7.Ляукина М.В. Применение нечетких множеств для экспертных Оценок./ Межвузовская научно-техническая конференция

"Микроэлектроника и информатика - .98". - М., МИЭТ (ТУ), .1998.

8.Ляукина М.В., Воинов П.А., Корнилов Р.В. Мониторинг производственных затрат. - М., "Приборы и системы управления", 1998, № 4.

9.Ляукина М.В. Модели виртуального производства. / Научные основы разработки новых технологий и технологического оборудования производства СБИС: Сборник научных трудов. - М., МИЭТ (ТУ), 1998.

10.Свидетельство »980429 от 14.07.98 об официальной • регистрации программы для ЭВМ "Информационная система экономической службы производства аппаратуры", авторы Ляукина М.В., Николаев В.Т, Листопадова Ю.И., правообладатель МИЭТ (ТУ). - РОСАЛО, 1998. -

11.Свидетельство »980430 от 14.07.98 об официальной . регистрации программы для ЭВМ "Комплект программ для расчета маломощных силовых трансформаторов", авторы' Николаев В.Т, Ляукина М.В., правообладатель МИЭТ (ТУ). - РОСАПО, 1998.

12.Свидетельство №980431 от 14.07.98 об официальной регистрации программы для ЭВМ "Информационная система мониторинга производственных затрат",. авторы Воинов П.А., Дементьев A.B., Ляукина М.В., правообладатель МИЭТ (ТУ). -РОСАПО, 1998.

г п П/

У '--У

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Разработка

автоматизированного мониторинга производственных затрат в системе поддержки принятия решений

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологических

процессов и производств

На правах рукописи

Ляукина Марина Викторовна

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель

к.т.н., доцент

Корнилов Р.В.

Москва 1998

Содержание

Стр.

Введение .................................................. 5

Глава 1. Обзор современного развития информационного обслуживания процессов принятия решений на промышленном предприятии. .............................................. 14

1.1. Тенденции развития организации производства........ 15

1.2. Информационное обслуживание процессов принятия административных и инженерных решений................... 21

1.3. Постановка задачи.................................. 30

Глава 2. Методика построения обобщенной модели затрат на

производство сложных технических изделий....................................34

2.1. Объект моделирования..............................................................36

2.1.1. Два подхода к построению моделей изделия и

производственной базы...........................................................38

2.2. Аппарат представления моделей............................................43

2.3. Модель изделия..........................................................................44

2.3.1. Построение "И-ИЛИ" обобщенного графа конструкции изделия................................... 47

2.3.2. Декомпозиция графа-дерев а...................... 49

2.3.3. Вычисление затрат на производство изделия

по конструктивным элементам. .......................... 53

2.4. Модель основного технологического процесса......... 57

2.4.1. Вычисление затрат на производство изделия

по технологическим операциям.......................... 58

2.5. Модель организации производства и формирования общехозяйственных затрат................................ 61

2.6. Взаимодействие моделей..........................................................65

2.7. Последовательность создания модели

производственных затрат...................-..........................68

2.8. Модель изготовления трансформатора..................................72

2.9. Выводы..........................................................................................77

Глава 3. Разработка методов принятия решений в СПП1?....... 79

3.1. Особенности интеллектуальной деятельности

человека................................................ 81

3.2. Обоснование аппарата принятия решений в СШТР....... 83

3.2.1. Применение метода индукции для описания процесса принятия решений............................. 83

3.2.2. Источники нечеткости информации................ 94

3.2.2.1. Системные источники нечеткости............. 94

3.2.2.2. Информационные источники нечеткости........ 95

3.2.2.3. Лингвистические источники нечеткости....... 96

3.3. Математическое описание (формализация)

экспертных оценок....................................... 97

3.3.1. Нечеткие параметры............................. 97

3.3.1.1. Дефадзификация нечетких параметров........ 100

3.3.2. Объемные и плотные функции принадлежности..... 104

3.3.2.1. Объемные функции принадлежности........... 105

3.3.2.2. Плотные функции принадлежности............ 108

3.3.2.3. Дефадзификация нечетких множеств с объемными или плоскими функциями принадлежности.... 111

3.3.2.4. Учет уверенности экспертов................ 113

3.3.2.5. Учет рейтинга (значимости) экспертов...... 118

3.3.2.6. Достоверность искомого значения........... 122

3.4. Типовые задачи и алгоритмы их решения............. 125

3.4.1. Нечеткие восходящие выводы (от предпосылок

к заключениям)....................................... 127

3.4.2. Нисходящие выводы (от заключений

к предпосылкам)...................................... 133

3.4.2.1. Абсолютное (полное) решение............... 135

3.4.2.2. Паллиативное (компромиссное) решение...... 139

3.5. Выводы. . .......................................... 146

Глава 4. Программная реализация и испытание автономной работы блоков системы.................................... 147

4.1. Организация работы пользователей с

информационной системой. . .............................. 149

4.2. Выбор блоков для реализации и испытаний,.......... 151

4.3. "Информационная система экономической службы производства аппаратуры"............................... 155

4.4. "Комплект программ для расчета маломощных

силовых трансформаторов"............................... 158

4.5. "Информационная система для расчета накладных расходов".............................................. 163

4.6. "Информационная система мониторинга

производственных затрат"............................... 167

4.7. Выводы.................................................177

Заключение. Основные результаты работы................... 179

Список использованной литературы......................... 181

Приложения

18 6

Введение

Задачу организации рентабельного производства невозможно решить без осуществления автоматизированной информационной поддержки процессов принятия административных и инженерных решений. Увеличение объема информации, поступающей в органы управления и непосредственно к руководителям предприятий и служб, усложнение решаемых задач, необходимость учета большого числа взаимосвязанных факторов, быстро меняющаяся обстановка требуют использования вычислительной техники в процессе принятия решений. В связи с этим возник новый класс систем - системы поддержки принятия решений (СППР).

Задача разработки системы поддержки принятия решений, обеспечивающей мониторинг производственных затрат, возникает в связи с необходимостью совмещения во времени процессов принятия конструкторских, технологических, организационных решений и анализа возможных экономических последствий этих решений. Раздельное рассмотрение конструкции, технологии и затрат приводит к тому, что попытка решить проблемы в одной области усугубляет проблемы в другой области. Например, попытка удешевить один элемент продукта может привести к удорожанию другого элемента. Для решения этого противоречия необходимы инструменты информационной поддержки принятия решений и прогнозирования их результатов.

Современный рынок программ изобилует разнообразными средствами автоматизации административной и инженерной деятельности. Их можно разделить на две группы: широкого назначения, охватывающие существенную часть производственного процесса, и узкоспециальные. Программные средства

автоматизации управления производством широкого назначения, как правило, очень громоздки и требуют ввода большого объема достоверной информации, которая зачастую отсутствует. К тому же, большинство этих программ - импортные (или выполнены на их основе), то есть они не учитывают российскую специфику и очень дороги. Узкоспециализированные программы гораздо дешевле, проще в эксплуатации. Но каждая из них решает какую-либо конкретную задачу - ведение бухгалтерской отчетности, учет материальных ценностей на складе и т.п. Будучи разработаны независимо, они используются каждая на своем участке и не взаимодействуют между собой. Обмен информацией между отдельными системами через бумажные носители требует значительных затрат времени и приводит к ошибкам, нарушению информационного порядка. Использование изолированных средств для решения отдельных задач не дает целостной картины производственного процесса. Организация автоматизированного обмена информацией, четкого контроля за тем, чтобы возникающие изменения одновременно отслеживались всеми программами, требует создания дополнительных средств взаимодействия и организации вычислительного процесса.

Таким образом, существует актуальная проблема разработки аппарата и создания компактной системы, позволяющей автоматизировать вычисление затрат по всему производственному процессу, накапливать и предоставлять в требуемом виде информацию, вырабатывать рекомендации по ряду административных и инженерных задач на основе единой базы знаний и в условиях недостаточности или недостоверности данных.

Целью диссертационной работы является разработка системы поддержки принятия решений (СППР), обеспечивающей мониторинг производственных затрат и выполняющей следующие функции:

- вычисление производственных затрат, необходимых для выпуска продукции на всех стадиях ее разработки и производства;

- информационное обслуживание администрации и специалистов предприятия, направленное на создание и поддержание информационного порядка;

- выработка рекомендаций по принятии типовых решений на разных стадиях проектирования изделий и организации их производства.

В соответствии с поставленной целью необходимо решить следующие задачи:

- разработать модель формирования производственных затрат (независимую от типов выпускаемых изделий и производства), позволяющую вычислять и анализировать производственные затраты;

- разработать алгоритмы вычисления затрат на разных стадиях разработки изделия и его производства в соответствии с действующими инструкциями;

- разработать математический аппарат представления и обработки нечетких знаний специалистов, позволяющий получать рекомендации и оценку эффективности различных технических и организационных решений;

- разработать алгоритмы моделирования и поддержки принятия решений управленческим, конструкторским, технологическим персоналом в различных типичных ситуациях;

- реализовать основные положения работы путем создания баз данных, баз знаний и программных средств автоматизации вычисления затрат;

- разработать программу испытаний и провести практические испытания работы программ.

В работе использованы методы анализа и моделирования систем (Structured Analysis and Desing Technique - SADT), теория графов, метод индукции, аппарат правдоподобных рассуждений, теория нечетких множеств, методы объектно-ориентированного программирования.

Новыми результатами являются и на защиту выносятся:

1. Методика создания обобщенной информационной модели формирования производственных затрат, включающей в себя модель изделия, модель основного технологического процесса, модель общехозяйственных расходов и затрат на организацию производства. Данные модели обеспечивают системный подход к определению и многостороннему анализу затрат на производимые или разрабатываемые изделия.

2. Алгоритмы вычисления затрат на производство изделия и его себестоимости, обеспечивающие вычисление стоимости отдельных узлов и деталей, а так же определение структуры затрат на разных стадиях разработки и производства изделий.

3. Аппарат представления и обработки знаний специалистов (экспертных оценок), изложенных в неформализованном виде; выработки коллегиальных суждений с учетом уверенности и рейтинга каждого эксперта.

4. Алгоритмы поддержки принятия типовых восходящих (от предпосылок к заключениям) и нисходящих (от заключений к предпосылкам) управленческих решений.

Практическая ценность работы заключается в следующем. Разработана информационная модель затрат производства, позволяющая осуществить интеграцию процессов конструкторского и технологического проектирования изделия с его экономическим анализом, а также подготовку информации для принятия организационно-управленческих решений. Созданы программные средства, обеспечивающие моделирование изделия, технологического процесса и общехозяйственных затрат, а также вычисление себестоимости продукции и формирование выходных документов. J

Теоретические и практические результаты работы использованы:

- на заводе АО "Элион" при выполнении НИР по договору № 10/14 от 5.5.92 "Информационная система экономической службы производства бытовой аппаратуры магнитной записи" (шифр "МАГ-1") :

- на кафедре САУиК МИЭТ (ТУ) при проведении лабораторных работ по курсу "Конструирование электронных устройств автоматики" с использованием "Комплекта программ для расчета маломощных силовых трансформаторов" с 1.09.95;

- при создании "Информационной системы мониторинга производственных затрат" (1997 г.) и "Информационной системы для расчета накладных расходов" (1998 г.) для завода ОАО "Элакс".

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на межвузовских научно-технических конференциях "Микроэлектроника и информатика - 96" (1996), "Микроэлектроника и информатика - 97" (1997), "Микроэлектроника и информатика - 98" (1998), МИЭТ (ТУ).

В первой главе диссертации на основе обзора современных тенденций развития производства и состояния его информационного обслуживания по материалам отечественных и зарубежных публикаций показана необходимость и техническая возможность создания информационной СППР, обеспечивающей мониторинг производственных затрат. СППР должна обслуживать различные подразделения предприятия и обладать пользовательским интерфейсом, предоставляющим человеку возможность удобного общения с компьютером на языке, приближенном к естественному. Выделена область применения СППР и поставлены задачи, которые решены в последующих главах.

Вторая глава посвящена методике создания информационной модели производственных затрат и алгоритмов вычисления себестоимости изделий. Проведен анализ типов производства с точки зрения его организации, связанной с тем или иным изделием. Даны определения "открытого" и "закрытого" производства. На основе анализа предложено за основу моделирования брать изделие, рассматривая при этом производство как виртуальное. Дано определение виртуального производства. Показано, что предложенный подход не ограничен типом производства. Сформулированы требования к моделям изделия, технологического процесса (ТП) и организации производства. Описаны три модели системы, составляющие обобщенную модель производства. Показано, что единство информации обеспечивается за счет взаимодействия трех моделей и их работы на основе общих баз данных. Даны описания моделей и методы расчета себестоимости изделий. Показана необходимость одновременного присутствия в модели нескольких возможных вариантов изделия и способов его

производства. На основе предложенных моделей разработаны алгоритмы вычисления себестоимости продукта по конструктивным элементам, входящим в его состав, и по статьям затрат, возникающих в процессе производства.

В третьей главе рассмотрены особенности интеллектуальной деятельности человека. Сформулированы требования к средствам представления и обработки информации в СППР и обоснован аппарат принятия решений. Предложена методика формализации записи инженерных и управленческих задач по аналогии с правдоподобными рассуждениями, используемыми в математике для получения решений методом индукции. Такая методика оказалась эффективной при:

- формализации знаний, представленных в виде рассуждений;

- описания процесса приняти инженерных и управленческих решений;

- создания аппарата выработки рекомендаций, основанных на суждениях.

Проанализированы системные, информационные и лингвистические источники неопределенности данных, используемых при принятии решений в административной и инженерной деятельности. Показано, что их влияние приводит к необходимости использования понятий нечеткости или размытости данных. Это служит обоснованием выбора теории нечетких множеств в качестве математического аппарата принятия решений. Математический аппарат нечетких множеств позволяет разработать методику и алгоритмы использования экспертных оценок при принятии решений, в том числе коллегиальных. Как правило, субъективные экспертные оценки вырабатываются сотрудниками предприятия,

имеющими разные точки зрения на решение задачи и не всегда общие цели, поэтому возникает проблема компьютерного обслуживания процесса принятия коллегиальных решений. Необходимо учитывать, что эксперты могут иметь совпадающие мнения, обладать разной квалификацией (рейтингом), изменять свой рейтинг в зависимости от накапливаемого опыта или изменения статуса на разных стадиях жизни изделия. Для обслуживания процесса принятия коллегиальных решений введены понятия "объемных" и "плотных" функций принадлежности. Дано их определение, математическое описание и графическое представление. Показано, что операции над нечеткими множествами с "объемными" или "плотными" функциями принадлежности несколько отличаются от операций над традиционными нечеткими множествами, а именно: не выполняется закон идемпотенции. Показано, что несмотря на разницу в графическом представлении, "объемная" и "плотная" функции принадлежности при расчетах дают одинаковый результат. Использование "объемных" и "плотных" функций принадлежности позволяет учитывать совпадение мнений экспертов, уверенность эксперта в своих знаниях и его рейтинг.

Рассмотрены и сгруппированы типовые задачи. Дано математическое описание процессов принятия восходящих (от предпосылок к заключениям) и нисходящих (от заключений к предпосылкам) решений. Предложено два подхода к принятию нисходящего решения в зависимости от трактовки выходных условий - абсолютный (выбор варианта решения, все характеристики которого не хуже заданных) и паллиативный (выбор варианта решения с лучшими показателями по наиболее

значимым критериям). Предложена целевая функция, позволяющая найти паллиативное нисходящее решение. Показано, что оба ме�