Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕМАТИЧНИХ МАШИН І СИСТЕМ

УДК 65.011.56 : 681.3

УНІФІКАЦІЯ СТРУКТУР, АТРИБУТІВ, ОПЕРАЦІЙ В ІНФОРМАЦІЙНО-МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЯХ ІНТЕГРОВАНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ДИСКРЕТНИМ ВИРОБНИЦТВОМ

05.13.06 - Автоматизовані системи управління та прогресивні

інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

КАПЛУНОВ МИХАЙЛО ІВАНОВИЧ

Київ 2004

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано в Інституті проблем математичних машин і систем НАН України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Литвинов Віталій Васильович, Інститут проблем математичних машин і систем НАН України, завідувач відділу

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Литвинов Валерій Андроникович, Інститут проблем математичних машин і систем НАН України, провідний науковий співробітник

кандидат технічних наук, Ігнатенко Петро Петрович, Інститут програмних систем НАН України, завідувач відділу

Провідна установа: Національний технічний університет України "КПІ" Міністерства освіти і науки, м. Київ, кафедра "Математичне моделювання економічних систем"

Захист відбудеться 06.10.2004 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.204.01 в Інституті проблем математичних машин і систем НАН України за адресою: 03187, Київ-187, проспект Академіка Глушкова, 42.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Інституту проблем математичних машин і систем НАН України за адресою: 03187, Київ-187, проспект Академіка Глушкова, 42.

Автореферат розіслано 29.07.2004 року

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук Ходак В.І.

Загальна характеристика роботи

Актуальність роботи. Виробничі підприємства складають фундамент економіки будь-якого суспільства. Питання контролю за виробництвом продукції й управління підприємством набувають першорядного значення в умовах переходу від індустріального суспільства до інформаційного, що є однією з провідних тенденцій в усіх розвинутих країнах світу. В основу базової ідеології сучасної системи управління підприємством покладено систему планування ресурсів підприємства (ERP - Enterprise Resource Planning).

Класична система ERP у залежності від конкретної реалізації розробником програмного забезпечення і від спрямованості на визначений тип підприємства може містити в собі декілька обов'язкових модулів, і серед них - модулі управління виробництвом.

Сьогодні на вітчизняному ринку присутні чи прагнуть закріпитися лідери серед західних ERP-систем: R3, BaanIV (BaanErp), Oracle Applications, OneWorld, PeopleSoft. Це так звані "важкі" корпоративні інформаційні системи. Крім того, на ринку присутня велика кількість "середніх" західних корпоративних інформаційних систем: Axapta, Scala, e by Exiptor тощо. Однак надто велика вартість ліцензій на західні програмні продукти не дозволяє використовувати їх масово в сучасній українській промисловості.

На сучасному ринку програмних продуктів, що підтримують ідеологію систем управління підприємством, присутні десятки систем вітчизняних виробників програмного забезпечення і розробників корпоративних інформаційних систем (КІС) із ближнього зарубіжжя. Як це не дивно, в системах, ідеологія яких від початку була призначена саме для управління промисловою діяльністю підприємств, на даний час компоненти управління виробництвом є другорядними або відсутні зовсім. Можна констатувати, що серед вітчизняних КІС, наявних на ринку, практично немає систем, які містять повноцінний компонент управління виробництвом.

Саме ця нагальна потреба комплексного розв'язання проблем управління виробничою діяльністю підприємств у вітчизняних програмних продуктах з розумною ціновою нішею такого рішення, доступного масовому вітчизняному споживачу, прості рішення розробки і експлуатації подібних систем і визначили вибір теми, структуру і зміст дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках науково-дослідних робіт, що проводилися в Інституті проблем математичних машин і систем Національної академії наук України відповідно до державного замовлення на науково-дослідну роботу "Реструктуризація галузевих промислових підприємств в умовах розвитку і стабілізації економіки України" (2002-2004 роки), державний реєстраційний номер 0102U003847. Основні результати дослідження подані у звіті про виконання НДР і в даній дисертаційній роботі. Багато положень дослідження вже реалізовані у формі програмних продуктів і знайшли практичне застосування в ряді організацій і підприємств України та Росії.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи полягає в обґрунтуванні уніфікації структур об'єктів управління дискретним виробництвом, уніфікації атрибутів і операцій, що реалізують ці уніфіковані структури, в обґрунтуванні застосування для них можливостей і апарату методів сіткового планування й управління при календарному плануванні виробничих замовлень на промисловому підприємстві з дискретним виробництвом. Крім цього, в дисертації проведено дослідження, аналіз, обґрунтування концепції і розроблений комплекс інформаційно-математичних моделей, програмно-технологічних комплексів, що в сукупності дозволяють розв'язати більшість проблем управління виробничою діяльністю підприємств.

Для досягнення мети в роботі були поставлені і досліджені такі провідні задачі:

· дослідити існуючі інформаційні моделі об'єктів управління дискретним виробництвом, обґрунтувати й запропонувати уніфіковану модель об'єктів управління дискретним виробництвом;

· обґрунтувати й уніфікувати базові атрибути й операції класів, що реалізують таку уніфіковану модель об'єктів управління;

· обґрунтувати уніфіковану операцію "розвузлування" для уніфікованої моделі об'єкта виробництва, що зберігає в результатах операції топологію ієрархічної структури об'єкта управління; розробити алгоритм такої операції;

· показати, що уніфікована операція "розвузлування" є базовою для більшості інформаційно-математичних моделей, які реалізують функції управління виробничою діяльністю підприємства;

· дослідити і проаналізувати формалізовані системи розрахунку планованих витрат у виробництві продукції для уніфікованої моделі об'єктів управління;

· дослідити і проаналізувати алгоритм формування плану виробництва в зоні "ризику" для уніфікованої моделі об'єктів управління;

· дослідити формалізовану модель календарного планування виробничого плану для уніфікованої моделі об'єктів управління;

· дослідити, обґрунтувати й запропонувати інтерфейс між моделлю календарного планування і результатами "розвузлування" для уніфікованої моделі об'єктів управління;

· дослідити модель оперативного управління основним виробництвом.

Об'єкт дослідження становлять системи автоматизації процесів управління промислових підприємств з виробництвом дискретного типу.

Предметом дослідження є інформаційно-математичні моделі управління виробничими процесами.

Методи дослідження. В основу методики дослідження покладено методологію наукового пізнання і її конкретні втілення в різних прикладних напрямках математики, кібернетики, економіки, інформатики й системотехніки. Так, теоретичну й методологічну основу вирішення блоку завдань структурування й моделювання предметної галузі склали методи системного аналізу та математичного моделювання.

Розробка математичних моделей і методів планування спиралася на теорію оптимального управління.

Інформаційну базу дослідження склали планові, нормативні, облікові і статистичні дані, взяті зі звітних документів ряду науково-дослідних і проектно-конструкторських організацій системи Національної академії наук України, а також фактичні дані, отримані шляхом розробки, впровадження й експлуатації автоматизованих систем управління підприємством на різних підприємствах України та Росії.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

· запропоновано нове визначення поняття ресурсу, при цьому розроблений універсальний інтерфейс для опису взаємозв'язку і взаємодії різних типів ресурсів з виробничим компонентом системи управління підприємством;

· розроблено уніфіковану модель об'єкта управління дискретного виробництва, характерною рисою якої є введення причинно-наслідкової залежності у використанні ресурсів різних типів і універсальна операція "розвузлування" як головна операція обробки інформації. Ці особливості дозволяють моделювати об'єкт управління за допомогою дерева ресурсів, що становить новий підхід у моделюванні дискретних виробничих систем;

· розроблено детальний алгоритм операції "розвузлування" об'єкта управління з нескінченним числом рівнів входжуваності ресурсів і зі збереженням топології ієрархічної структури об'єкта управління;

· розроблено комплекс інформаційно-математичних моделей, що дозволяє автоматично формувати сітковий графік виконання виробничого плану на базі інформації про уніфікований об'єкт управління, з використанням операції "розвузлування" і перетворенням дерева "розвузлування" в орієнтований граф. Обґрунтовано і доведено достатність запропонованого пакету інформації про уніфікований об'єкт управління для повноцінного функціонування системи управління виробничими процесами;

· розроблено комплекс інформаційно-математичних моделей, що дозволяють здійснювати рішення базових виробничих задач, а саме: розрахунок потреби в ресурсах, розрахунок планової собівартості виробів, управління ціноутворенням, формування календарного плану-графіка виробництва.

Практичне значення одержаних результатів. Основні положення й висновки, зроблені протягом виконання дисертаційної роботи, спрямовані на використання й застосування сучасних інформаційних технологій в управлінні виробничими процесами на підприємстві. Результати даного дослідження покладено в основу кількох програмно-організаційних комплексів управління виробничими процесами, які використовувалися на практиці на промислових підприємствах України і Росії, а саме: на судоремонтному заводі "Нерпа", м. Мурманськ-60, Мурманська область, Росія; на заводі "Південгідромаш", м. Бердянськ, Запорізька область; ВАТ "Бердянські жниварки", м. Бердянськ, Запорізька область; ЗАТ "Азовкабель", м. Бердянськ, Запорізька область. Результати робіт використовуються в навчальному процесі при проведенні лекцій, лабораторних і практичних робіт з курсів "Корпоративні інформаційні системи", "Організація баз даних і знань" і "Проектування економічних інформаційних систем" для студентів спеціальностей 7.080401 - "Інформаційні управляючі системи і технології", 7.080403 - "Програмне забезпечення автоматизованих систем", 7.050201 - "Менеджмент організацій" у Бердянськом інституті підприємництва.

Ці результати можуть бути використані фірмами-розробниками програмного забезпечення, проектними організаціями, фахівцями комп'ютерних департаментів підприємств та інших структур, що спеціалізуються на розробці корпоративних інформаційних систем, для вдосконалення управління виробничими процесами в корпорації, раціонального використання ресурсів підприємств, стабілізації економічного становища й досягнення інших позитивних орієнтирів.

Особистий внесок здобувача. Наукові положення, основні теоретичні і практичні результати, висновки, рекомендації, що викладені в дисертації та виносяться на захист, здобуті автором самостійно. Вони оприлюднені у національних і міжнародних фахових виданнях, на міжнародних та національних конференціях. У роботі [5], що виконана спільно з Рудницьким В.М., Телєгіним В.Г. та Шелигановим О.В., автором особисто визначено моделі й алгоритми та виконано розробку автоматизованої системи управління машинобудівельним виробництвом.

У матеріалі конференції [7] переліку публікацій здобувачем самостійно проведена розробка та запропонована методична основа розрахунку собівартості продукції на базі "точки беззбитковості", а також запропонована методика формування плану виробництва в зоні "ризику".

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення дисертації і практичні результати дослідження доповідалися, обговорювалися та отримали позитивний відгук на науково-технічній конференції "Випуск планово-технологічної документації для цехів верфі и машинобудівельного виробництва у системі АСКП" (м. Миколаїв, 1986 р.), на I Всеукраїнській конференції студентів і аспірантів "Сучасні технології ведення бізнесу в Україні" (м. Київ, 2002 р.), на VIII Міжнародній науково-практичній конференції "Інформаційні технології в економіці, менеджменті і бізнесі" (м. Київ, 2003 р.), на VI Міжнародній науково-технічній конференції "Авіа-2004" (м. Київ, 2004). розвузлування управління операція уніфікований

Публікації. За темою дисертації опубліковано 5 статей у фахових виданнях (4 - одноосібні), серед них 3 у виданнях, рекомендованих ВАК України для спеціальності 05.13.06, з них 3 - одноосібні та 3 тези доповідей на наукових конференціях.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел зі 116 найменувань та додатків. Загальний обсяг дисертації становить 143 сторінки, вона містить 7 таблиць, 51 рисунок та 5 додатків на 22 сторінках.

Основний зміст роботи

Надалі при описі роботи буде використовуватися об'єктно-орієнтована парадигма.

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовані основна мета і завдання дослідження, визначена наукова новизна і практична цінність роботи; проведено аналіз моделей, методів і підходів, використаних у дисертації; обґрунтовано обраний напрямок дослідження; наведено структуру і короткий зміст розділів роботи, а також дані про апробацію роботи, публікацію її результатів, використання результатів проведених досліджень у промисловості. Визначено конкретний особистий внесок здобувача в розробки, виконані й опубліковані разом зі співавторами.

У першому розділі проведено аналіз сучасних підходів до впровадження інформаційних технологій на підприємствах України та напрямки, за якими вже проводились дослідження. У розділі подані узагальнені результати аналізу сучасного стану проблеми автоматизації процесу управління підприємствами. Зроблено огляд літератури, обґрунтовується вибір напрямку дослідження, проаналізовані та зіставлені існуючі підходи до розробки систем інформаційно-логічного моделювання.

У другому розділі наводяться провідні положення теорії великих систем, до яких, без сумніву, належать промислові підприємства. Узагальнено відомості про структуру й систему управління підприємством. Відзначено, що сутність сучасних підходів до розробки систем управління полягає в тому, що проект (план виробництва, виробниче замовлення, партія виробів) розглядаються у процесі існування життєвого циклу проекту, а сам проект інтерпретується як інформаційний об'єкт, що змістовно і структурно змінюється у процесі формування, планування й виконання.

Процес виконання виробничого замовлення (плану, партії) може бути описаний упорядкованою послідовністю станів виробничого замовлення, останній з який становить готову продукцію, тобто

… … … , (1)

де - початковий стан виробничого замовлення; - кінцевий стан замовлення - готова продукція на складі готової продукції.

Стани (t= ) упорядковані за значенням деякої оцінки завершеності процесу реалізації замовлення Z( ),

Z( ) < Z( ) < … < Z() < … < Z(), (2)

яка монотонно зростає. Зростання завершеності процесу зумовлено збільшенням інформації про стан замовлення в міру наближення до кінцевого стану .

Кожний стан може бути представлений елемент декартового простору х

= +, (3)

де відбиває зміст завершеної частини виробничого замовлення, а - зміст його незавершеної частини, причому + завжди дорівнює 1. При цьому зрозуміло, що завершена частина наступного стану цілком включає завершену частину попереднього стану

< < … < < … < , (4)

а незавершена частина попереднього стану включає незавершену частину наступного стану

> > … > > … >. (5)

Збільшення завершеної частини процесу при переході з у дорівнює зменшенню його незавершеної частини, тобто

Z( ) - Z( ) = ( ) - ( ), (6)

де () - деяка оцінка, що характеризує незавершеність процесу реалізації замовлення у стані .

Побудова інформаційно-логічної моделі процесу реалізації виробничого замовлення припускає деталізацію послідовності станів (1), що задовольняє обмеженням (2 - 6). Ця деталізація може мати кілька рівнів ієрархії.

Однак практичне розв'язання поставленого завдання не є настільки очевидним і пов'язано із цілою низкою труднощів. Так, у (2) ми припустили існування деякої узагальненої оцінки завершеності процесу реалізації замовлення (іншими словами деякого узагальненого показника завершеності процесу) Z( ) і наявність однозначної відповідності між кожним проміжним станом і значенням цього показника

Z( ), t = . (7)

Однак у реальності такої узагальненої оцінки не існує і для виділення різних станів (1) встановлюється сукупність так званих істотних параметрів {, , …, }, кожний з який характеризує завершеність процесу з якоїсь однієї визначеної сторони. Тоді множина можливих значень стану завершеності процесу визначається декартовим добутком

Z = x x …x , (8)

яке варто розглядати як простір істотних параметрів.

Простір станів можна розглядати як трифазний простір з такими координатами: час, узагальнений кількісний параметр, узагальнений якісний параметр.

Будемо вважати при реалізації виробничого замовлення, що з кількісної сторони завершеність виготовлення визначається узагальненим параметром r, а з якісної - узагальненим параметром g.

Реалізація виробничого замовлення полягає в тому, що на кожному кроці t виконуються деякі процедури u(t), що визначають значення r(t) і g(t) і забезпечують перехід замовлення зі стану (, ) у стан (, ). При цьому очевидно, що на u(t) кожного кроку проектування t = накладаються певні обмеження. Інакше кажучи, u(t) може набувати значення з деякої множини можливих процедур на цьому кроці U(t), тобто

u(t) U(t), t = . (9)

Продукція, що випускається, завжди повинна відповідати певним технічним умовам (вимогам), чи стандартам. Це означає, що значення параметрів і повинні належати певній області

(, ) (, ). (10)

Реалізація виробничого замовлення U = <u(1), u(2), …, u(t), …, u(n)> що складається із покрокових множин процедур, буде припустимою, якщо вона переводить замовлення з початкового стану (, ) у кінцевий стан (, ), що задовольняє умові (10).

На практиці елементарним кроком реалізації виробничого замовлення (плану, партії) є технологічна операція на виробничому етапі життєвого циклу. Для дискретного виробництва технологічні процеси є послідовними за своєю сутністю і мають причинно-наслідкову залежність від ієрархічної структури виробів. Моделювання об'єкта управління у вигляді послідовності календарно запланованих технологічних операцій, об'єднаних причинно-наслідковою залежністю, дозволило б розв'язати завдання моделювання управління протягом виробничого процесу.

Якщо залишити за рамками даного дослідження процеси технічної та матеріальної підготовки виробничого замовлення до виконання та сконцентрувати увагу на виробничому процесі виготовлення продукції за замовленням, то найбільш коректно керувати проектом (виробничим замовленням) можна, використовуючи моделі методів сіткового планування й управління. Тоді завдання календарного планування й управління виробничим замовленням буде зведене до складання сіткового графіка виробничого процесу, його розрахунку та управління сітковим графіком у процесі виробництва.

У третьому розділі розглянуті існуючі і застосовувані інформаційно-логічні моделі об'єктів управління дискретним виробництвом. Відзначено, що на ринку вкрай мало програмних продуктів, які реалізують функції управління виробничими процесами. Наявні програмні продукти, що реалізують функції управління виробничими процесами, використовують різні інформаційно-логічні моделі для розмежувального моделювання об'єктів виробничих замовлень, планів виробництва, партій деталей, конструкторської й технологічної документації в тому чи іншому вигляді. Таке розмежувальне моделювання та реалізація використовуваних моделей неминуче ускладнюють і здорожують проект системи, її розробку, реалізацію й експлуатацію.

Відзначається, що існуючі виробничі системи або взагалі не мають у своєму складі компонента календарного планування Shop Flow Control (диспетчування/управління виробництвом), або використовують різні обмеження і спрощення для одержання кінцевого результату в компоненті календарного планування.

Аналізуючи існуючі та використовувані інформаційні моделі об'єктів управління дискретним виробництвом, не можна не відзначити, що проглядається чітка конструкційна ієрархія зі ступенем залежності 1:n по ланцюжку "план виробництва" "виробниче замовлення" "виріб" "вузол" "деталь". Така ж ієрархія існує і в технології зі ступенем залежності 1:n по ланцюжку "технологічний маршрут" "технологічна операція" "технологічний перехід" "прості технологічні ресурси", причому на рівні ієрархії "технологічна операція" існує лінійна причинно-наслідкова залежність проходження одних операцій за іншими. Однак, продовжуючи логічні міркування, не можна не побачити, що існує й ієрархічна залежність по ланцюжку "виріб (вузол, деталь)" "технологічний маршрут".

Ресурси - фізичні, матеріальні, фінансові чи технологічні сутності, обробляючи, застосовуючи і використовуючи які користувач може створювати нові сутності, в тому числі й ресурси. Кожний ресурс - це клас об'єктів зі своїм набором атрибутів і операцій. Зовнішній інтерфейс ресурсу - це доступна потужність ресурсу у виробничому такті.

Аналізуючи викладене вище, неодмінно приходимо до висновку, що об'єкт управління виробництвом може бути змодельований у вигляді дерева ресурсів, які використовуються при його виробництві, і в такій моделі вузол дерева (на будь-якому рівні ієрархії) акумулює в собі всі використані для його виробництва ресурси поточного і більш низьких рівнів ієрархії.

Із запропонованої моделі випливає, що будь-який вузол об'єкта управління в системі управління виробництвом можна представити у вигляді простого дворівневого дерева. У цілому модель об'єкта управління може бути описана за допомогою схеми залежності входження одних видів об'єктів управління в інші і схеми відношень об'єктів управління.

Схема залежності об'єктів управління такої моделі - відношення, що відображає, які види об'єктів управління припустимі до використання на більш низькому рівні ієрархії моделі.

Конкретна входжуваність об'єктів управління в батьківський об'єкт управління може бути описана відношенням, у якому будуть задані взаємозв'язки між об'єктами управління. Причому, таке відношення може формально описати об'єкт виробництва в цілому: і конструкцію, і технологію. Така схема відношень у ресурсній моделі між об'єктами управління використовує "схему залежності" для коректної адресації до об'єктів ресурсів.

Рис. 3.1 Схема відношень об'єктів управління

Клас "Схема відношень" не накладає ніяких обмежень на використовувані в моделі об'єкти ресурсів. Загальна схема уніфікованої моделі об'єкта управління представлена на рис. 3.2.

Можна наочно побачити, що до вже сформованої моделі об'єкта виробництва легко додати новий ресурс. Для цього описується клас нового ресурсу, потім він вводиться у "Схему залежності" об'єктів, і додаються кортежі в "Схему відношень" між об'єктами.

Рис. 3.2 Уніфікована модель об'єкта управління

Важливою перевагою такої моделі об'єкта управління, крім простоти опису і складання, є можливість використання єдиного уніфікованого алгоритму обробки використовуваної інформації - "розвузлування". "Розвузлування" - це метод класу "Схема відношень". Метод "розвузлування" дозволяє представити об'єкт управління (дерево) у вигляді лінійно-залежного зв'язаного списку об'єктів ресурсів.

Запропонований алгоритм методу "розвузлування" і структура зовнішнього подання результатів роботи методу, на відміну від більшості аналогічних алгоритмів, що використовуються, дозволяє, крім розв'язання традиційної задачі "Склад об'єкта управління", вирішити ще одне надзвичайно важливе для виробництва завдання - зберегти у зв'язаному списку топологію ієрархічної структури виробу, тобто причинно-наслідкову залежність проходження і входження одних ресурсів в інші. Саме цей фактор і дозволяє говорити про можливість автоматичної побудови сіткового графіка виготовлення виробу, а через нього - і про автоматичну побудову сіткових графіків виготовлення виробничих замовлень і плану виробництва в цілому.

У четвертому розділі подані інформаційно-математичні моделі для розв'язання провідних завдань управління дискретним виробництвом, що базуються на запропонованій уніфікованій ресурсній моделі об'єкта управління.

Задачі розрахунку загальної потреби в будь-якому типі ресурсів для уніфікованої моделі об'єкта управління зводяться до простого підрахунку кількісних атрибутів у листах і вузлах дерева "розвузлування" (за відповідними рядками зв'язаного списку результату операції "розвузлування"). Це, вочевидь, і є однією з найістотніших переваг запропонованої уніфікованої моделі об'єкта управління - максимально спрощений алгоритм вирішення задач розрахунку потреб у будь-якому типі ресурсів.

Сітковий графік виготовлення виробу в явному вигляді відсутній у конструкторській і технологічній документації, і це є найбільш серйозною перешкодою для широкого використання методів сіткового планування й управління у виробництві. Але при цьому будь-яка виробнича система має самодостатню інформацію для автоматичної побудови сіткового графіка виконання виробничого плану (замовлення, виробу), його розрахунку, оптимізації та перепланування. Задача зводиться до перетворення складу об'єкта управління в сітковий графік виготовлення. Як уже відзначалося вище, метод "розвузлування" для уніфікованої моделі об'єкта управління дозволяє представити ієрархічно-послідовну структуру об'єкта управління у вигляді лінійного зв'язаного списку об'єктів ресурсів, причому цей список диктує чітку взаємну зумовленість слідування вузлів і деталей. Це є зрозумілим: збирання виробу неможливо провести без виготовлення необхідних вузлів і деталей і так далі донизу за ієрархією.

Саме ця взаємна зумовленість слідування вузлів і деталей дозволяє говорити про можливість перетворення результатів "розвузлування" в орієнтований граф, тобто фактично в сітковий графік виготовлення виробу (замовлення, плану). Задача в класичному табличному поданні сіткового графіка (дуга - технологічна операція, подія - стан об'єкту до і після технологічної операції) зводиться до доповнення результатів "розвузлування" фіктивними роботами з тривалістю 0 для формування вхідної вершини графа та розробки алгоритму нумерації вершин графа з метою забезпечення твердого дотримання нумерації подій і < j.

Маючи коректно автоматично побудований сітковий графік виконання виробничого плану (замовлення, виробу, вузла, деталі) і використовуючи вже широковідомі алгоритми й методи сіткового планування, можна одержати всі параметри графіка (при різних варіантах розрахунку як "від початку", так і "від кінця"): критичний час і критичний шлях, мінімальні й максимальні терміни настання подій, резерви часу. Більше того, для сіткових графіків виробничих планів і замовлень можна провести оптимальний за часом розподіл обмежених ресурсів, і в ньому братимуть участь усі виробничі замовлення (вироби), що мають статус "у виробництві".

Із підсистеми управління виготовленням партій деталей і вузлів буде постійно відбуватися "підживлення" інформацією про виконання тих чи інших технологічних операцій (цілком або частково за фактично використаний час), а це означає, що вже сформована таблиця сіткового графіка в будь-який момент буде готова до перерахунку й перерозподілу ресурсів.

Розрахунок планованих витрат і планової собівартості продукції є найважливішим елементом техніко-економічного планування на підприємстві. Одним із можливих варіантів розрахунку планової собівартості є нормативний розрахунок планової собівартості продукції, при якому проводиться точний розрахунок базових статей калькуляції собівартості (сировина і матеріали, зарплата основного виробничого персоналу й розраховуються інші статті калькуляції як процентне відношення від величин цих базових статей. Розрахунки витрат на сировину, матеріали і зарплату основного виробничого персоналу здійснюються на базі інформації уніфікованої моделі об'єкта управління (розрахунок потреби в ресурсах) із застосуванням універсальної операції "розвузлування", саме цим забезпечується коректність сполучення моделей об'єкта управління і планової собівартості. Можливість гнучкості при формуванні уніфікованої моделі об'єкта управління дозволяє на основі парадигми систем підтримки прийняття рішень розв'язувати задачу "Управління ціноутворенням продукції". Маніпулюючи параметрами, що входять до загальної формули розрахунку планової собівартості, користувач має можливість здійснювати варіантні розрахунки планової собівартості, запам'ятовувати й аналізувати ці варіанти.

У світлі сучасних вимог до ефективності облікових систем, украй бажаним, крім розрахунку безпосередньо самої планової собівартості, було б проведення аналізу співвідношення прибутку, витрат і обсягу продажів.

У найпростішому випадку такий аналіз може бути проведений на основі розрахунку точки беззбитковості (тобто точки, в якій витрати дорівнюють виторгу від реалізації тієї чи іншої продукції).

Точка беззбитковості для конкретної продукції, з урахуванням обмежень і допусків у зоні релевантності, може бути визначена за наступною формулою:

= ,

де - постійні витрати для виробництва i-го виду продукції; - планована ціна реалізації; - перемінні витрати для виробництва i-го виду продукції.

Як видно з формули, для можливості проведення подібних розрахунків необхідно мати дані про прямі і непрямі плановані витрати на виробництво кожного виду продукції.

Крім цього, проведення аналізу за точкою беззбитковості вимагає фіксування прогнозованого обсягу виробленої продукції, прогнозованого обсягу й ціни реалізації, проведення розрахунків собівартості й аналізу поведінки витрат, прибутку й обсягу прогнозованих продажів.

Один з аспектів проблеми полягає безпосередньо в самому перерозподілі постійних витрат. Перерозподіл постійних витрат пропорційно до прямих витрат на виробництво планованих обсягів окремих видів продукції не враховує поточного попиту на окремі види продукції. Здається досить логічним, що продукція, яка користується підвищеним попитом, повинна мати в собівартості і більшу частку перерозподілених постійних витрат підприємства. Тоді більш природним виглядає наступний алгоритм перерозподілу постійних витрат:

· загальна сума постійних витрат перерозподіляється між групами попиту по планованій номенклатурі випуску відповідно до коефіцієнта попиту для кожної групи попиту;

· усередині кожної групи попиту продукції перерозподіл постійних витрат робиться пропорційно до прямих витрат на виробництво планованих обсягів окремих видів продукції в групі.

- коефіцієнт попиту для кожної i-тої групи попиту (запроваджується нове поняття).

Виробнича планова собівартість визначається як

= + .

Перемінні витрати для виробництва i-го виду продукції:

= + .

Прямі витрати ( - витрати на матеріали і комплектуючі і - зарплата основного виробничого персоналу при виробництві i-го виду продукції для уніфікованої моделі) розраховуються стандартною задачею щодо розрахунку потреби в ресурсах.

Використовуючи запропонований вище алгоритм перерозподілу загальної суми постійних витрат, можна одержати частку постійних витрат для кожного i-го виду продукції в групі поточного попиту , і тоді ми одержуємо всю необхідну інформацію для розрахунку планової собівартості й точки беззбитковості для кожного виду продукції.

Подібна методика розрахунку може бути застосована як для прогнозованих, так і для фактичних варіантів розрахунку собівартості продукції.

Формування плану виробництва є найважливішим завданням автоматизованої системи управління підприємством. При роботі промислового підприємства лише "під замовлення" такої проблеми не існує взагалі. Однак будемо виходити з того, що для певного періоду планування фірма вже має сформований портфель комерційних замовлень, і вище керівництво фірми припускає інвестування у виробництво деяку суму грошей, не забезпечену замовленнями ( - сума "ризику" - обсяг виробництва, не забезпечений замовленнями), інтуїтивно передбачаючи можливість компенсувати витрати й дістати визначений прибуток, зумовлений очікуваним підйомом попиту на продукцію фірми на ринку.

Побудуємо алгоритм формування плану виробництва виходячи з ефективності виробництва різної номенклатури продукції, для чого введемо поняття - коефіцієнта ефективності виробництва для кожного i-го виду продукції:

= ,

де - сумарна трудомісткість виготовлення i-го виду продукції; - повна планова собівартість i-го виду продукції.

З формули очевидна сутність коефіцієнта, що вводиться. В ідеальному варіанті показує прибуток підприємства в розрахунку на одиницю праці основного виробничого персоналу.

До плану обов'язково включається номенклатура, забезпечена комерційними замовленнями ( - обсяг виробництва, забезпеченого замовленнями, для планового періоду t). Тоді після включення до плану номенклатури "портфеля замовлень" одержимо залишки обмежених за потужністю ресурсів (для кожного k-го ресурсу). Розрахунок необхідної кількості ресурсів в обсязі "портфеля замовлень" одержуємо стандартним способом через операцію "розвузлування".

Потім циклічно проводимо розрахунки (кількість i-го виду продукції у виробництві в обсязі ризику) у порядку убування j - номерів груп поточного попиту, а усередині кожної групи в порядку убування - коефіцієнтів ефективності виробництва.

Розрахунковий крок:

= . (11)

При > 0 робимо перевірку на задоволення залишку суми "ризику"

* ( - залишок суми "ризику", на першому кроці =). (12)

використовуємо або як отриману вищеописаним способом, або як збережену для даної продукції, якщо ця номенклатура продукції не входила до номенклатури „портфеля замовлень".

При необхідності проводимо зменшення до виконання умови (12).

При + > , за планову величину випуску i-го виробу приймаємо = , у протилежному випадку = + ( - максимальна реальна планована кількість до реалізації в поточній групі попиту).

По завершенні визначаємо залишки обмежених за потужністю ресурсів:

= - ( * ),

= - ( * ).

При ( > 0) і ( >0) повторюємо розрахунковий крок для нового виробу з умови (11).

Легко побачити, що подібним алгоритмом розрахунку номенклатури плану при роботі в зоні „ризику" ми враховуємо поточний попит на продукцію і ефективність виробництва. Також очевидно, що сформований подібним чином план з використанням коефіцієнта ефективності виробництва припускає одержання максимального прогнозованого прибутку.

Висновки

Головним результатом дисертаційної роботи є розробка наукових і методичних засад створення автоматизованих систем управління виробництвом на базі уніфікації моделі об'єкта управління. У процесі дослідження, спрямованого на досягнення зазначеної мети, автором отримані такі наукові і практичні результати:

1. Досліджено сутність ресурсів, запропоноване нове визначення поняття ресурсу, при цьому розроблений універсальний інтерфейс для опису взаємозв'язку і взаємодії різних типів ресурсів з виробничим компонентом системи керування підприємством.

2. Обґрунтовані й запропоновані уніфікована модель об'єкта управління дискретним виробництвом, атрибути й операції класів такої моделі. Розроблено алгоритм ключової операції для такої моделі об'єкта управління дискретним виробництвом "розвузлування" зі збереженням топології дерева об'єкта управління. Запропоновано уніфікований алгоритм розрахунку ресурсів, необхідних для виробництва промислового виробу. Ці особливості дозволяють моделювати об'єкт керування за допомогою дерева ресурсів, що виявляє собою новий підхід у моделюванні дискретних виробничих систем. Реалізація такої моделі означає, що інформація про об'єкти керування різного типу може зберігатися в одній таблиці й оброблятися одною універсальною операцією "розвузлування".

3. Запропоновано комплекс інформаційно-математичних моделей завдань оперативно-календарного планування процесу виробництва. Обґрунтовано й запропоновано інтерфейс між уніфікованою моделлю об'єкта управління виробництвом та моделлю календарного планування. Обґрунтовано можливість підтримки в стані оперативного перерахунку матриці сіткового графіка плану виробництва.

4. На основі уніфікованої моделі об'єкта управління дискретного виробництва розроблений ряд алгоритмів, що дозволяють здійснювати розрахунки планової собівартості виробництва виробу, виробничого замовлення, плану виробництва. Запропоновано концепцію системи управління ціноутворенням виробу. Показано можливість формування конструкції та технології виготовлення виробів під вимоги покупця і, відповідно, планування ресурсів, синхронізованих із покупцем (CSRP);

5. Показано можливість формування на етапі оперативного управління виробничими процесами компоненти прямих (перемінних) витрат у фактичній собівартості продукції. Уже на етапі приймання продукції на склад готової продукції вироби можуть мати повноцінні базові компоненти фактичної вартості використаних ресурсів. Задача розрахунку фактичної собівартості зводиться до перерозподілу постійних витрат підприємства на виготовлену в плановому періоді продукцію.

6. На основі уніфікованої моделі об'єкта управління дискретного виробництва запропонований і розроблений алгоритм формування плану виробництва в зоні "ризику".

Зазначені результати дослідження знайшли практичне застосування в роботі ряду промислових підприємств і пройшли належну наукову апробацію на семінарах і конференціях. Окремі положення роботи використовуються в навчальному процесі при підготовці инженерів-системотехніків у Бердянському інституті підприємництва.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Каплунов М.И. Унифицированная модель объекта управлення дискретного производства // Математичні машини і системи. 2003. №3- 4. С. 161-169.

2. Каплунов М.І. Управління дискретним виробництвом в зоні "ризику" // Науково-технічна інформація. 2004. №1. С. 41-45.

3. Каплунов М.И. Календарное планирование для унифицированной модели обьекта управлення дискретного производства // Математичні машини і системи. 2004. №1. С. 76-85.

4. Каплунов М.И. Управление ценообразованием вьпускаемой продукции // Вісник Сумського національного аграрного університету. 2002. №1- 2. С. 43-50.

5. Автоматизация технологической подготовки производства в судоремонтне / М.И. Каплунов, В.М. Рудницкий, В.Г. Телегин, А.В. Шелыганов // Технология судостроения. 1987. №9. С. 69-71.

6. Каплунов М.И. Календарное планирование в интегрированной производственной системе // Сучасні технології ведення бізнесу в Україні: Матеріали І Всеукраїнської конференції студентів і аспірантів. Київ: Національний технічний університет України "Київський Політехнічний Інститут", "Економіка і право". 2002. С. 249-250.

7. Скрыпицын Н.В., Каплунов М.И. "Точка безубыточности" при расчете плановой себестоимости // Інформаційні технології в економіці, менеджменті і бізнесі. Матеріали VIII Міжнародної науково-практичної конференції. Ч.1. К.: Європейський університет, Видавництво Європейського університету. 2003. С. 309-317.

8. Каплунов М.И. Унификация модели, атрибутов, операций для объекта управлення дискретного производства // Авіа-2004. Матеріали VI Міжнародної науково-технічної конференції. Том 1. К.: Національний авіаційний університет, Видавництво Національного авіаційного університету. 2004. С. 13.149-13.152.

Анотація

Каплунов М.І. Уніфікація структур, атрибутів, операцій в інформаційно-математичних моделях інтегрованої системи управління дискретним виробництвом. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. - Інститут проблем математичних машин і систем НАН України, Київ, 2004.

Дисертаційна робота присвячена проблемам створення автоматизованих систем управління дискретним виробництвом на базі уніфікації інформаційно-логічних структур об'єктів управління. Висунуто пропозицію про концептуальну уніфіковану модель об'єктів управління дискретним виробництвом. Пропонується моделювати об'єкт управління у вигляді дерева ресурсів. У такій моделі вузол дерева (на будь-якому рівні ієрархії) акумулює в собі всі використовувані для його виробництва ресурси поточного і більш низьких рівнів ієрархії. Для обробки інформації такої моделі пропонується використовувати уніфіковану операцію "розвузлування". Операція "розвузлування" дозволяє представити об'єкт управління (дерево) у вигляді лінейно-залежного зв'язаного списку об'єктів ресурсів, зберігаючого топологію ієрархічної структури виробу, тобто причинно-наслідкову залежність проходження і входження одних ресурсів в інші.

Розроблено інформаційно-математичні моделі для рішення основних задач управління дискретним виробництвом, а саме: розрахунок потреби в ресурсах; календарне планування виробничих замовлень (плану виробництва); розрахунок планової собівартості (нормативний і за "точкою беззбитковості"); формування плану виробництва в зоні "ризику".

Ключові слова: автоматизована система управління виробництвом, уніфікована модель об'єкта управління, "розвузлування", ресурси, потреба в ресурсах, календарне планування, планова собівартість, "точка беззбитковості".

Аннотация

Каплунов М.И. Унификация структур, атрибутов, операций в информационно-математических моделях интегрированной системы управления дискретным производством. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Институт проблем математических машин и систем НАН Украины, Киев, 2004.

Диссертационная работа посвящена проблемам создания автоматизированных систем управления дискретным производством на базе унификации информационно-логических структур объектов управления с использованием прогрессивных информационных технологий. Выдвинуто предложение о концептуальной унифицированной модели объектов управления дискретного производства (производственного заказа, плана производства, партии изделий). Предлагается объект управления моделировать в виде дерева всех ресурсов, используемых при его производстве. В такой модели узел дерева (на любом уровне иерархии) аккумулирует в себе все используемые для его производства ресурсы текущего и более низких уровней иерархии. Для обработки информации такой модели предлагается использовать унифицированную операцию "разузловка". Операция "разузловка" позволяет представить объект управления (дерево) в виде линейно-зависимого связанного списка объектов ресурсов. Предлагаемый алгоритм операции "разузловка" и структура внешнего представления результатов работы операции, в отличие от большинства используемых алгоритмов, позволяет, помимо решения традиционной задачи "Состав объекта управления", решить ещё одну чрезвычайно важную для производства задачу - сохранить в связанном списке топологию иерархической структуры изделия, то есть причинно-следственную зависимость следования и вхождения одних ресурсов в другие.

Разработаны и предложены информационно-математические модели для решения основных задач управления дискретным производством, базирующиеся на унифицированной ресурсной модели объекта управления.

Задачи расчета общей потребности в любом типе ресурсов для унифицированной модели объекта управления решаются простой подсуммировкой количественных атрибутов в листьях и узлах дерева "разузловки" (по соответствующим строкам связанного списка результата операции "разузловка").

Взаимная обусловленность следования узлов и деталей в линейном связанном списке объектов ресурсов результата операции "разузловка" позволяет говорить о возможности преобразования результатов "разузловки" в ориентированный граф, то есть фактически в сетевой график изготовления изделия (заказа, плана). Задача в классическом табличном представлении сетевого графика (дуга - технологическая операция, событие - состояние объекта до и после технологической операции) вырождается к дополнению результатов разузловки фиктивными работами с продолжительностью 0 для формирования входной вершины графа и разработки алгоритма нумерации вершин графа с целью обеспечения твердого соблюдения нумерации событий i < j. Разработан и предлагается алгоритм автоматического построения сетевого графика производственного заказа (плана производства, партии изделий) на основе результатов унифицированной операции "разузловка". Имея корректно автоматически построенный сетевой график выполнения производственного плана (заказа, изделия, узла, детали) и используя уже широко известные алгоритмы и методы сетевого планирования, можно получить все параметры графика (при различных вариантах расчета как "от начала", так и "от конца") - критическое время и критический путь, минимальные и максимальные времена наступления событий, резервы времени.

Из подсистемы управления изготовлением партий деталей и узлов постоянно будет происходить "подпитка" информацией о выполнении тех или иных технологических операций (полностью или частично по фактически использованному времени), а это означает, что уже сформированная таблица сетевого графика для календарного планирования в любой момент времени будет готова к перерасчету и перераспределению ресурсов.

Разработана и предлагается модель расчета плановой себестоимости на основании нормативов, где прямые расчеты затрат на ресурсы производятся на базе информации унифицированной модели объекта управления. На основе парадигмы систем поддержки принятия решений предложено решение задачи "Управление ценообразованием выпускаемой продукции". Манипулируя параметрами, входящими в общую формулу расчета плановой себестоимости, имеется возможность осуществлять вариантные расчеты плановой себестоимости, запоминать и анализировать эти варианты.

Разработана и предлагается модель расчета плановой себестоимости на основе "точки безубыточности". Прямые затраты при производстве i-го вида продукции для унифицированной модели рассчитываются стандартным образом как потребность в ресурсах. Обоснованы и предложены коэффициенты спроса на группы продукции и коэффициенты эффективности производства продукции. На основе этих параметров разработаны и предложены алгоритмы перераспределения косвенных затрат на себестоимость продукции и формирования плана производства в зоне "риска".

Основным результатом диссертационной работы является разработка научных и методологических основ создания автоматизированных систем управления производством на основе унифицированной модели объекта управления дискретного производства.

Ключевые слова: автоматизированная система управления производством, унифицированная модель объекта управления, разузловка, ресурсы, потребность в ресурсах, сетевое планирование, календарное планирование, плановая себестоимость, "точка безубыточности".

Summary

Kaplunov M.I. Unified structure, attributes and operations in information logical models of discrete production integrated system control. - Manuscript.

The thesis on gaining the candidate degree of technical science in specialty 05.13.06 - automated control systems and progressive information technologies. Institute of Mathematical Machines and Systems NAS of the Ukraine, Kiev, 2004.

...