автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Разработка системы поддержки принятия решений в условиях неопределённости для управления угольными потоками холдинга

На правах рукописи

Приступа Юрий Дмитриевич

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ УГОЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ ХОЛДИНГА

Специальность 05.13.10 «Управление в социальных и экономических системах»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ыЗ

005061305

Новокузнецк-2013

005061305

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

Научный руководитель: Фрянов Виктор Николаевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Официальные оппоненты: Быстров Валерий Александрович,

доктор технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет», профессор кафедры экономики и менеджмента

Корягин Марк Евгеньевич, доктор технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт», заведующий проблемной научно-исследовательской лабораторией моделирования социально-экономических и производственных систем

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

учреждение науки Институт угля Сибирского отделения Российской академии наук

Защита состоится 19 июня 2013 г. в 12-30 часов на заседании диссертационного Д 212.252.02 в ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» по адресу: 654007, Россия, г. Новокузнецк, Кемеровской обл., ул. Кирова, 42.

Факс (3843) 46-58-83; Е-таП:5ес_пг@5Ш5ш.ги

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Автореферат разослан 17 мая 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Евтушенко В.Ф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. В связи с переходом на рыночные условия изменились механизмы управления социально-экономической системой (СЭС) в угольной отрасли. Интеграция интересов частного бизнеса и населения моногородов и поселков, координация действий угольных компаний с Администрациями муниципальных образований в выполнении социальных программ подтверждают актуальность разработки и внедрения системы поддержки принятия решений (СППР) при управлении в условиях неопределённости процессами добычи, переработки, реализации угольной продукции и повышения качества жизни населения.

При освоении месторождения угольная компания создает организационно-производственную структуру, включающую угледобывающие, перерабатывающие, транспортные предприятия и социальные объекты жизнеобеспечения и жизнедеятельности. Одной из таких промышленных единиц, замыкающих производственный процесс добычи и реализации угля, является погрузочно-транспортный комплекс (ПТК), который обеспечивает в условиях неопределённости сбор, складирование, хранение, погрузку, учёт и отправку угля потребителю с использованием автомобильного и железнодорожного транспорта необщего пользования.

Объемы инвестиций угольного холдинга, выделяемых на решение социальных проблем угледобывающих регионов, существенно зависят от эффективности работы горнотранспортной системы. Следовательно, эффективное управление уг-лепотоками обеспечит повышение стабильности работы предприятий холдинга и улучшение социальной среды на территории его присутствия.

В этой связи актуальными являются исследования, направленные на разработку СППР, включающей модели, алгоритмы, базы данных, для эффективного управления в условиях неопределённости потоками продукции угольного холдинга лицом, принимающим решения (ЛПР).

Диссертация выполнена в соответствии с производственным планом развития угольного холдинга ОАО «СУЭК-КУЗБАСС», хоздоговорных научно-исследовательских работ СибГИУ: Методика моделирования процессов перевозки угля с учетом неравномерных транспортных потоков при реализации угля ОАО «СУЭК-КУЗБАСС» (Шифр №7-11, №ГР 01201256550), Оптимизация параметров системы управления неравномерными транспортными потоками для внедрения АСУ в технологический цикл ПТУ «Восточный Кузбасс» (Шифр №1212, №ГР 01201280678).

Целью диссертации является разработка и внедрение эффективной системы поддержки принятия решений в условиях неопределённости при управлении неравномерными потоками угля для повышения уровня развития социально-экономической инфраструктуры угледобывающих районов.

Задачи исследований:

1) обоснование актуальности разработки СППР при управлении в условиях неопределённости потоками продукции угольного холдинга;

2) разработка структуры и обоснование функций СППР в составе управляющей системы угольного холдинга;

3) разработка модели угольных потоков погрузочно-транспортного комплекса;

4) создание алгоритма управления неравномерными угольными потоками в условиях неопределённости на основе вероятностного байесовского метода и ти-попредставительных ситуаций (ТПС);

5) разработка и внедрение программно-целевого комплекса для выбора в диалоговом режиме управляющих воздействий СППР;

6) разработка интегрированной экономико-математической модели оценки эффективности реализации управляющих воздействий СППР в составе управляющей системы угольного холдинга.

Методы исследований: системного анализа, теории графов, теории вероятностей и математической статистики, теории управления сложными системами, математического и имитационного моделирования.

Научная новизна.

1. Структура информационного обеспечения и функции СППР, отличающиеся интеграцией ретроспективной, оперативной, прогнозной информации и формированием базы данных на основе сетевой модели макрографа угольных потоков, обеспечивающая корректировку управляющих воздействий по результатам сравнительного анализа принятых и реализованных решений.

2. Алгоритм формирования и оперативной корректировки вероятностных электронных таблиц и вариантов ТПС, отличающийся использованием байесовского подхода для расчета объемов отгрузки угля, и обеспечивающий одновременный учёт количественных и качественных показателей и вероятностное ранжирование вариантов управляющих воздействий.

3. Программно-целевой комплекс и автоматизированная система обработки данных, отличающиеся возможностью выбора и оценки в диалоговом режиме альтернативных вариантов управляющих воздействий СППР для принятия и реализации управляющих решений ЛПР.

4. Экономико-математическая модель количественной оценки эффективности управляющих воздействий по максимальной прибыли и коэффициенту рентабельности, отличающаяся учетом интегрального влияния производственных и социально-экономических показателей угольного холдинга.

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:

- структура информационного обеспечения и функции СППР с интеграцией ретроспективной, оперативной, прогнозной информации на основе модели макрографа угольных потоков;

- алгоритм формирования и оперативной корректировки вероятностных электронных таблиц и вариантов ТПС, использующий байесовский подход и обеспечивающий вероятностное ранжирование вариантов управляющих воздействий;

- программно-целевой комплекс и автоматизированная система обработки данных с возможностью выбора и оценки в диалоговом режиме альтернативных вариантов управляющих воздействий СППР;

- экономико-математическая модель интегрального влияния производственных и социально-экономических показателей холдинга эффективности управляющих воздействий.

Практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты исследований могут быть применены:

- при разработке и реализации проектов комплексного освоения недр на новых угольных месторождениях;

- для разработки совместно с администрациями области и муниципальных образований соглашений о социально-экономическом сотрудничестве в районах присутствия угольных холдингов;

- при создании и развитии информационного обеспечения СППР угольных холдингов;

- при прогнозировании траектории и параметров неравномерных угольных потоков в условиях неопределённости угольных холдингов;

- для оценки экономической эффективности управляющих воздействий в составе управляющей системы угольного холдинга.

Реализация результатов исследований.

Программно-целевой комплекс и автоматизированная система обработки данных с возможностью выбора и оценки в диалоговом режиме альтернативных вариантов управляющих воздействий СППР внедрены в структуру управляющей системы ОАО «СУЭК». Экономико-математическая модель рекомендуется для количественной оценки управляющих воздействий в составе управляющей системы угольного холдинга.

В ПТК «Восточный Кузбасс» используются следующие результаты исследований: структура информационного обеспечения СППР; алгоритм прогнозирования траектории и параметров неравномерных угольных потоков; программно-целевой имитационный комплекс для моделирования альтернативных и выбора оптимальных вариантов управляющих воздействий. Результаты работы внедрены с фактическим экономическим эффектом 44,2 млн. руб.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Международной научно-практической конференции «Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» в рамках выставки-ярмарки «Уголь России и Майнинг» (Новокузнецк, 2011, 2012 гг.), научном семинаре СибГИУ (Новокузнецк, 2013 г.), техническом совете ОАО «СУЭК-КУЗБАСС» (Ленинск-Кузнецкий, 2013г.), семинаре «Системы управления угольными потоками ОАО СУЭК» (Ленинск-Кузнецкий, 2013г.).

Публикации. Материалы по теме диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из которых 1 патент, 4 свидетельства о регистрации программ и баз данных, 7 статей, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, списка использованных источников из 111 наименований, содержит 126 страниц машинописного текста, 41рисунок, 14 таблиц, 6 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснованы актуальность работы, цель и задачи исследований, изложены особенности научной новизны диссертации и практической ценности, отражены результаты внедрения результатов работы и её апробации, приведены структура и объём диссертации.

В первой главе «Анализ системы управления потоками продукции угольного холдинга и обоснование актуальности развития системы поддержки принятия решений» проведён анализ состояния и направлений развития систем управления потоками угольной продукции, моделей перевозочного процесса, методов сбора, учета, обработки и хранения данных. Обоснована актуальность разработки СППР при управлении в условиях неопределённости потоками продукции угольного холдинга.

Объектом исследования является угольный холдинг, включающий (рис. 1) управляющую систему и объект управления, состоящий из угледобывающих и перерабатывающих предприятий (шахты, разрезы, углеобогатительные фабрики), угольных складов и погрузочно-транспортного комплекса (ПТК).

Рис. 1. Система управления угольным холдингом

Целью управляющей системы является своевременное выполнение обязательств по отгрузке продукции (уголь, концентрат) при оптимизации производств и погрузочно-транспортных операций.

Угольный холдинг с точки зрения управления является:

- социально-технической системой, объединяющей человека (коллектив людей), как активного звена и технические элементы;

- системой с существенной неопределенностью, обусловленной как внешними воздействиями, так и внутренним состоянием;

- нестационарной динамической системой, характеристики которой изменяются со временем в зависимости от социально-экономических условий и потребностей рынка в топливе по сезонным периодам.

Связующим звеном добывающих и перерабатывающих предприятий холдинга служит ПТК, включая транспортные пути необщего пользования, главным образом железнодорожные, подвижной состав с ремонтными бригадами, прирельсовые угольные склады, станции с диспетчерскими службами и управление ПТК.

По результатам анализа производственной деятельности ПТК за период 2007-2012 гг. выявлена существенная неравномерность угольного потока (рис.2), связанная с неопределённостью, обусловленной внешними возмущающими воздействиями угольного рынка (сезонность, кризисы, конкуренты и др.) и внутренними возмущающими воздействиями (аварии на шахтах, отсутствие угля на складах нужных марок, простои оборудования, человеческий фактор и др.). Коэффициент вариации фактических объёмов угольных потоков изменяется в пределах 0,25 - 0,37 соответственно в летний и зимний периоды.

1200 г-1 | I . ■ | I | I ; I | , ! .-Т-; . I I . , ) ! . I , . I ■ , . I ■ . . , ■

Рис.2. Графики распределения плановых и фактических объемов добычи угля

в 2007-2012 гг.

Неравномерность угольных потоков предприятий холдинга в условиях неопределённости отражается на прибыли холдинга и уровне инвестиций в развитие инфраструктуры в рамках социально-экономического партнёрства между холдингом и Администрацией области.

Выявленные существенные отклонения фактических показателей от плановых подтверждают необходимость совершенствования системы управления производственными процессами на основе СППР, с целью повышения степени соответствия принимаемых управленческих решений реальной ситуации.

В результате решения первой задачи обоснованы актуальность и перспективные направления развития СППР при управлении в условиях неопределённости

угольными и финансовыми потоками в социально-значимых экономических районах присутствия компании.

Во второй главе «Разработка структуры и обоснование функции СППР для управления потоками продукции угольного холдинга» в рамках второй научной задачи проведен анализ управляющей системы холдинга. Угольный холдинг, как объект управления, находится под влиянием внешних и внутренних воздействий, изменяющих состояние объекта, параметры которого анализируются и оцениваются по результатам мониторинга (рис.3). Для выработки управляющих воздействий ЛПР из множества альтернативных вариантов необходимо выявить оптимальный вариант с учетом состояния объекта, различных критериев и ограничений, что является сложной задачей управления, для решения которой предлагается разработать и использовать СППР.

Для выработки управляющих воздействий в СППР используются методы информационного поиска, анализа и обработки данных, имитационного моделирования и др.

СППР (рис. 3) состоит из следующих подсистем:

- формирование базы данных, которая включает процедуры сбора, хранения и передачи данных. Источником для формирования базы данных является оперативная и ретроспективная информация;

- разработка и реализация моделей и алгоритмов обработки данных в структуре автоматизированной системы с оценкой динамики и параметров информационных потоков по стандартным алгоритмам математической статистики;

- формирование и ранжирование альтернативных вариантов управляющих воздействий по результатам моделирования.

Внещнле воздействия

Критерии и ограничения

Рис.3. Управляющая система угольного холдинга

В соответствии со структурой обоснованы следующие функции СППР в составе управляющей системы угольного холдинга:

- оказание помощи ЛПР при анализе исходной информации, оценке сложившейся обстановки и ограничений, накладываемых внешней средой;

- выявление и ранжирование приоритетов, учет неопределенности в оценках ЛПР;

- генерация и оценка альтернативных решений в соответствии с критериями и ограничениями, накладываемыми внешней средой;

- анализ возможных последствий принимаемых решений;

- выбор лучшего, с точки зрения ЛПР, возможного варианта.

Все информационные потоки разделены на три основные группы: ретроспективная информация, оперативная и прогнозная. Ретроспективная информация предназначена для формирования базы данных и знаний, вероятностной таблицы для реализации метода Байеса. Оперативная информация используется для поддержки принятия решений. Прогнозная информация формируется в виде стратегий и сценариев развития инфраструктуры, проектов строительства и реконструкции предприятия.

Информационные потоки в структуре холдинга формируются как в пределах организационной деятельности отдельного предприятия, так и между предприятиями, потребителями угольной продукции, поставщиками материальных ресурсов, администрациями области и муниципалитетов.

Для решения третьей задачи разработана модель угольных потоков ПТК.

Разработана модель угольных потоков ПТК, формализованная в виде порожнего и грузового макрографов. В общем виде математическая модель сетевой структуры макрографа угольных потоков ПТК представлена в виде

(1)

где V = {у 1 I е /V} - множество вершин макрографа; N - количество вершин графа; ^ = I / е АГ, у е Л} - множество рёбер макрографа, ребро лу^ соединяет вершины V/ и V/, Я - количество ребер графа; {/'*',к&К^Щ - различные метки вершин и рёбер, например количество вагонов в составе, тип вагона, марка угля и ДР-; [р{'\ I е с Л/} - группирование множества вершин К и рёбер \¥ на классы однотипных элементов, например обработка вагонов, перегон составов, погрузка, парки, погрузочные комплексы и др.; {Р(т), т е М с Щ - операторы внешнего воздействия на организационную структуру.

При изменении геометрии макрографа, исключении или добавлении рёбер или вершин макрограф С; преобразуется в некий макрограф С,-,. Информация по каждому элементу графов заносится в базу данных.

Результаты оперативного мониторинга технологических процессов, состояния окружающей среды, учёта продукции и др. с использованием датчиков и каналов связи также передаются в базу данных.

В качестве основного критерия принятия решения ЛПР является обязательное выполнение суточного плана-графика, а ограничениями являются требования

правил безопасности и нормативных документов по организации труда и обеспечению комфортных санитарно-гигиенических условий для персонала.

В третьей главе «Разработка алгоритма прогноза неравномерных угольных потоков на основе байесовского метода и ТПС» проведено моделирование угольных потоков в условиях неопределённости и на основе вероятностного байесовского метода разработана вероятностная таблица для формирования ТПС при обосновании альтернативных и выборе ЛПР оптимального варианта управляющих воздействий на угольные потоки холдинга.

Постановка задачи «Создание алгоритма неравномерных угольных потоков в условиях неопределённости на основе вероятностного байесовского метода и ТПС»

Дано. 1. Фактические траектории угольных потоков в ПТК на интервале г = 7j ■ • ■ Г„, где Т],Т„- время начала и окончания эксперимента, Г,=2005г. ,Ги=2012г. соответственно (рис. 4).

2. Критерий оптимизации: вероятность оптимального варианта управляющего воздействия Р—>I из ряда альтернативных вариантов, то есть Р = {Pi,Р2,---Рк} > max, где к - количество альтернативных вариантов.

Требуется. Разработать модель неравномерных угольных потоков на основе байесовского метода.

Решение. Каждый график на рис. 4 рассматривается как реализация случайной функции X(t), характеристики которой: математическое ожидание mx(tj), дисперсия Dx(ti), автокорреляционная функция Kxft„tj, подтверждают случайный характер угольных потоков. Следовательно, можно применить методы теории вероятностей для анализа статистической информации и прогноза параметров угольного потока при заранее известных управляющих воздействиях.

--S-- 2005 ГОД -в-2006 год --&-- 2007 год -Ш-2008 год

.....ш■ - 2009 год ----«-20Ю год -'-2011 год Среднее по годам

1,7

1,6

1,5

1,4

1Д 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4

А

/

¡к. / ..... ........ /ч

/ ...... Ш

vV- ... . "/.......

\ л/,

i

4i>

январь февраль март апрель май июнь июль а вгуст сенгябрьоктябрь ноябрь дека брь

Месяцы

Рис. 4. Графики отношений месячных объёмов угольных потоков холдинга к средним за месяц объёмам потоков в течение года (варианты ТПС)

В качестве основы модели движения угольных потоков и оценки вероятности выполнения планового задания по отгрузке угля при реализации принятых в СППР управляющих воздействий предлагается применить вероятностный подход на основе формулы Байеса

{< ^Р{Н,}Р{Е\Н,}

;=1

где Hi,H2,H3,,,Hí,,,H„— последовательность попарно несовместимых событий; Р{Н^Е} - условная вероятность H¡ при условии, что наступило событие Е.

В общем случае вероятность выполнения планового задания можно определить по вероятности совмещения и осуществления основных условий и событий Р(А П А2 П А3 П А4) = P(At)• Р(А2 \A¡)-Р{Аг к п А2)■ Р(А4 | Д п А2 П А3), (3)

где P(A¡ f]A2 fl А3 П А4)— вероятность выполнения планового задания при совмещении внешних воздействий на объект А/, внутренних воздействий на объект А2, технологических условий А3 и организационных Л4 событий; Я(Л,)- вероятность выполнения планового задания при исходных внешних воздействиях на объект; Р{А2 | A¡) — вероятность выполнения планового задания при внутренних воздействиях на объект с учётом совокупного влияния исходных внешних воздействий; Р(Аз А, П Л2) — вероятность выполнения планового задания при исходных внешних и внутренних воздействиях на объект при выполнении технологических процессов; Р(А4 | A¡ Г\А2 ГЫ3) - вероятность выполнения планового задания при исходных внешних и внутренних воздействиях на объект при выполнении технологических процессов и реализации организационных решений.

Матрица вероятностей выполнения плановых заданий формируется в следующей последовательности:

1) Создаётся база данных по суточной отгрузке угля (данные по 772 суткам в течение 2005-2012 гг., ПТК «Восточный Кузбасс»),

2) Проводится ранжирование (деление на интервалы) основных показателей и признаков работы ПТК. Ранги (границы интервалов) показателей могут устанавливаться в абсолютных величинах или безразмерных относительно уровня выполнения установленного плана-графика.

3) Составляется электронная форма матрицы вероятностей объемов отгрузки угля (табл. 1, фрагмент).

Достоинство предлагаемой модели состоит в возможности сравнения и анализа количественных и качественных показателей и факторов.

Каждую строку табл. 1 при заданном сочетании внешних и внутренних воздействий как факторов можно рассматривать как альтернативный вариант управляющего решения. Оптимальный вариант определяется по максимальной вероятности, определяемой в последнем столбце таблицы.

В табл. 2, в качестве примера, приведен фрагмент матрицы вероятностей объемов отгрузки угля по признаку «Количество поставленных порожних вагонов на пути необщего пользования ПТК «Восточный Кузбасс».

Адекватность модели проверяется по ретроспективной информации, не включённой в выборку при формировании таблицы. По результатам работы ПТК каждые сутки проводится корректировка таблицы.

Табл. 1. Фрагмент матрицы вероятностей объемов отгрузки угля

Интервалы объемов отгрузки угля, тыс.т/сут. Количество поставленных порожних вагонов на пути необщего пользования, шт./сут. (к=1) Простои порожних вагонов, вагоно-час/сут. (к=2) Количество погруженных вагонов на путях необщего пользования, шт./сут. (к=3) 6 m 9 6 ЕГР.

<100 101-200 201-300 301-400 401-500 501-600 >600 <200 201-400 401-600 601-800 >800 <100 101-200 201-300 301-400 401-500 501-600 >600

<5 Пі п Пш Піц Пи1 П,ч П|61 П 171 П] 12 Пр, П,т. П,41 П] 5*> Піп пР, Прі Пі41 П|53 Пілі П ¡71 p.

p.ll Р.21 Різі Р,4, Pl 51 Рібі Pl71 Р,12 Р|?? Р,ч Р,41 Р,5і Pin Ррі Ррі Рі41 Р.51 Plfil P] 71

5-10 П2Ц П221 П231 П241 П251 п:г,1 П271 П212 îbm ГЬ^-» П,4, П3ц ІЬ^ Піц Пі41 ІЬ„ Пійі П263 p2

P211 Р2=1 Ряі Р241 Р25, Р261 Р271 Р212 Р„1 Р717 Р747 Р?57 Pin р?^ РіЦ Р243 Рі„ Pifil Pi73

10-15 n211 Пі;і Пщ ПД41 П.151 П.мг Л.Ч7! Пі 12 11,22 П^з П 142 П„7 Піп Пп, Піц П141 Пі5ї Пзбз П.373 Рз

р.,11 P.i2l Рзз, Р«1 Р351 Р.«1 Р.37, Р?12 Pl32 Р^2 Ри2 Pl52 Pu, Рі-і Р,і, Р.141 Р,„ Рібі Р37,

35-40 ПЯ„ Пні п8зі П841 П«51 П»61 П»71 П*12 П»22 Пн?2 П842 П852 n«u П 82.1 П»33 ПЯ43 П85і П861 П873 p8

Р8Ц Р«, Рви Р841 Р851 р„61 Pa7i Рй12 Рй22 Рх32 Ри42 Р»<7 р»11 Рк23 р813 Р«41 Рк51 р861 P873

>40 ч>,1 П'121 П9Ц П941 Пц51 П%1 П971 П917 ПуЧІ П912 П941 П952 П911 П9-.1 1І911 П941 П95.І П96І П97.З P9

Р911 Р92! ?9И P94I Р951 Р961 Р971 Р„7 Рч„ Pç>V» Р94т РЧ<і Р913 Р9-4 Руїі Р94І Р951 ^963

п'з43 3 - номер интервала объемов перевозок —»■ 10-15 тыс.т/сут. 4 - номер интервала признака —+ простой порожних вагонов в интервале 601-800 вагонов в сутки 2 - номер признака, к=2 —» простой порожних вагонов

Табл. 2. Фрагмент матрицы вероятностей объемов отгрузки угля по признаку количество поставленных порожних вагонов на пути необщего пользования _ПТК «Восточный Кузбасс»_

Интервалы объемов отгрузки угля, тыс.т/сут. Количество поставленных порожних вагонов на пути необщего пользования, шт./сут. (к=1)

<100 101-200 201-300 301-400 401-500 501-600 >600

<5 пш=1 П,21=2 пізі=3 п ,41=4 n,s,=10 n,6i=15 п, 71=20

Рш=0,018 Р,21=0,036 Рп,=0,055 Р,4,=0,073 РІ5І=0,182 Р,61=0,273 P,7i=0,364

5-10 п2„=1 П22!=2 П2з,=3 1Ъ4!=6 П251=11 11261=16 П271=21

Р211=0,01 Р22,=0,033 Р;, 1=0,050 Р,4,=0,100 Pi5,=0,183 Р,г,,=0,269 Р,7,=0,350

10-15 Пзп=1 Пз2,=3 Піз,=4 П,4,=7 П,;,=12 п,6,=18 ПЗ7|=22

Рщ=0,015 Р,2,=0,045 Р„,=0,061 Р«,=0,106 P,5i=0,182 Р,«,=0,273 Р,71=0,333

15-20 П411 = 1 п4,,=2 п4з,=5 П44 [=10 П451 = 15 ІІ4Г,І=20 П47І=25

Р4ц=0,013 Р42,=0,026 Р4з,=0,064 Р44і=0,128 Р45І=0,192 Р4бі=0,256 Р47І=0,321

20-25 п5,,=1 n5i,=l П53,=6 П54 [=11 П55І=20 П561=22 П,7,=30

Р5,1=0,011 Р52,=0,011 Р;„=0,066 Ps4i=0,121 P!5I=0,217 Р56,=0,220 Р5,1=0,330

25-30 п6п=1 Иі21 = 1 Пбз,=7 П«41=16 n«si=22 Пбйі=27 п671=32

Р6, ,=0,009 Р62І=0,009 Рбз,=0,066 Ры,=0,151 Р65,=0,208 Рбб,=0,255 Р«71=0,302

30-35 п7,,=0 П721=1 п7,,=11 п74,=16 П751=30 n76i=31 Пт7І=34

Р7П=0,000 Р7;,=0,008 Р71,=0,089 P74i=0,130 Р75І=0,244 Р76І=0,252 Р77І=0,276

35-40 п8ц=0 П821 = 1 п8ЗІ=5 П84І=24 П«51=31 П86І=32 п87І=35

Р8, ,=0,000 Р82,=0,008 Р8„=0,039 РХ41=0,187 Р85І=0,242 P86I=0,250 Р«7,=0.273

>40 п„,=0 П92, = 1 П91, = 16 П94!=20 n9si=33 п,6і=25 п,7І=38

Р„ ,=0,000 Р92І=0,008 Р„,=0,120 Рм,=0,150 Р95І=0,248 Р96І=0,188 Р,7,=0,286

В качестве научной основы прогнозирования траекторий развития угольных потоков принята разработанная коллективом авторов (C.B. Емельянов, С.К. Коровин и др.) методология создания и применения в условиях неопределённости

ТПС с оценкой параметров траектории объекта управления по величине невязок и средних потерь.

Учитывая, что процессы и операции, а также принимаемые решения при управлении производством и социальной сферой периодически повторяются, параметры и условия реализации ТПС накапливаются в базе данных. При изменении внешних и внутренних условий функционирования управляемого объекта в алгоритм идентификации ТПС вносятся корректировки с учётом общей оценки эффективности прогнозирования параметров системы управления.

На рис. 4 приведён фрагмент вариантов ТПС при движении угольных потоков от угледобывающих предприятий к потребителю. Как следует из графиков при неравномерном распределении объёмов перевозок в течение года имеются две точки, в которых отношение месячных нагрузок близкое к единице, это январь и август. Соответственно, весь график можно разделить на две части январь-июль, август-декабрь и рассматривать как две ТПС в течение каждого года для прогноза объёма перевозок с учётом динамики рынка угля.

В разработанной вероятностной таблице (табл. 1) каждая строка соответствует отдельной ТПС. Посредством идентификации ТПС по заданным значениям показателей и факторов в матрице вероятностей по формуле Байеса вычисляется вероятность Рп события — выполнения планового задания (рис.5). Вычисленная вероятность сравнивается с предельно допустимой Ри. При условии Рп>Рн осуществляется управление производством в оптимальном режиме. При невыполнении условия управление передаётся в блоки корректировки технологии и организации производства. Таким образом, цикл повторяется до выхода производства на управляемом объекте в оптимальный режим.

Рис. 5. Управляющая система ПТК

На основании разработанных моделей и алгоритмов осуществляется формирование и ранжирование альтернативных вариантов управляющих воздействий, которые передаются ЛПР для принятия решения.

В четвёртой главе «Разработка и внедрение программно-целевого комплекса для выбора и оценки эффективности управляющих воздействий СППР» решены две задачи: «Разработка и внедрение программно-целевого комплекса для выбора в диалоговом режиме управляющих воздействий СППР» и «Разработка интегрированной экономико-математической модели оценки эффективности реализации управляющих воздействий СППР в составе управляющей системы угольного холдинга».

В структуре СППР разработаны база данных и автоматизированная система учёта, анализа, моделирования процессов перевозки угля, которые обеспечивают выполнение операций по управлению угольными потоками. База данных используется для сбора и хранения информации, получаемой из внутренних и внешних источников, а также для организации диалога, позволяющего ЛПР выбирать варианты управляющих решений по результатам обработки данных.

Программно-целевой комплекс для моделирования траекторий угольных потоков, внедренный в технологический цикл ПТК, позволяет: отслеживать в режиме on-line наличие и состояние угольных потоков, время и место выполнения каждого процесса; формировать документы для обмена со смежными предприятиями, контрагентами-грузоотправителями и с ОАО «РЖД»; формировать, просматривать, печатать итоговые отчеты, разграничивать доступ к базам данных на основе механизма авторизации и предоставления прав доступа. Фрагменты визуальных отображений, порождаемых программой, приведены на рис. 6.

Рис. 6. Фрагменты визуальных отображений программно-целевого комплекса

Постановка задачи «Разработка интегрированной экономико-математической модели оценки эффективности реализации управляющих воздействий СППР в составе управляющей системы угольного холдинга».

Дано. 1. Схема управляющей системы угольного холдинга (см. рис.2).

2. Зависимость прибыли предприятия от дохода и производственных затрат

= 2 х Я - С, (4)

где ПБ- прибыль предприятия; О - объём продукции; ц- рыночная цена продукции; С- производственные затраты с учётом всех отчислений и налогов.

3. Социальный критерий

Р = СзяхАГ(1 + Сд2>,„) + С"' -^тах , (5)

где Сзп— заработная плата персонала, руб./чел.; N - численность персонала, чел; Сд - доля общей стимулирующей надбавки к заработной плате сотрудников; с,„ - доля частной стимулирующей надбавки к заработной плате сотрудников за отдельные виды работ; М - количество частных стимулирующих надбавок; С"р-премии, руб.

4. Ограничения

м

б Д^п, (6)

где "р - проектная мощность предприятия, т; Я - коэффициент рентабельности; - минимально допустимый коэффициент рентабельности.

Требуется установить зависимости прибыли и коэффициента рентабельности предприятия при реализации альтернативных вариантов управляющих решений.

Интегральная экономико-математическая модель прибыли с учётом производственных переменных и постояннных затрат, отчислений и налогов получена в виде

РПР рЗП

Д£ = 2(1 + — + -у)-к[Ц{\-ка)-К-С"{\ + Ь) + А]-{\ + И)х[СтЩ\ + а) + Сп^^ (?)

где (3 — эмпирический коэффициент, 1/руб.; К - удельные капиталовложения, руб./т; С' — себестоимость продукции без заработной платы, руб./т; А — удельный приток амортизационных отчислений, руб./т; И — удельный вес налогов

в себестоимости; ка - коэффициент отчисления на развитие социальной сферы рем

гиона; а — доля стимулирующих надбавок к заработной плате, а — С,? ¿1 ст .

171=1

Коэффициент рентабельности производства Я после реализации управляющего решения предлагается определять по формуле

* =-сшБ СШ-. (8)

(}х(1 + —--ь ——) х Ц

N/3 /3

В отличие от классической структуры экономико-математической модели в соответствии с определением интеграционной модели в формуле (7) выделены составляющие затраты на заработную плату, стимулирование и отчисления на социальные нужды, что позволяет проводить оценку экономической и социальной эффективности холдинга в процессе принятия и реализации управляющих воздействий.

Результаты расчетов по формулам (7) и (8) приведены на рис. 7. Согласно графикам, рост численности персонала приводит к снижению прибыли и рентабельности. Увеличение стимулирующей надбавки к заработной плате в диапазоне 0,1-0,9 обеспечивает повышение прибыли и рентабельности.

О 200 400 600 300 1000 1200 с 200 400 600 800 1000 1200

Численность персонала,чел. Численность персонала,чел.

Рис. 7. Графики зависимости прибыли (а) и рентабельности (б) от численности персонала

Согласно (4) и (8) и графиков (рис. 7), для увеличения зарплаты, отчислений на социальные нужды необходимо реализовать следующие управляющие воздействия: увеличить объемы продукции, снизить эксплуатационные и капитальные затраты, сократить численность персонала, повысить стимулирующие надбавки. В качестве институциональных внешних воздействий рекомендуется снижение налогов.

Адекватность экономико-математической модели оценена по реальным показателям ПТК «Восточный Кузбасс». Результаты оценки адекватности экономико-математической модели реальным процессам в ПТК «Восточный Кузбасс» приведены на рисунке 8. При уменьшении численности персонала возрастает производительность труда и заработная плата, что качественно подтверждается графиками на рис. 7.

Д *2С63 [ _ Среднеиеск' І 1МК ) - ®ОТ. г.г руе

. Фактическая чистеяность. йог,. - Производительность труда, тыс. т'им^сг, заработная плата. ру$

Рисунок 8 - Динамика численности, производительности труда и зарплаты

Реализация разработанных научных положений и практических рекомендаций по реструктуризации социально-экономической инфраструктуры только одного предприятия холдинга - ПТК «Восточный Кузбасс» подтверждено фактическим экономическим эффектом 44,2 млн. рублей в течение 2008-2012гг., в том числе доля автора составила 21%.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены результаты исследований, направленные на развитие системы поддержки принятия решений с использованием разработанных моделей, алгоритмов, базы данных для оптимизации инвестиций угольного холдинга в инфраструктуру и решение социальных проблем угледобывающих районов.

На основе полученных результатов исследований обоснованы следующие научные и практические выводы и рекомендации:

1. Угольный холдинг, как объект управления, является нестационарной динамической системой с существенной неопределенностью, обусловленной как внешними воздействиями, так и внутренним состоянием объекта. Обоснована актуальность создания и реализации в этих условиях системы поддержки принятия решений. Коэффициент вариации фактических объёмов угольных потоков изменяется в пределах 0,25 - 0,37 соответственно в летний и зимний периоды.

2. Разработан алгоритм формирования вероятностных электронных таблиц Байеса, включающих классифицированные внешние и внутренние, технологические и организационные, количественные и качественные воздействия в виде показателей и факторов. Таблицы рекомендуются для ранжирования альтернативных управляющих решений в условиях неопределённости.

3. Разработаны алгоритм и метод определения по вероятностным электронным таблицам оптимальной траектории развития предприятий в текущий и будущие периоды. Оптимальная траектория соответствует варианту ТПС с максимальной вероятностью управляющих воздействий.

4. Созданы и внедрены в условиях ПТК «Восточный Кузбасс» программно-целевой комплекс и автоматизированная -система обработки данных для выбора и оценки в диалоговом режиме альтернативных вариантов управляющих воздействий СППР для принятия и реализации управляющих решений ЛПР.

5. Рекомендуется для использования экономико-математическая модель, учитывающая интегральное влияние производственных и социально-экономических показателей предприятия, позволяющая проводить по максимальной прибыли и коэффициенту рентабельности количественную оценку эффективности управляющих воздействий.

6. Установлено, что рост численности персонала приводит к снижению прибыли по степенной, а рентабельности по линейной зависимостям. Увеличение стимулирующей надбавки к заработной плате в диапазоне 0,1-0,9 обеспечивает повышение прибыли и рентабельности. В качестве управляющих воздействий рекомендуется увеличение объемов продукции, снижение эксплуатационных и капитальных затрат, сокращение численности персонала, повышение стимулирующих надбавок к зарплате.

7. Результаты исследований работы внедрены в течение 2008-2012гг. с фактическим экономическим эффектом 44,2 млн. руб., в том числе доля автора составила 21%.

ОСНОВНЫЕ ТРУДЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК

1. Приступа Ю.Д. Система управления неравномерными транспортными потоками в структуре угольного холдинга / Ю.Д. Приступа, В.Н. Фрянов, Л.Д. Павлова // ГИАБ. Сборник научных технических работ горных инженеров СУЭК. -2013.-С. 211 -219.

2. Приступа Ю.Д. Вероятностная оценка неравномерности потоков угольной продукции горнодобывающей компании / Ю.Д. Приступа // ГИАБ. — 2012. -№ 4. - С. 369 - 374.

3. Приступа Ю.Д. Математическое обеспечение автоматизированной системы управления транспортными потоками угольных компаний / Ю.Д. Приступа // Вестник Кузбасского государственного технического университета. - 2012. -№ 1,- С. 91-96.

Статьи, опубликованные в научных сборниках и материалах конференций

4. Приступа Ю.Д. Автоматизированная система номерного учёта вагонов и производственно-технологическом процессе погрузочно-транспортного управления ОАО «СУЭК-КУЗБАСС»/Ю.Д. Приступа//Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сб. науч. статей.- Новокузнецк: Сиб-ГИУ, ЗАО «Кузбасская ярмарка», 2011. - С.268-274.

5. Приступа Ю.Д. Управление процессом грузоперевозок на основе автоматизированной системы электронного документооборота/Ю.Д. Присту-па//Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сб. науч. статей,- Новокузнецк: СибГИУ, ЗАО «Кузбасская ярмарка», 2011. -С.264-268.

6. Приступа Ю.Д. Организация электронного документооборота погрузоч-но-транспортных управлений ОАО «Суэк-Кузбасс»/Ю.Д. Приступа, И.Л. Сударева, Л.Д. Павлова, В.Н. Фрянов //Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сб. науч. статей,- Новокузнецк: СибГИУ, ЗАО «Кузбасская ярмарка», 2012. - С.234-238.

7. Организация работы АСУ «Комплекс программно-целевого имитационного моделирования траекторий транспортных потоков» в условиях ПТУ «Восточный Кузбасс» »/Ю.Д. Приступа, И.Л. Сударева, Л.Д. Павлова, В.Н. Фрянов //Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов: сб. науч. статей.- Новокузнецк: СибГИУ, ЗАО «Кузбасская ярмарка», 2012. - С.238-247.

Патенты и авторские свидетельства

8. Пат. №126305 Россия, МПК В61Ь27/00. Устройство телеуправления электрической централизацией железнодорожных станций на базе электромагнитных реле [Текст] / Ю.Д. Приступа, К.Н. Зобнин; ОАО «СУЭК-Кузбасс». -№2012119654; заявл. 12.05.2012; опубл. 27.03.2013.

9. Приступа Ю.Д. Автоматизированная система учёта, анализа, моделирования процессов перевозки вагонов / Ю.Д. Приступа, И.Л. Сударева // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011613963, зарегистрировано 23.05.2011г.

10. Приступа Ю.Д. База данных автоматизированной системы учёта, анализа, моделирования процессов перевозки вагонов / Ю.Д. Приступа, И.Л. Сударева // Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2011620535, зарегистрировано 22.07.2011г.

11. Приступа Ю.Д. Комплекс программно-целевого имитационного моделирования траекторий транспортных потоков / Ю.Д. Приступа, И.Л. Сударева // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011617528, зарегистрировано 28.09.2011г.

12. Приступа Ю.Д. База данных комплекса программно-целевого имитационного моделирования траекторий транспортных потоков /Ю.Д. Приступа, И.Л. Сударева // Свидетельство о государственной регистрации базы данных №2011620688, зарегистрировано 28.09.2011г.

Приступа Юрий Дмитриевич

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ УГОЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ ХОЛДИНГА

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Изд. лиц. ИД №1439 от 05.04.2000 Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,05.

Формат бумаги 60 х 84 1/16. Тираж 100 экз. Заказ № 238 Подписано в печать 16.05.2013

ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университет» 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова,42. Типография СибГИУ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский государственный индустриальный университет»

На правах рукописи

042011580

Приступа Юрий Дмитриевич

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ УГОЛЬНЫМИ ПОТОКАМИ ХОЛДИНГА

Специальность 05.13.10 «Управление в социальных и экономических системах»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Фрянов В. Н.

Новокузнецк-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ТЕРМИНЫ......................11

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ ПРОДУКЦИИ УГОЛЬНОГО ХОЛДИНГА И ОБОСНОВАНИЕ АКТУАЛЬНОСТИ РАЗВИТИЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ.............................................................................................................13

1.1 Обоснование актуальности совершенствования системы управления потоками продукции угольного холдинга.....................................................13

1.2 Анализ производственной инфраструктуры погрузочно-транспортных комплексов Кузбасса.........................................................................................16

1.3 Обоснование неравномерности угольных потоков погрузочно-транспортных комплексов................................................................................21

1.4 Анализ моделей управления транспортными потоками.........................24

1.5 Выводы и постановка научных задач........................................................29

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И ОБОСНОВАНИЕ ФУНКЦИЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОТОКАМИ ПРОДУКЦИИ УГОЛЬНОГО ХОЛДИНГА................................31

2.1 Разработка структуры системы поддержки принятия решений для управления угольными потоками холдинга...................................................31

2.2 Разработка модели неравномерных угольных потоков погрузочно-транспортного комплекса.................................................................................33

2.3 Алгоритм расчёта пропускной способности модели сети макрографа угольных потоков ПТК.....................................................................................43

2.4 Выводы.........................................................................................................50

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ПРОГНОЗА НЕРАВНОМЕРНЫХ УГОЛЬНЫХ ПОТОКОВ НА ОСНОВЕ БАЙЕСОВСКОГО МЕТОДА И ТИПОПРЕДСТАВИТЕЛЬНЫХ СИТУАЦИЙ...................................................52

3.1 Разработка модели неравномерных угольных потоков с использованием вероятностного байесовского подхода...............................52

3.2 Разработка алгоритма формирования вероятностных таблиц................59

3.3 Разработка алгоритма прогноза угольных потоков с использованием типопредставительных ситуаций.....................................................................65

3.4 Выводы.........................................................................................................69

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ПРОГРАММНО-ЦЕЛЕВОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ВЫБОРА И ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЯЮЩИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ.............................................................................................................70

4.1 Создание базы данных автоматизированной системы учета, анализа и моделирования процессов перевозки вагонов................................................70

4.2 Внедрение автоматизированной системы номерного учета вагонов ....78

4.3 Разработка комплекса программно-целевого моделирования траекторий транспортных потоков......................................................................................80

4.4 Внедрение автоматизированной системы управления «Комплекс программно-целевого моделирования траекторий транспортных потоков» .............................................................................................................................90

4.5 Интеграция АСУ «Автоматизированная система учета, анализа, моделирования процессов перевозки вагонов» с внешними системами и приложениями....................................................................................................92

4.6 Организация электронного документооборота погрузочно-транспортных управлений ОАО «СУЭК-Кузбасс».......................................95

4.7 Разработка интегрированной экономико-математической модели оценки эффективности реализации управляющих воздействий системы поддержки принятия решений в составе управляющей системы угольного

холдинга..............................................................................................................99

Выводы.............................................................................................................104

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................106

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................................108

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................................................119

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. В связи с переходом на рыночные условия изменились механизмы управления социально-экономической системой (СЭС) в угольной отрасли. Интеграция интересов частного бизнеса и населения моногородов и поселков, координация действий угольных компаний с Администрациями муниципальных образований в выполнении социальных программ подтверждают актуальность разработки и внедрения системы поддержки принятия решений (СППР) при управлении в условиях неопределённости процессами добычи, переработки, реализации угольной продукции и повышения качества жизни населения.

При освоении месторождения угольная компания создает организационно-производственную структуру, включающую угледобывающие, перерабатывающие, транспортные предприятия и социальные объекты жизнеобеспечения и жизнедеятельности. Одной из таких промышленных единиц, замыкающих производственный процесс добычи и реализации угля, является по-грузочно-транспортный комплекс (ПТК), который обеспечивает в условиях неопределённости сбор, складирование, хранение, погрузку, учёт и отправку угля потребителю с использованием автомобильного и железнодорожного транспорта необщего пользования.

-Объемы инвестиций угольного холдинга, выделяемых на решение социальных проблем угледобывающих регионов, существенно зависят от эффективности работы горнотранспортной системы. Следовательно, эффективное управление углепотоками обеспечит повышение стабильности работы предприятий холдинга и улучшение социальной среды на территории его присутствия.

В этой связи актуальными являются исследования, направленные на разработку СППР, включающей модели, алгоритмы, базы данных, для эффективного управления в условиях неопределённости потоками продукции угольного холдинга лицом, принимающим решения (ЛПР).

Диссертация выполнена в соответствии с производственным планом развития угольного холдинга ОАО «СУЭК-КУЗБАСС», хоздоговорных научно-исследовательских работ СибГИУ: Методика моделирования процессов перевозки угля с учетом неравномерных транспортных потоков при реализации угля ОАО «СУЭК-КУЗБАСС» (Шифр №7-11, №ГР 01201256550), Оптимизация параметров системы управления неравномерными транспортными потоками для внедрения АСУ в технологический цикл ПТУ «Восточный Кузбасс» (Шифр №12-12, № ГР 01201280678).

Целью диссертации является разработка и внедрение эффективной системы поддержки принятия решений в условиях неопределённости при управлении неравномерными потоками угля для повышения уровня развития социально-экономической инфраструктуры угледобывающих районов.

Задачи исследований:

1) обоснование актуальности разработки СППР при управлении в условиях неопределённости потоками продукции угольного холдинга;

2) разработка структуры и обоснование функций СППР в составе управляющей системы угольного холдинга;

3) разработка модели угольных потоков погрузочно-транспортного комплекса;

4) создание алгоритма управления неравномерными угольными потоками в условиях неопределённости на основе вероятностного байесовского метода и типопредставительных ситуаций (ТПС);

5) разработка и внедрение программно-целевого комплекса для выбора в диалоговом режиме управляющих воздействий СППР;

6) разработка интегрированной экономико-математической модели оценки эффективности реализации управляющих воздействий СППР в составе управляющей системы угольного холдинга.

Методы исследований: системного анализа, теории графов, теории вероятностей и математической статистики, теории управления сложными системами, математического моделирования.

Научная новизна.

1. Структура информационного обеспечения и функции СППР, отличающиеся интеграцией ретроспективной, оперативной, прогнозной информации и формированием базы данных на основе сетевой модели макрографа угольных потоков, обеспечивающая корректировку управляющих воздействий по результатам сравнительного анализа принятых и реализованных решений.

2. Алгоритм формирования и оперативной корректировки вероятностных электронных таблиц и вариантов ТПС, отличающийся использованием байесовского подхода для расчета объемов отгрузки угля, и обеспечивающий одновременный учёт количественных и качественных показателей и вероятностное ранжирование вариантов управляющих воздействий.

3. Программно-целевой комплекс и автоматизированная система обработки данных, отличающиеся возможностью выбора и оценки в диалоговом режиме альтернативных вариантов управляющих воздействий СППР для принятия и реализации управляющих решений ЛПР.

4. Экономико-математическая модель количественной оценки эффективности управляющих воздействий по максимальной прибыли и коэффициенту рентабельности, отличающаяся учетом интегрального влияния производственных и социально-экономических показателей угольного холдинга.

Предмет защиты и личный вклад автора. На защиту выносятся:

- структура информационного обеспечения и функции СППР с интеграцией ретроспективной, оперативной, прогнозной информации на основе модели макрографа угольных потоков;

- алгоритм формирования и оперативной корректировки вероятностных электронных таблиц и вариантов ТПС, использующий байесовский подход и обеспечивающий вероятностное ранжирование вариантов управляющих воздействий;

- программно-целевой комплекс и автоматизированная система обработки данных с возможностью выбора и оценки в диалоговом режиме альтернативных вариантов управляющих воздействий СППР;

- экономико-математическая модель интегрального влияния производственных и социально-экономических показателей холдинга эффективности управляющих воздействий.

Практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты исследований могут быть применены:

- при разработке и реализации проектов комплексного освоения недр на новых угольных месторождениях;

- для разработки совместно с администрациями области и муниципальных образований соглашений о социально-экономическом сотрудничестве в районах присутствия угольных холдингов;

- при создании и развитии информационного обеспечения СППР угольных холдингов;

- при прогнозировании траектории и параметров неравномерных угольных потоков в условиях неопределённости угольных холдингов;

- для оценки экономической эффективности управляющих воздействий в составе управляющей системы угольного холдинга. ""

Реализация результатов исследований.

Программно-целевой комплекс и автоматизированная система обработки данных с возможностью выбора и оценки в диалоговом режиме альтернативных вариантов управляющих воздействий СППР внедрены в структуру управляющей системы ОАО «СУЭК». Экономико-математическая модель рекомендуется для количественной оценки управляющих воздействий в составе управляющей системы угольного холдинга.

В ПТК «Восточный Кузбасс» используются следующие результаты исследований: структура информационного обеспечения СППР; алгоритм прогнозирования траектории и параметров неравномерных угольных потоков; программно-целевой имитационный комплекс для моделирования альтерна-

тивных и выбора оптимальных вариантов управляющих воздействий. Результаты работы внедрены с фактическим экономическим эффектом 44,2 млн. руб.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Международной научно-практической конференции «Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» в рамках выставки-ярмарки «Уголь России и Майнинг» (Новокузнецк, 2011, 2012 гг.), научном семинаре СибГИУ (Новокузнецк, 2013 г.), техническом совете ОАО «СУЭК-КУЗБАСС» (Ленинск-Кузнецкий, 2013г.), семинаре «Системы управления угольными потоками ОАО СУЭК» (Ленинск-Кузнецкий, 2013 г.).

Публикации. Материалы по теме диссертации опубликованы в 12 печатных работах, из которых 1 патент, 4 свидетельства о регистрации программ и баз данных, 7 статей, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, списка использованных источников из 111 наименований, содержит 126 страниц машинописного текста, 41 рисунок, 14 таблиц, 6 приложений.

В первой главе диссертации приведён детальный обзор-состояния системы управления потоками продукции угольных холдингов. В качестве объекта исследования принят угольный холдинг, включающий управляющую систему и объект управления, состоящий из угледобывающих и перерабатывающих предприятий (шахты, разрезы, углеобогатительные фабрики), угольных складов и погрузочно-транспортного комплекса (ПТК).

Цель управляющей системы является своевременное выполнение обязательств по отгрузке продукции (уголь, концентрат) при оптимизации производств и погрузочно-транспортных операций. Обоснована актуальность разработки СППР при управлении в условиях неопределённости потоками продукции угольного холдинга.

Вторая глава посвящена разработке структуры и обоснованию функции СППР в составе управляющей системы угольного холдинга. Все информационные потоки разделены на три основные группы: ретроспективная информация, оперативная и прогнозная. Разработана организационная сеть транспортных потоков, формализованная в виде математической модели порожнего и грузового слоевых макрографов.

В третьей главе разработаны модель и алгоритм неравномерных угольных потоков на основе байесовского метода для выбора в структуре СППР по максимальной вероятности ЛПР оптимального варианта управляющих воздействий на угольные потоки холдинга. Для практического применения метода предлагаются вероятностные электронные таблицы и функциональная схема системы проектирования и реализации проектов. Предлагается использовать методологию параллельного проектирования и развития предприятий посредством целенаправленного изменения их структуры, в том числе в процессе их эксплуатации или реконструкции.

В четвёртой главе создан программно-целевой комплекс для выбора и оценки эффективности управляющих воздействий СППР. Решены две задачи: «Разработка и внедрение программно-целевого комплекса для выбора в диалоговом режиме управляющих воздействий СППР»~й «Разработка интег грированной экономико-математической модели оценки эффективности реализации управляющих воздействий СППР в составе управляющей системы угольного холдинга». Установлено влияние основных управляющих воздействий на эффективность производства и социально-экономический уровень персонала.

В приложениях даны материалы о государственной регистрации программных продуктов, справка об экономической эффективности внедрения результатов исследований.

Автор приносит глубокую благодарность научному руководителю доктору технических наук, профессору Фрянову В.Н., Лауреату премии Совета министров СССР, Государственной премии СССР, Заслуженному изобрета-

телю РСФСР Мышляеву Л.П. Автор признателен коллективам кафедры разработки пластовых месторождений и систем автоматизации СибГИУ, ОАО «СУЭК» за многолетнее и плодотворное сотрудничество и предоставленную возможность проведения исследований.

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ТЕРМИНЫ

Информационная система (ИС) - информационный контур вместе со средствами сбора, передачи, обработки и хранения информации, а так же персоналом, осуществляющим эти действия с информацией.

Информационная технология - система методов и способов сбора, передачи, накопления, обработки, хранения, представления и использования информации.

Информационные ресурсы - весь имеющийся объем информации в информационной системе.

Компания - коммерческая организация, основной целью которой является осуществление экономической деятельности (производственной, торговой, посреднической, финансовой, страховой или иной). Компании могут включать в себя предприятия (заводы, фабрики, шахты и т.п.).

Лицо, принимающее решение (ЛПР) — один или несколько человек (коллектив), на которых лежит ответственность за принятое решение.

Система поддержки принятия решений (СППР) - скоординированный набор данных, систем, инструментов и технологий, программного и аппаратного обеспечения, с помощью которого предприятие собирает и обрабатывает информацию о бизнесе и окружающей среде с целью обоснования управленческих действий.

�