автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка экономико-математических методов рационального использования материально-технических ресурсов в производственных системах

с

На правах рукопноп

Водной Николай Николаевич

РАЗРАБОТКА ЗКОНОШКО-ИМЕМАТИЧЕСКНХ НЕГОДОВ РАЩЮНАЛЫЮГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ШТЕРНАЛЬВО-ТЕЖИЧИЖ!« РЕСУРСОВ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ

Специальность - 05.13.05 Автоматизированные система управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой отопри» кандидата технически* иауя

Москва - 1995

РаОота выполнена в Центральном Научно-Исследовательской проеютш-экспзршентэльном Институте по методологии, организации, экономики и автоматизации проектирования(ЦНИИпроект) и Московском 1 Государственном Строительной Университете

Научный руководитель - доктор технических наук,профессор

Чавккн A.M.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,профессор

Позняков В.В.

кандидат технических наук Зиничев Ю.А.

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский

институт экономики и управления строительством(ЦНИИЭУС)

Защита состоится

•• i9»

J 199 Г.

на заседании

диссертационного совета Д053Ч11.11 при МГСУ в часов в аудитории N 201 по адресу: Москва, ул.Трифоновская д.57, ЦМИПКС.

С диссертацией мсшю ознакомиться в библиотеке Московского Государственного.Строительного Университета.

Автореферат разослан

Но dip

'Л ' 199 St.

Ученый секретарь специализированного совета

Чулков В.О.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Развитие народного хозяйства на современном этапе требует совершенствования системы и методов управления. Причем оно должно Сыть направлено прежде Есегс на обеспечение всесторонней интенсификации произведет, и повышение его эффективности. Интенсивное развитие хозяйственных связей, их усложнение, расширение и увеличение потоков экономической информации, перерабатываемой в процессе управления, требует научной обоснованности принимаемых решений, которое может быть достигнуто лишь на основе широкого внедрения в практику планирования и управления экономико-математических методов и ЭВМ.

Принципы рыночного хозяйствования обязывают каждую производственную организации(ПО) интенсивно использовать современные методы управления с целые получения максимальной прибыли. Но это модно достигнуть только в результате активного использования методов технико-экономического планирования, организационно-технологической и информационной подготовки ПО, применения гкономи-ко-математических методов, адекватно описывающих исследуеше процессы управления. •

В условиях рыночной экономики особую значимость приобретают задачи по рациональному использованию ресурсов в производственных организациях. Решение этой проблемы невозможно достигнут* только за счет использования информационных задач и информационно-поисковых систем. Из отечественной и зарубежной практ..¡и еле-, дует, что автоматизация процессов сбора, .обработки и выдачи пот-' ребителю необходимой информации без решения расчетных оптимизационных задач позволяет повысить производительность и рентабельность производства не более чем на 5-7 X . Более существенное совершенствование производственного процесса мелет быть достигнуто в результате совместного применения информационных и расчетных оптимизационных задач по рациональному использс-нанив ресурсов .

Одной из необходимых сторон рационального управления является балансирование используемых ресурсов с возможностями производственной организации. При балансировании мощностей используз-

мых производственных ресурсов и выявлении оптимальной стратегии функционирования ГО, следует учитывать как величину получаемого дохода, так и значения производимых затрат, которые являются основными показателями рациональной деятельности ее в новых хозяйственных условиях, а также оценить степень риска принятия решения. Эффективное решение такой проблемы в рыночных условиях возможно только в автоматизированной информационной среде о использованием экономико-математических подходов.

ЦЕЛЬ и ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Построение и взаимоувязка на технологическом и информационном уровне моделей и методов для получения оценки рационального функционирования производственной организации.

Для достижения поставленной цели исследования решаются следующие задачи:

определение рациональной загрузки исполнителей технологически зависимыми работами на взаиыосвязных объектах строительного комплекса; '

определение рационального распределения заданных финансовых средотв в проектируемой системе и по ее подсистемам;

определение оптимального количества подразделений производственной организации с заданной мощностью,"исходя из потоков, поступления работ;

определение максимальной производительности производственной организации при фиксированных финансовых средствах;

определение величины кредита,при котором производственная организация получает максимальную прибыль;

определение максимальной прибшш( рентабельности ) при исходных финансовых средствах; '

Создание программного- продукта для получения вариантной оценки альтернатив проекта производственной системы по критерию доотижения маяоимума ее эффективности, описанной стоимостным выражением.

ОБЪЕКТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ явилось математическое, информационное и программное обеспечение подсистемы вариантной оценки проекта

производственной организации.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ - методы и модели рационального ис.пол?! -вования материально-технических ресурсов в производственных системах .

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ: системный анализ, математическое моделирование, теория вероятностей и математическая статистика.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов исследования:

- сформулированы задачи распределения технологически зависимых работ по исполнителям, в которых технологическая зависимость описывается параметрическим вектором;

- разработаны варианты алгоритмов распределения технологически зависимых работ по исполнителям;

- построена модель рационального распределения финансовых средств по факторам, существенно влияющих на функционирование производственной организации;

- построена модель формирования рациональной структуры производственной организации, и построен алгоритм, на основе которого определяются 'значения основных показателей функционирования производственной организации.

Основной научный результат, полученный в работе, состоит в построении экономико-математических моделей и их увязка на системном и информационном уровне, что позволяет в целом принимать оптимальное сбалансированное решение в процессе управления производственной организацией.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты пгйс-ты сформулированных в диссертации были доложена на семинаре азяне-та и на Международной конференции "Студент и прогресс строительной индустрии"

Разработанные автором модели и методы алгоритмизирует л доведены до программного продукта.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЯНА'ШМПОТЪ работы состоит в разработке и впед-рении методига и программного продукта для Формирсгяття и получения оценки вариантов проектов структуры производственной организации в рамках системного под:;:;д,г., ущтгепдого прютппь рыночного хозяйствования.

ВНКДГТШ:. Предлинны? исд»яп рп-

шюналъного иопользования материальных ресурсов использованы работах ЩШШК и. ГШ-б. Результаты выполненных исследований ио пользовались при проведении практических занятий по курсу "Авто матизкровгмные системы управления в строительстве" для студенто ИГСУ но специальности "Автоматизированные системы управления".

ПУБЛИКАЦИИ. Основные результаты работы опубликованы в б пе четных работах, общим объемом 3 печатных листа.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

Формулировка задач распределения технологически зависимы работ по исполнителям на основе уравнения с переменными, харак ::ериэующши понятия "Ресурс", "Время освоения ресурса", "Стой моста ресурса" и параметром, отражающим технологическую последо вательность ведения работ, и вариант.«! алгоритмов их решения;

Модель рационального распределения финансовых средств п факторам, существенно влияющих на функционирование произволе твзнной организации.

Модель формирования рациональней структуры производственно организации и разработан алгоритм определения значений основны показателей функционирования производственной организации.

Программный продукт по распределению финансовых средств л факторам, существенно влияющим на. функционирование произволе твекней организации;

СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИЯ. Работа состоит из введения, четыре глав с выводами, основными результатами работы, списка литерату ры( 85 наименований ) и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

.ВО ВВЕДЕНИИ обосновывается актуальность выбранцой темы, фор мулируегся цель и задачи исследования, показывается научная но зизна и .практическая значимость полученных результатов, опреде ляетсн направление дальнейшего исследования.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ содержится анализ методов и моделей планиро вяйия и прогноза в деятельности производственной организа цпи(ГЮ). Обосновывается необходимость использования зкономи

ко--математических методов в процессе управления Ш.

Обосновывается значимость экономико-математических методов и моделей в анализе процессов управления.

Раскрываются основные вопросы структуризации управления * производственных системах, Приводятся основные притупи формирования системы ПО,

Для построения проекта производственной системы используется системный метод разработки всех возможных( рациональных ) альтернатив описания этой системы. В этом методе критерии эффективности представлены в виде целей, которые необходимо достигнуть ь процессе функционирования системы, а глобальным критерием а тивности выступает критерий характеризующий ее стоимостное представление. В рамках такого подхода ведется поиск оптимального состояния рассматриваемой систеш, который предзтазлен в виде трех типовых задач:

синтез проекта без ограничений ¿. . стоимость еэ реаллвгции; синтез проекта с ограничениями на стоимость ее реализации; синтез проектов для ряда взаимно независимых планируемы); систем с ограничением из суммарную стоимост! их реализации.

Такое представление системы управления, с целью говыдвния эе прибыли и рентабельности, позволяет прогнозировать а планировать разработку проектов как уже функционирующих, так и длл ыювь создаваемых систем.

На основе экспертной и статистической информации формируется последовательность задач рассматриваемой области наследования и вводится технологическая взаимосвязь между ними, Совокупное множество технологически, взаимосвязных задач характеризуется юж. проектируемая система.

Поиск рационального решения функционирования проектируемой системы производится по глобальному критерию, характеризующему наименьшую стоимость реализации проектируемой системыл При этим каждый элемент системы( сформулированные задачи ) определяется своей совокупностью параметров( ограничений, выступающих а виде условий ).

В ра>*чах поиска опт льного решения Функционирования проектируемой системы формулируются .едуюшш основные задачи;

определение рациональной загрузки пополнителен технологически зависимыми работами;

определение рационального распределения заданных финансовых средств в проектируемой системе и по ее подсистемам;

определение рациональных объемов работ и этапов выполнения их по временным и стоимостным критериям.

определение рациональной загрузки исполнителей технологически зависимыми работами на взаимосвязных объектах строительного комплекса.

определение оптимального количества подразделений производственной организации о заданной мощности,, исходя из потоков поступления работ;

определение максимальной производительности производственной организации при фиксированных финансовых средствах;

определение величины кредита, при котором производственная организация получает максимальную прибыль;

определение максимальной прибыли( рентабельности ) при исходных финансовых средствах;

определение величины процента выполнения производственной организацией договорных обязательств по каждому виду выпускаемой продукции;

Проводится обзор по задачам распределения и методам их решения, в которых анализируется распределение множества работ на множество исполнителей, в зависимости от конкретных приложений.

Показывается, что построение общей экономико-математической модели распределения технологических зависимых работ между исполнителями является достаточно сложной проблемой, не имеющей дс настоящего гремени строгого и полного решения. В настоящее же время математически сформулированы и решены лкаь частные случаи задачи. Но даже их фс рмулироЕ1са слишком громоздка и сложна, у потому треСует дальнейших исследований.

Анализируется технологическая зависимость распределяемых работ в ксслэдуомих задачах. Б рамках развития обобщешшх сетвьи? моделей, используются зависимости между работами следующего вцщ

Т1И > т^ + к,!-ЛТ,

(1)

- а -

где 14" , Тлн - моменты вреиени начала выполнения 1-сй и 3-ой работы соответственно; ДТ, - отрезок временн выполнения 1-ой рд-ботыС - ТК] - Т"^ , где - момент времени сг£1«шшя наполнения 3-ой работы); к1э(-1<к^<1)- коэффициент, отра-давщии необходимую часть(в процентном отношении) выполнения 3-оА работы, после которое может выполняться 1-ая р.збота.

Такое представление технологической связи пгаволаот приЯги-зить знания эксперта к формальному описанию этой эависшсстн.

Этот подход не только включает в себя последовательную и параллельную схему выполнения работ, но и позволяет в широкий области строительных и рэмонтных процессов С представление технологии в виде дерева ), связывать все работы одного идя нескольких объектов технологической сетью.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ рассматриваются эконсмико-математически* катоды и модели рационального распределения технологически йэвиси-шх работ по исполнителям.

Дается постановка задач распределения технологически вависи-мых работ по исполнителям, в которых переменными являются "Отрезок времени выполнения Т", в течении которого необходимо озвоить нетторий объем работ, ."группа исполнителей I", ттсргл дотлна освоить некоторый объем работ и "объем работ (}" ( или стошооть этого объема работ ),. который необходимо освоить за отрезок вра-мени Т. Система зависимостей распределяемых раДот описывается параметрическим вектором, элементами которого явлишся каадаа зависимость в отдельности, описываемых неравенстве« (1).

Приводятся два варианта алгоритмов рационального распределения технологически зависимых работ по исполнителям, В первом варианте рассматривается технологическая зьв№жы:.сть вида (1) когда ки» О. Рассматривается сеть вэалыесвярнш ряйот без центу ров. Для определения последовательности и г,родо.г*лт^л1.нсот«й выполнения работ, определяется среднее время х4 выполнения к-щ-дой 1-ой( 1-0 ) работы и диапазоны их игиен^ны Сх, .т?! 1.

Для определения оптимальных значений tieCti.tj] используется критерий минимального дохода ог всего объема выполненных работ!.

Для невелирования различия в "длине" между кратчайшей и длиннейшей(критической) цепями, связывающий главный источник S со стоком t, для чего вводится обобщенная стоимость Ci,, характеризующая стоимость прохождения по дуге (i,j) единицы потока, используется алгоритм Дейкстры, который применяется в итерационной процедуре.

В результате использования итерационного метода определяются оптимальные значения продолжительностей ДТ*!= Тк> -TKi ( i»l,N ) выполнения каждой i-ой работы.

Работы распределяются по уровням. На каждом уровне работы технологически независимы между собой и не зависят от работ)предыдущих уровней. Методом дефекта распределяются работы первого уровня по исполнителям с соответствующей для них начальной загрузкой. Затем распределяются на исполнителей работы второго уровня, и т.д. до тех пор, пока не будут распределены работы последнего уровня. Распределение производится по критерию м м

Е Е ( T^j + ДТИ )"Xij —> min (2)

l-l d-l

где - момент времени начальной загрузки j-ro исполнителя

на момент распределения работ первого уровня; - нормативный отрезок времени выполнения i-ой работы j-ыы исполнителем; С 1 , если i-ая работа-.выполняется j-ыы

Xu - | исполнителем;

0 , в противном случае.

Для определения общего отклонения полученных цементов времени начала и окончания 'от их оптимальных значений используется формула

М N .

\Cm] = Е Е ( ДТН* + ) (3)

d.-11-l

где

ДТНИ - тн! - THi, ,

дт*н - ткГ -

ДТни и ДТК1 з - величии отклонений от оптимальных значений моментов времени началА и окончания выполнения 1-ой работы з-ым исполнителем; ш - номер итерационного шага.

Для повторного итерационного тага распределения технологически зависимых работ по исполнителям( при ) корректируются моменты времени окончания выполнения работ по ^рмуле , Тк* , если ТКГ - Ткп > О ТК1 - { „ (4)

, если Тк! - Тки < О В результате корректировки моментов времени выполнения работ по формуле (4), переходят к новому распределению всего множества работ по исполнителям по критерию (2) с начальной загрузкой и на этой основе определяют общее отклонение полученных новых моментов времени начала и окончания от их оптимальных значений по формуле (3). Если на п-ом итерационном шаге справедливо неравенство

¡Сш-1] _ > 0 (5)

то новое распределение будет лучше предыдущего. Если неравенства (5) не выполняется, то выполняется корректировка моментов времени освоения всего объема работ, и вновь, производится поуровневое распределение работ по исполнителям. Сравнение производится по наименьшей величине отклонения на ш-ом итерационном шаге. Итерационный процесс приближения к оптимальному решению заканчивается, если это решение нельзя более улучшить..

Если" рассматривается ¡технологическая зависимость вида (1), когда к * 0 (0 < < 1 ), го как и в предыдущем варианте, строится система уровней. Основное отличие от предыдущего решения задачи распределения состоит в том, что оптимальные продолжительности выполнений работ неизвестны. Методом дефекта( методом сетевого анализа ) по критерия (I!) последовательно распределяют работы каждого уровня по исполнителям. Загрузка келдого исполнителя определяется по формуле

М

тСРЗк „ тгр-пк + £ 1-1

Г Л О

I 0 . если 1-ая работа не назначена на к-го ио-

" \ поляитеяя на р-ом уровне;

1 , в противном случае.

ГСр:1|,; - момент времени загрузки к-го исполнителя на р-ом уровне( р - 0,1,... );

- Т"к. - начальная загрузка к-го исполнителя. .

Приводится алгоритмы решения сформулированных задач распределения технологически зависимых работ по исполнителям.

Приводится репение задачи распределения технологически зависимых, работ на примере строительства комплекса объектов. Где под комплексом обгектов понимается технологически связанные объекты. Под объектен понимается объем технологически связанных работ.

Репается задача определения этапов освоения объема работ с прскавэдотяенной организации.

В 1РЕТЬЕЙ ГЛАВЕ предлагается математические модели рационального распределения финансовых средств по факторам, существенно влияющих на развитие и процесс функционирования ПО. Обос-нопквается необходимость построения моделей рационального распределения финансовых средств в ПО. Строится уравнение множественной регрессии для оптимизации управления самофинансирование» в ПО У«Г'(>'4 ,х5,... ,Хз), где х^ - количество финансовых ерэдеи получаемых от ПО, характеризующих 3-ый фактор.

Приводятся Формы представления зависимостей при мнеяеетввя-ной корреляции и оценка точности аппроксимации нелинейной зависимости,

■Опаоэч аагорити формирования финансовых средств по факторам существенно воздействующих на процесс управления в ПО. 'Распределение финансовых средств по всем факторам, от которых зависи }>9рудьткрухп2!й показатель уравнения множественной регрессии црсизводитса с использованием метода множителей Лаграила. Стро

«тзл функции Лаграпж» Х1,Х2.....хм ) +■ Ь* ( Е х^ - О ) , гд

I - мнотатгль /лгранхз.Б - финансовые средства.

В работе, на основании функции Лагранжа, получено формульное решение системы нормальных уравнений.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ излагается математическая модель формирования структуры производственной организации. Основное назначение излагаемой модели заключается в формировании подразделений производственной организации(ПО) таким образом, чтобы ПО л целом имела бы максимальную рентабельность при выполнении оледующих условий:

все работы, которые поступят в ПО в планируемом периоде времени и обеспечены необходимыми материальными ресурсами должны быть выполнены;

суммарная себестоимость всей продукции, производимой ПО в планируемом периоде времени должна быть такой, чтобы прибыль, получаемая ПО, была бы максимальной.

При построении данной модели предполагается, что производственный процесс в ПО является безпослсдействия(марковским)*

Приводится постановка задачи формирования структуры проектируемой ПО.

Предлагаемая модель финансовой и производственной деятельности ПО позволяет определить оптимальные значения следующих показателей:

а) рациональное количество модулей, которое должно быть в каждом к-ом звене ]-го подразделения ПО при используемых финансовых средствах в * Т + б рублей;

б) максимальную производительность ПО по каждому виду работ при реализуемых финаноовых средствах;

• в) величину кредита, при котором ПО получит максимальную прибыль;

г) величину- максимальной прибыли, которую ПО может получить при имеющихся исходных финансовых средствах;

д) максимальную рентабельность деятельности ПО по всем видам выполняемых работ 1-го потока при используемых финансовых оредо-твах в рублей;

е) оптимальное распределение имевшихся у ПО финансовых средств, впючая и полученным кредитные средства, ыедду во подразделениями к(3«£7к) и их звеньями Мк-ОЬ)}

ж) процент выполнения ПО договорных обязательств по каждому виду выпускаемой продукции;

з) процент использования имеющегося у ПО уставного капитала.

Подробно рассмотрен алгоритм модели формирования произволе-'

•гвэнной организации, которую описывают как некоторую абстрактную систему обслуживания, ■в которую поступают М штоков заявок на выполнение работ с интенсивностями 21( ) и Н потоков мате-

риальных ресурсов с интенсивностями Хх ( 1»17н ) и из которой выходят М потоков выполненных работ с интенсивностями Х(1)0 , Хсг'с , ... , Х.сю0- Для выполнения всех поступающих работ в плановом периоде времени, продолжительность которого в работе приншается за единицу времени, ПО имеет финансовые средства в размере Т + б рублей, где Т - свободные финансовые средства ПО, б - есть величина кредита, взятого ПО в банке под проценты.

В результате решения поставленной задачи будут определены значения: дохода, пол/чаемого З-ым подразделением за единицу времени; затраты, производимые к-ым звеном з~го подразделения в единицу времени; прибыль, получаемую 3~ым подразделением в единицу времени; рентабельность работы ¡-то подразделения.

Определяются оптимальные значения основных показателей производственной и финансовой деятельности ПО.

Определяется рациональное количество модулей в звене.

. Определяется максимальная производительность ПО при реализуемых финансовых средствах.

Определяется величина кредита при условии получения максимальной прибыли ПО.

Определяется величина максимальной прибыли и максимальной рентабельности, которые ПО может получить при исходных финансовых средствах.

Определяется процент выполнения ПО договорных обязательств по каждому виду выпускаемой продукции, в основе которого лежит алгорстм определения продолжительности выполнения работы в ПО.

Определяется рациональная форма предпринимательской деятельнее ти ПО.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТ РАБОТЫ

На современном этапе развития народного хозяйства одной из ключевых проблем является получение объективных количественные оценок, позволяющих эффективно проводить политику управления производством. Такое управление производственной организацией возможно на путях использования экономике-математических методов и ЭВМ. Отсюда важность и актуальность решети данной проблемы.

В работе за основу принят системный метод разработки вс^-к возможных рациональных альтернатив описания проектируемой системы. В рамках такого подхода на первый план выдвигается проблема аффективного управления производственной организацией, которая частотно разрешается на основе представленных моделей:

1. Рациональное распределение финансовых средств по факторам, существенно воздействующих на фувки' ^нирование нроиеводственной организации;

2. Рациональное распределение технологически зависимых работ по исполнителям;

3. Формирование . рациональной структуры производственной организации для заданного множества работ.

В работе заложены предпосылки для дальнейшего развития эффективного функционирования производственной организации. Выбранный системный подход позволяет формировать и наполнять проектируемую систему моделями гго мере их разработки.

Основной научный результат, полученный в работе, состоит в построении моделей: Распределение финансовых средств по факторам, существенно воздействующих на функционирований производственной организации; Распределение технологически зависимых работ по исполнителям; Формирование рациональной структуры производственной организации для заданного множества работ, и их увязка на системном и информационном уровне, что позволит в целом принимать рациональные сбалансированные решения в процессе /правления производственной организацией.

Первые две модели доведены до программной реализации.

Основные положения диссертации опубликован» в следующих работах автора

1. А.М.Чавкин..Н.Н.Воднев. Концептуальный подход к моделированию управления строительным процессом."ВИНИТИ",(Депон. ),М., 1988.

2. Н.Н.Воднев. Расчет оптимальных поточных графиков капитального ремонта жилых и общественных зданий в Гламосремонте с использованием ЭВМ. М.,"ВИНИТИ",(Депон.),1988.

5. А.М.Чавкин,Н.Н.Воднев..Модель рационального самофинансирования в производственной системе. "Энергетическое строительство", 1990, N 12, с. 54-56.

4. А.М.Чавкин,Н.Н.Воднев. Методы рационального использования производственных ресурсов в регионе и на предприятиях. "Энергетическое строительство", 1991, N Б, с. 39-47.

Б. Н.Н.Воднев. Распределение технологически зависимых работ по исполнителям на основе оптимальной очередности и продолжитель-ностай их выполнения. М., "Энергетическое строительство", (Находится в редакции),1993. .

6. Н.Н.Воднев. Математическая модель построения оптимального графика выполнения технологически зависимых работ. Международная конференция "Студент и прогресс строительной индустрии"(тезиса докладов). Кед. МИСИ им. В.В.Куйбышева. М.,1989:

Обьеи { печ. л. Зак.ЗоО Тир. ?0. Рг>тапРинт АО "Иь&есг проектт