Інформаційні технології комплексного організаційно-технологічного моделювання проектно-орієнтованих виробництв (на прикладі серійного будівництва)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

05.13.06 - “Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології”

Інформаційні технології комплексного організаційно-технологічного моделювання проектно-орієнтованих виробництв (на прикладі серійного будівництва)

Перевертун Ігор Михайлович

Київ 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі інформаційних технологій Київського національного університету будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Бабіч Віталій Іванович, Київський національний університет будівництва і архітектури, Міністерство освіти і науки України, доцент кафедри інформаційних технологій.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Томашевський Валентин Миколайович, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, Міністерство освіти і науки України, професор кафедри автоматизованих систем обробки інформації та управління;

кандидат технічних наук, доцент Данченко Олена Борисівна, Черкаський державний технологічний університет, Міністерство освіти і науки України, докторант кафедри інформатики та інформаційної безпеки.

Захист відбудеться “22” жовтня 2007 р. о 15:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.002.03 при Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, м.Київ, просп. Перемоги, 37, навчальний корпус №35, аудиторія 006.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”.

Автореферат розіслано “20” вересня 2007 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради О.М.Новіков

1. Загальна характеристика роботи

персонал виробничий автоматизація

Актуальність теми. За останні роки в Україні набули потужного розвитку старі проектно-орієнтовані виробництва (панельне будівництво, ремонт суден та ін.) та з'явилося декілька нових (монолітно-каркасне будівництво, вантажне авіабудування). Кваліфікація фахівців-виконавців цих проектів та якість самих робіт також стали майже зразковими. Що ж стосується організації та управління виробництвом (у невеликій фірмі чи великому холдингу), то тут більше довіряють широкому залученню низькооплачуваних фахівців, ніж електронній техніці, а виробничі збурення (передбачення яких, як правило, не є чиєюсь функцією) “гасяться” за ступенем їх виникнення всіма засобами в авральному порядку з метою недопущення зриву термінів. Подібна недовіра до програмних систем (у т.ч. зарубіжних) є обґрунтованою, оскільки більшість з них суттєво не підвищили ефективності роботи вітчизняного підприємства, в той же час їх вартість є відчутною. Отже, актуальністю теми є:

1. Низька інтерактивна гнучкість та низька практична придатність існуючих організаційно-технологічних моделей виробничих проектів (мережеві графіки, графіки Гантта) та методів вилучення дефіцитів ресурсів (“калібрування”, “згладжування”).

2. Важкорозв'язуваність існуючих підходів до оптимального директивного планування (дискретні моделі об'ємного та об'ємно-календарного планування) та неврахування ними штрафів через дефіцити або складовані надлишки ресурсів.

3. Відсутність єдиного комплексу моделей, методів та інструментальних засобів для наскрізного управління (CAD/CAP/CAM) проектно-орієнтованим виробництвом.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Тема відповідає науковому спрямуванню кафедри інформаційних технологій КНУБА, де виконана робота, а також Державній науково-технічній програмі МОН України №4.2 “Системний аналіз, методи та засоби керування процесами різної природи; методи оптимізації, програмне забезпечення та інформаційні технології у складних системах”.

Мета і задачі дослідження. Метою є розробка моделей, методів і інструментальних засобів для організаційно-технологічного моделювання проектно-орієнтованих виробництв на основі детального багаторівневого опису технології та з використанням мобільних засобів комп'ютеризації, що веде до скорочення персоналу задіяного на технологічній підготовці, плануванні та обліку. Для цього розв'язано ряд задач:

1. Розробка організаційно-технологічної моделі для детального багаторівневого опису виробничих проектів з урахуванням фрагментів і циклів технології, різних технологічних обмежень, комплектів ресурсів, виконавців та інтенсивностей процесів.

2. Створення моделей та підбір алгоритмів для об'ємно-календарного планування виробничих проектів за умов прикладних розмірностей і різних типових ситуацій.

3. Розробка інструментальних засобів для технологічної підготовки та оперативного управління проектно-орієнтованим виробництвом з розрахунку “1 робоче місце - N технологічно незалежних проектів” (де N залежить від галузі та застосування).

4. Розробка підходу до розвитку інформаційних технологій для імітаційного моделювання територіально-розподіленого виробництва з виходом на інтервальні графіки виробництва матеріалів, їх комплектації, транспортування та складування.

Об'єкт дослідження - проектно-орієнтоване виробництво.

Предмет дослідження - моделі, методи та інструментальні засоби для комплексного організаційно-технологічного моделювання проектно-орієнтованих виробництв.

Методи дослідження. Як методи дослідження використано системний підхід, формалізацію, експеримент та порівняння. Системний підхід застосовано при розгляді виробничих і транспортно-накопичувальних процесів підприємства як єдиного комплексного середовища з інтегрованою системою управління. Формалізацію застосовано при розробці лінгвістичних засобів організаційно-технологічного моделювання, а також при описі математичних моделей об'ємно-календарного планування. Експеримент та порівняння застосовано для комплексного аналізу та уточнення теоретичних положень, а також обґрунтування практичної цінності результатів.

Наукова новизна. Новизна результатів полягає в наступних положеннях:

Уперше запропоновано комбінований метод організаційно-технологічного моделювання проектно-орієнтованих виробництв, в основу якого покладено:

а) лінгвістичні засоби детального організаційно-технологічного моделювання, що базуються на згортці метамережевої технології та включають ряд додаткових специфічних елементів (багаторівневі процеси, фрагменти, цикли, технологічні обмеження, виконавці, транспортно-технологічні комплекти, інтенсивність);

б) засоби комбінування лінгвістичних, графових і аналітичних організаційно-технологічних моделей, які об'єднують властивості існуючих моделей (часові, технологічні та ресурсні відношення), а також доповнюють їх залежними ресурсами і процесами (від виконавців, календаря і тривалості робочих днів);

в) наскрізне управління виробництвом (технологічна підготовка, об'ємне та об'ємно-календарне планування, оперативний облік) на основі лінгвістичного інформаційного об'єкта (інформоб'єкта) на зовнішньому носію інформації.

Удосконалено підхід до об'ємно-календарного планування проектно-орієнтованих виробництв за умов обмежених у часі обсягів ресурсів, в основу якого покладено:

а) математичну модель оптимального об'ємно-календарного планування, яка розвинута на основі лінійної згортки критеріїв максимізації освоєних обсягів робіт і мінімізації сумарних дефіцитів ресурсів (інтегрованих і складування);

б) уперше запропоновану модель візуалізації цільової функції, яка об'єднує в одному часовому 2-D гіперграфіку епюри обсягів виробництва, потужностей і трьох дефіцитів ресурсів (інтегрованого, диференційованого, складування).

Модифіковано для різних типових виробничих ситуацій (“жорсткі” пріоритети проектів, “м'які” пріоритети проектів, обмежені дефіцити ресурсів) важкорозв'язувану дискретну задачу об'ємно-календарного планування проектно-орієнтованих виробництв для її розв'язку існуючими поліноміальними алгоритмами.

Практичне значення. Практична цінність результатів полягає в наступному:

Детальний опис лінгвістичної організаційно-технологічної моделі виробничого проекту розмірністю до 100.000 операцій при обмеженні до 500 операцій для існуючих на практиці моделей (мережеві графіки, графіки Гантта) та оперативний розрахунок бізнес-плану проекту (коштів, ресурсів і термінів) на цій основі.

Мінімізація сумарних дефіцитів усіх типів ресурсів шляхом комплексного балансування виробничих проектів на основі ряду методів оптимального об'ємно-календарного планування та методів інтерактивного балансування (наприклад, через організацію “круглого столу” при керівництві компанії або “ділову гру”).

Комплексність технологічної підготовки, планування та обліку на основі наскрізності розрахунку лінгвістичних моделей проектів і комплексного балансування.

Адаптованість підходів до використання на мобільних засобах комп'ютеризації.

Моделювання майбутньої структури територіально-розподіленого виробництва, що включатиме існуючі у великих містах підприємства та віддалені проекти

Особистий внесок здобувача. Усі результати, що захищаються, отримані особисто здобувачем. В опублікованих у співавторстві роботах здобувачеві належать:

1. Розвиток лінгвістичної організаційно-технологічної моделі на основі багаторівневих фрагментів, виконавців, технологічних місць та комплектів ресурсів.

2. Математичне обґрунтування та принцип роботи інтерпретатора лінгвістичної організаційно-технологічної моделі, математична модель розрахунку об'єктної норми проекту (з урахуванням залежних ресурсів і процесів).

3. Класифікація задач і модифікація математичної моделі комплексного балансування для різних типових ситуацій, підбір поліноміальних алгоритмів розв'язання.

4. Розробка, дослідження та впровадження інструментальних засобів.

Апробація. Результати досліджень обговорювалися на 11 конференціях:

IV Всеукраїнська конференція молодих науковців “Інформаційні технології в освіті, науці і техніці” (квітень 2004 р., ЧНУ, м.Черкаси).

Міжнародна наукова конференція “Іноваційний розвиток на основі технологічної зрілості в управлінні проектами” (червень 2004 р., КНУБА, м.Київ).

VI Всеукраїнська науково-практична конференція “Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та освіті” (квітень 2005 р., КЕІ КНЕУ, м.Кривий Ріг).

I Міжнародна наукова конференція “Інтелектуальні системи прийняття рішень та прикладні аспекти інформаційних технологій” (травень 2005 р., ХМІ, м.Євпаторія).

Міжнародна наукова конференція “Управління проектами в розвитку суспільства” (червень 2005 р., КНУБА, м.Київ).

III Міжнародна науково-практична конференція “Сучасні інформаційні технології в економіці і управлінні підприємствами, програмами і проектами” (вересень 2005 р., НАУ “ХАІ”, м.Алушта).

VIII Міжнародна науково-технічна конференція “Контроль і управління в складних системах” (жовтень 2005 р., ВНТУ, м. Вінниця).

II Міжнародна наукова конференція “Інтелектуальні системи прийняття рішень та прикладні аспекти інформаційних технологій” (травень 2006 р., ХМІ, м.Євпаторія).

Міжнародна наукова конференція “Управління проектами - в умовах глобалізації знань” (травень 2006 р., КНУБА, м.Київ).

IV Міжнародна науково-практична конференція “Сучасні інформаційні технології в економіці і управлінні підприємствами, програмами і проектами” (вересень 2006 р., НАУ “ХАІ”, м.Алушта).

XIII Міжнародна наукова конференція з автоматичного управління “Автоматика-2006” (вересень 2006 р., ВНТУ, м. Вінниця).

Публікації. За результатами досліджень видано 14 публікацій, з них 5 статтей у фахових виданнях та 9 тез доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація має вступ, п'ять розділів, висновки та додатки. Повний обсяг дисертації становить 145 сторінок, у тому числі: 43 рисунки, 35 таблиць, з яких 1 на 1 окремій сторінці, список зі 102 літературних джерел на 10 сторінках та 4 додатки на 18 сторінках.

2. Основний зміст роботи

Вступ дисертаційної роботи містить: актуальність теми та її зв'язок з науковими програмами, планами та темами, мету, задачі та методи дослідження, об'єкт та предмет дослідження, наукову новизну, практичну цінність, дані щодо особистого внеску здобувача, а також щодо апробації та публікації результатів.

У першому розділі розроблено класифікацію існуючих практичних задач у СПВ (серійному проектному виробництві) на базі деяких типових підсистем автоматизованої системи управління підприємством, а саме: технологічної підготовки виробництва, формування собівартості, виробничого планування, управління ТНС (транспортно-накопичувальними системами) та оперативного обліку.

На основі порівняльного аналізу ряду існуючих ОТМ (організаційно-технологічних моделей) у проектно-орієнтованому виробництві (графік Гантта, детермінований та альтернативний мережевий графік, циклограма, матрична модель, мережі Петрі, лінгвістичні моделі) виявлено ряд недоліків даних підходів, а саме: складність моделювання циклів і багаторівневих фрагментів (метамережі), жорстке кодування подій моделі, реалізація рівнів директивного та поточного планування різними засобами, працеємке календарне планування, відсутність моделювання ТНС, складність підключення альтернативного та ймовірнісного моделювання проекту.

На основі порівняльного аналізу ряду існуючих моделей об'ємно-календарного планування (ОКП) (балансова модель, моделі В.В.Шкурби, В.Ф.Ситника) також виявлено ряд їх недоліків, а саме: неврахування грошових штрафів від нестачі ресурсів і переповнення складів, експертні (а отже, неточні для конкретного календаря та виконавця) норми витрат ресурсів, неврахування попередньо складованих або дефіцитних обсягів ресурсів, неврахування варіантів технологій проектів.

На основі порівняльного аналізу ряду існуючих методів вилучення дефіцитів ресурсів у виробництві (“калібрування” та “згладжування”) також виявлено ряд недоліків даних підходів, а саме: оптимізація лише за одним ресурсом та одним дефіцитом (диференційованим), неприв'язка до ринкових цін, робота лише з технологічно незалежними комплексами робіт, складність організації “круглого столу” для обгрунтованого “захисту” термінів і розподілу ресурсів між учасниками.

На основі порівняльного аналізу ряду існуючих систем управління проектами (“Primavera Project Planner”, “Spider Project”, “Open Plan” і “Microsoft Project”) також виявлено ряд їх специфічних недоліків, а саме: тривалий час підготовки проектно-кошторисної документації, відсутність гнучкого моделювання ОТМ і ТНС, відсутність засобів розрахунку кошторисів, оптимізація лише за одним ресурсом, відсутність зворотнього зв'язку зі складами та виконавцями, високі апаратні та програмні вимоги.

У другому розділі запропоновано комбінований метод організаційно-технологічного моделювання, в основі якого лежить нова лінгвістична ОТМ - мова “КАРТС”, граматика якої (згідно ієрархії Хомського) належить до 2-го класу.

Як відомо, граматикам 2-го класу (контекстно-вільним) ставиться у відповідність автомат з магазинною пам'яттю, а граматикам 3-го класу (регулярним) - скінченний автомат. Оскільки скінченний автомат є зручнішим інструментом для дослідження на повноту і незбитковість, наведемо регулярні вирази граматики у вигляді класичного скінченного автомата, а вирази, що породжують середню рекурсію (вкладеність операторів), у вигляді магазинного додатка пам'яті до нього

Даний автомат М = (Q, ?, д, q0, qk) включає: Q - множину станів, ? - множину припустимих вхідних символів, д - множину переходів Q*?, q0, qk - початковий та завершальний стани. Алфавітом ? є: F, ; - заголовок та завершення фрагмента, P,. - заголовок та завершення проекту, [, ] - відкриття та закриття відношення, % - відсоток, W - операція, @ - виклик фрагмента, E = {W, @} - процес, ^ - цикл, Т - перерва, " - етап, ¤ - мітка, - фіктивна робота, # - перемикач.

Модифікованість же скінченного автомата полягає в послідовному занесенні елементів алфавіту, що розпочинають середню рекурсію, до магазину пам'яті (стека), а також послідовному їх вилученні тими елементами алфавіту, що її завершують. Слід відмітити, що будь-яка операція зі стеком є невід'ємною складовою відповідного переходу, тому перехід не спрацьовує у випадку неможливості її здійснення. Таким чином для контекстно-вільної граматики “КАРТС” реалізовується середня рекурсія в межах скінченного автомата, який, у свою чергу, зручно приводиться.

Як відомо, скінченний автомат є приведеним (а відповідна граматика повними і незбитковими), якщо даний автомат не містить жодного недосяжного стану та жодної пари нерозрізнюваних станів. Недосяжних станів запропонований автомат не має, оскільки з початкового стану F; можна потрапити в будь-який інший стан q автомату M. Двох нерозрізнюваних станів q1 та q2 (тобто, тих, які мають однакові ланцюжки з елементів ? до завершального стану F;) автомат M теж не має. Отже, граматика “КАРТС” та породжена нею мова (табл. 1) є повними та незбитковими.

Принципом мови “КАРТС” є згортка багаторівневої технології проекту СПВ у вигляді текстових фрагментів. Опис проектів (фрагментів) у мові відбувається виключно на основі технологічних відношень операцій “послідовно”, “паралельно”, “цикл”, “фрагмент” та “не раніше, ніж”. Елементами ж організації є виконавці (технологічні місця), інтенсивність операцій та комплекти ресурсів.

Проект, описаний програмою на “КАРТС”, обробляється інтерпретатором, що підключений до класифікаторів технологічних операцій та виконавців. Виключно на основі описаних технологічних відношень, а також тривалостей операцій (тривалості містяться в класифікаторі або розраховуються на основі обсягу та виробітки виконавця) формується багаторівневий календарний план проекту. Слід зазначити, що нормативна тривалість операцій має набір сезонних коефіцієнтів, а тривалість конкретних операцій в календарному плані проекту враховує календар вихідних.

Далі інтерпретатор (на основі календарного плану та норм витрат операцій) розраховує об'єктну норму проекту - матрицю потреби в ресурсах за періодами.

Слід зазначити, що ресурси мають набір коефіцієнтів до обсягів витрат залеж-но від інтенсивності використання, норми витрат операцій мають набір сезонних коефіцієнтів, виконавці теж мають набір коефіцієнтів до норм витрат операцій.

Об'єктна норма варіанту v проекту i:

де - технологія (у вигляді програми “КАРТС”) варіанту v проекту i;

- норми витрат ресурсів (множина значень );

- коефіцієнти поправок виконавців до ресурсів (множина значень );

- коефіцієнти календарних поправок до ресурсів (множина значень );

- коефіцієнти поправок інтенсивності до ресурсів (множина значень );

- календарний початок реалізації проекту i,

.

Потреба в ресурсі r варіанту v проекту і у технологічний період ф:

де ф - технологічний період (доба, тиждень, місяць і т.д.) проекту i,

;

- інтенсивність (тривалість робочого дня), ;

- норма витрат ресурсу r процесу p проекту i, , ;

- інтенсивність процесу p у період ф варіанту v проекту i, ;

- коефіцієнт виконавця до ресурсу r процесу p проекту i, , ;

- коефіцієнт поправки до ресурсу r у календ. період t, , ;

- коефіцієнт поправки інтенсивності # до ресурсу r, , ;

, - початок та заверш. процесу p варіанту v проекту i, ;

, - інтервал процесу p варіанту v проекту i у період ф, .

Далі на основі об'єктної норми проекту подібним чином розраховуються її часткові випадки: об'єктна норми за ресурсами типу “потужність”, кошторисна норма.

Таким чином, на основі опису ОТМ та ряду класифікаторів розраховується набір файлів. Вхідні та результуючі файли назвемо інформоб'єктом проекту.

У третьому розділі з метою реалізації директивного планування проектів виробництва та усунення дефіцитів ресурсів запропоновано комплексне балансування “КАРКАС” як підхід до ОКП. В основі даного підходу лежить оптимізаційна задача, метою якої є вибір термінів і варіантів проектів таким чином, щоб максимізувати освоєні (за всіма проектами) обсяги ресурсів, а також мінімізувати їх сумарні дефіцити (інтегрований та складування) з урахуванням грошових штрафів.

Дана комбінаторна задача є важкорозв'язуваною, оскільки в загальному випадку вимагає цілеспрямованого перебору припустимих комбінацій термінів і варіантів проектів. Поліноміальний час її розв'язку досягається двома способами.

Першим способом є модифікація задачі для різних типових ситуацій, а саме: “жорстке” врахування пріоритетів проектів, “м'яке” (не для всіх) врахування пріоритетів проектів, а також накладання обмежень на дефіцити ресурсів. Тоді розв'язок здійснюється на основі ряду стратегій методу розгалужень та обмежень (МРО).

Другим способом є використання діалогових алгоритмів, які, як правило, дають не оптимальне, але раціональне (припустиме для учасників проектів) швидке рішення.

Слід зазначити, що комбінований метод і комплексне балансування є нерозривними задачами, тому розрахунок відбувається лише наскрізно - від перерахунку окремого інформоб'єкта “КАРТС” до побудови загальної епюри “КАРКАС”. Отже, будь-яке маніпулювання термінами (варіантами) проектів при комплексному балансуванні спершу спричиняє “прогін” цих проектів через інтерпетатор, а вже потім - проекціювання всіх об'єктних норм до загальної та розрахунок дефіцитів.

В основі задачі “КАРКАС” лежить декілька основних визначень.

Інтегрована потреба в ресурсі r у календарний період t:

де - календарний початок виконання проекту i,

.

Стан відображає нестачу (при додатньому значенні) або обсяг на при-об'єктному складі (при від'ємному значенні) ресурсу r у календарний період t:

де - потужність ресурсу r у календарний період t, .

Диференційований та інтегрований дефіцит ресурсу r у період t:

Повний та розрахунковий дефіцит складування ресурсу r у період t:

де - загальна площа складування ресурсу r;

- коефіцієнт наявності інтегрованого дефіциту r після періоду t, .

Складовою підходу є також модель візуалізації цільової функції, яка об'єднує в одному часовому 2-D гіперграфіку епюри потреб, потужностей і трьох видів дефіцитів ресурсу з додатковою візуалізацією фактичних витрат і складування.

Загальна задача комплексного балансування “КАРКАС” включає три цільові функції, які базуються на (6), (9), (11) та додатково враховують варіанти технологій.

Першою цільовою функцією задачі є максимізація освоєних обсягів :

Другою цільовою функцією задачі є мінімізація інтегрованих дефіцитів . Третьою цільовою функцією задачі є мінімізація дефіцитів складування :

Оскільки кожна з цільових функцій має коефіцієнти лінійної згортки (типу “гроші”) відповідно , , , то вони приводяться до загальної цільової функції:

де - ранній календарний початок проекту i,

;

- пізній календарний початок проекту i,

;

- кількість варіантів v проекту і.

Задача “КАРКАС” є комбінаторною задачею з експоненційною розмірністю:

де - крок зміщення проекту і у часі.

Задача №1 (з “жорстким” урахуванням пріоритетів) передбачає почерговий розгляд проектів за пріоритетами. Відмінністю від загальної задачі є (25) замість (14):де - вартість проекту і; - пріоритет проекту i, .

Формула розрахунку пріоритету qi проекту і:

У розмірності задачі мультиплікативність (23) заміняється адитивністю, оскільки порядок оптимізації є відомим. Розмірність задачі, як і загальної, є детермінованою:

Задача №2 (з “м'яким” урахуванням пріоритетів) передбачає наявність пріоритетів у частини проектів, тому її модель включає додаткове обмеження:

У загальному випадку розмірність задачі представляється як (23). При обмеженнях на ширину і глибину дерева розв'язку, що дає похибку (табл. 2), розмірність:

де I - кількість проектів;

D1 - обмеження кількості рівнів дерева розв'язку (“обмеження в глибину”);

D2 - обмеження кількості вузлів дерева розв'язку (“обмеження в ширину”).

Задача №3 (з обмеженими дефіцитами ресурсів) має ряд особливостей, а саме: перенесення та до обмежень (оскільки СПВ, як правило, працює в умовах дефіциту), а також можливість виключення деяких проектів. Розглянемо її повністю:

де - сума інтегрованих дефіцитів ресурсу r;

- сума дефіцитів складування ресурсу r;

- обмеження на суму інтегрованих дефіцитів ресурсу r, ;

- обмеження на суму дефіцитів складування ресурсу r, .

Розмірність задачі є ідентичною (23), але для кожного проекту включена одна додаткова комбінація, коли даний проект не розглядається взагалі, про що зазначено в (34). Розмірність задачі визначається для найгіршого варіанту розв'язку (табл. 3):

; (35)

Як бачимо, задачі оптимального балансування є недостатньо ефективними для практичних великих розмірностей (за виключенням окремих випадків задач №1 та №3). Також слід враховувати, що комплексне балансування є процес, який сильно залежить від суб'єктивних думок учасників виробництва, що вимагає частого оперативного перерахунку термінів проектів. За цих умов аналітичні методи можуть слугувати лише для побудови базового директивного плану.

Балансування в режимі “круглого столу” призначене для колективного прийняття рішення щодо раціональних термінів проектів і розподілу ресурсів. Суть “круглого столу” полягає в тому, що в інтерактивному режимі за мультимедійним екраном відображається безліч варіантів проектів і ресурсних епюр “КАРКАС”. Користувачі, які не мають чітких обсягів штрафів, але мають директивні терміни здачі проектів, маніпулюють такими параметрами як: початок реалізації проектів, інтенсивності робіт, залучені виконавці, варіанти технологій проектів. В результаті після тривалих ітерацій суб'єктивно й під керівництвом однієї людини приймається рішення (табл. 5).

Балансування в режимі “ділової гри” призначене для моделювання та розв'язання конфліктів між учасниками проектів, глибшого розуміння проблем та відпрацювання колективних дій. Розподіл ролей - “виконавець” або “постачальник”.

Моделювання в режимі управління проектами полягає в “програванні” варіантів v і термінів Иi для виявлення лише “вузьких місць”, тобто найбільших дефіцитів:

; (36)

Як бачимо, застосування методів інтерактивного балансування може слугувати як для побудови базового плану, так і для його корегування в реальних умовах.

У четвертому розділі з метою реалізації комбінованого методу ОТМ і підходу комплексного балансування запропоновано експериментальну частину - комплекс “Karts Planner 1.0” - MRP-2 систему управління проектами, в основі якої лежить “інформоб'єкт”. Комплекс у повній мірі реалізує технологічну підготовку, виробниче та фінансове планування виробництва, а також облік

Комплекс упроваджено в ВАТ “Домобудівний комбінат №4” та використано при будівництві ряду житлових об'єктів (панельних, монолітно-каркасних) у м.Києві за адресами: вул. І.Пулюя, 2-4, ж.м. Позняки, 10Б, ж.м. Троєщина, 10, ж.м. Позняки, 4А.

Основними функціями комплексу є: автоматизований аналіз креслень (виконаних в комплексі AllPlan) та формування класифікаторів типових робіт і ресурсів, інтерактивне моделювання (мова “КАРТС”) бізнес-планів (коштів, ресурсів, термінів) проектів будівництва, кошторисні розрахунки (згідно методики розрахунку вартості ДБН Д.1.1-2000), мінімізація дефіцитів і рівномірне завантаження ресурсів шляхом інтерактивного балансування, оперативне планування роботи виконавців.

На одному з об'єктів (ж.м. Троєщина, 10) також реалізовано оперативний зворотній зв'язок. На сервері бази даних на основі періодичного перерахунку проектів “КАРТС” формуються та розсилаються план-завдання виконавцеві проекту, а також замовлення складам. Виконавець та склади в свою чергу періодично звітують на сервер щодо обігу ресурсів і стану виконання робіт. Для організації даних зв'язків залучено компактні персональні комп'ютери та JPRS(EDGE)-канали

Також на даних об'єктах (паралельно з практичним використанням) проведено ряд експериментальних досліджень, метою яких був аналіз працевитрат щодо технологічної підготовки та директивного планування проектів (мета роботи).

Експериментально доведено, що комбінований метод ОТМ забезпечує комплексне управління СПВ з розрахунку “1 АРМ - N технологічно незалежних проектів” (де N = 20 для серійного будівництва), оскільки тривалість опису складного виробничого проекту є незначною (наприклад, багатоповерхового житлового будинку - від 2 до 17 люд.-днів, що в 5,5-50 разів швидше, ніж у поширеному комплексі Pri-mavera Construction, та в 9-75 разів швидше, ніж у Microsoft Exel).

Відзначимо також, що технологія проектів описана не укрупнено, а детально, зокрема: 29 тисяч операцій для панельного будинку і 75 тисяч - для монолітного.

Додатково експериментально доведено, що комбінований метод забезпечує зниження на 25-35% загальновиробничих витрат (при 10-20% в аналогів) шляхом врахування даних витрат у детально описаній організаційно-технологічній моделі.

Експериментально доведено, що інтерактивне балансування обсягів виробництва великої корпорації (500 ресурсів, 30-40 проектів) при залученні попередньо прорахованих інформоб'єктів становить до 5 люд.-год. (що в 10-15 разів швидше, ніж в аналогів), чим дає змогу здійснювати технологічну підготовку проектів та їх директивне планування в межах одного спеціалізованого АРМ

Економічна ефективність від впровадження комплексу для умов ВАТ “ДБК-4”:

1. Збільшення на 10-15% річних обсягів будівництва без залучення додаткових фахівців для технологічної підготовки та календарного планування.

2. Зниження в 1,3-1,5 раза накладних витрат шляхом урахування їх в детально описаній організаційно-технологічній моделі будівельно-монтажних робіт.

3. Скорочення на 5-10% витрат матеріалів шляхом їх списання на складах на основі обгрунтованих заявок та обліку руху матеріалів за штрих-кодами.

У п'ятому розділі в якості концепції розвитку інформаційних технологій для імітаційного моделювання територіально-розподіленого виробництва (з виходом на інтервальні графіки виробництва ресурсів, їх комплектації, транспортування, складування та використання) розглянуто впровадження сателітної технології замість існуючих ТНС (“човниковий” спосіб, монтаж зі складу). На прикладі серійного будівництва доведено, що дана технологія дасть змогу підвищити керованість виробництва, забезпечити виконання проектів на великих відстанях, а, головне, реалізувати унікальний гнучкий виробничий комплекс (віддалені проекти + ТНС + система управління).

У додатках наведено: рекомендації та приклади комплексного балансування, основні функції програмного комплексу “Karts Planner 1.0”, креслення об'єкта “м.Київ, вул. І.Пулюя, 2-4”, розрахунок об'єктів будівництва в “Karts Planner 1.0”.

Висновки

1. На основі порівняльного аналізу ряду існуючих ОТМ, моделей ОКП, еврістичних методів вилучення дефіцитів ресурсів та інструментальних засобів управління проектами виявлено ряд недоліків цих підходів. Основними з них є: складність моделювання циклів і багаторівневих фрагментів, реалізація директивного та поточного планування різними засобами, працеємкість календарного планування, відсутність моделювання ТНС, неврахування штрафів від нестачі ресурсів та переповнення складів, оптимізація за одним ресурсом і дефіцитом, робота лише з технологічно незалежними комплексами робіт, тривалий час розробки проектно-кошторисної документації, відсутність облікових зв'язків з виконавцями.

2. З метою реалізації багаторівневого опису виробничих проектів з урахуванням фрагментів та циклів технології, технологічних відношень та обмежень, транспортно-технологічних комплектів, виконавців та інтенсивностей процесів запропоновано комбінований метод ОТМ проектно-орієнтованого виробництва.

3. Першою складовою комбінованого методу є лінгвістична ОТМ (мова “КАРТС”), яка базується на згортці метамережевої технології та дає змогу детально, інтуїтивно зрозуміло, компактно та швидко описувати технологію та організацію виробничих проектів СПВ розмірністю до 100.000 операцій при обмеженні до 500 операцій для існуючих на практиці моделей (мережеві графіки, графіки Гантта).

4. Другою складовою комбінованого методу ОТМ є засоби комбінування лінгвістичних, графових і аналітичних ОТМ, які об'єднують властивості існуючих моделей (часові, технологічні та ресурсні відношення), а також доповнюють їх залежними ресурсами та процесами (від виконавців, календаря і тривалості робочих днів);

5. Третьою складовою комбінованого методу ОТМ є засоби оперативного розрахунку бізнес-плану (коштів, ресурсів, термінів) проектів на основі інтерпретації програм “КАРТС” та ряду класифікаторів (операцій, виконавців, ресурсів).

6. З метою реалізації директивного планування проектів виробництва та усунення дефіцитів ресурсів запропоновано комплексне балансування як підхід до ОКП.

7. Першою складовою комплексного балансування є математична модель ОКП та її модифікації, а саме: три задачі оптимального балансування (з “жорсткими” та “м'якими” пріоритетами проектів, з обмеженими дефіцитами ресурсів) та три задачі інтерактивного балансування (“круглий стіл”, “ділова гра”, моделювання ситуацій). Математична модель задачі розвинута на основі лінійної згортки критеріїв максимізації освоєних обсягів ресурсів і мінімізації їх сумарних дефіцитів.

8. Другою складовою комплексного балансування є модель візуалізації цільової функції, яка об'єднує в одному часовому кольоровому 2-D гіперграфіку епюри обсягів виробництва, потужностей та трьох видів дефіцитів ресурсів.

9. Третьою складовою комплексного балансування є модифікація для різних типових виробничих ситуацій важкорозв'язуваної дискретної задачі ОКП проектно-орієнтованих виробництв для її розв'язку існуючими поліноміальними алгоритмами.

10. Для реалізації комбінованого методу та комплексного балансування запропоновано програмний комплекс “Karts Planner 1.0” - MRP-2 систему управління проектами, в основі якої лежить “інформоб'єкт”. Комплекс в повній мірі реалізує технологічну підготовку виробництва, планування та оперативний облік.

11. Комплекс “Karts Planner 1.0” упроваджено в ВАТ “Домобудівний комбінат №4” та використано при будівництві ряду житлових об'єктів в м.Києві. Дане використання включає: автоматизований аналіз креслень та формування типових класифікаторів робіт та ресурсів, інтерактивне лінгвістичне моделювання бізнес-планів, кошторисні розрахунки, інтерактивне балансування, облік. Статтями економічної ефективності є: збільшення на 10-15% річних обсягів будівництва, зниження в 1,3-1,5 раза накладних витрат, скорочення на 5-10% витрат матеріалів.

12. Окремо експериментально доведено (на прикладі “Karts Planner 1.0”), що комбінований метод забезпечує комплексне управління з розрахунку “1 АРМ - N технологічно незалежних проектів” (де N = 20 для серійного будівництва) зі зниженням при цьому накладних витрат на 25-35%, а комплексне балансування - директивне планування та вилучення дефіцитів ресурсів (для умов великого проектно-орієнтованого виробництва) у межах одного спеціалізованого АРМ.

13. Обґрунтовано розробку імітаційної моделі наскрізного циклу територіально-роз-поділеного виробництва (виробництво ресурсів, їх комплектація, транспортування, складування та використання в проектах), де об'єктами моделювання є віддалені складні виробничі проекти в єдиному комплексі з ТНС.

Список наукових праць за темою дисертації

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Методика організаційно-технологічного моделювання будівельного виробництва в сучасних інформаційних технологіях // Проблемы программирования. Науковий журнал. - К.: 2004. - №4. - С. 8899.

Здобувачеві належить обґрунтування лінгвістичних засобів організаційнотехнологічного моделювання, а також розвиток мови “КАРТС” на основі багаторівневих фрагментів, виконавців, технологічних місць та комплектів ресурсів.

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Порівняльний аналіз існуючих підходів до інтерактивного організаційнотехнологічного моделювання будівельного виробництва // Проблемы программирования. Науковий журнал. - К.: 2005. - №2. - С. 8597.

Здобувачеві належить порівняльний аналіз існуючих моделей, методів та інструментальних засобів для організаційно-технологічного моделювання проектів.

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Експериментальне дослідження організаційно-технологічного моделювання будівельних об'єктів засобами “Karts Planner 1.0” // Інформаційні технології та комп'ютерна інженерія. Науковий журнал. - Вінниця: 2005. - №3. - С. 6977.

Здобувачеві належить структура програмно-технологічного комплексу.

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Програмний комплекс технологічної підготовки та управління будівельно-монтажними роботами з використанням інформоб'єктів // Проблемы программирования. Науковий журнал. - К.: 2006 - №4. - С. 7184.

Здобувачеві належить модифікація задачі комплексного балансування для різних ситуацій, а також розробка, дослідження і впровадження інструментальних засобів.

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Інтелектуальні засоби моделювання та управління технологічними процесами для проектно-орієнтованих виробництв // Системні технологіїї. Науковий журнал. - Дніпропетровськ.: 2006 - №6. - С. 1221.

Здобувачеві належить математичне обґрунтування та принцип роботи інтерпретатора лінгвістичної організаційно-технологічної моделі, а також модель розрахунку об'єктної норми проекту (з урахуванням залежних ресурсів і процесів).

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Інструментальні засоби організаційно-технологічного моделювання об'єктів серійного будівництва // Праці IV Всеукр. конф. молодих науковців “Інформаційні технології в освіті, науці і техніці” (ІТОНТ2004). - Черкаси: ЧНУ, 2004. - Ч. 1. - С. 8284.

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Инструментальные средства моделирования технологии и комплексного балансирования проектов в строительстве // Праці І Міжнар. конф. “Інноваційний розвиток на основі технологічної зрілості в управлінні проектами”. - К.: КНУБА, 2004. - С. 1012.

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Порівняльний аналіз інтелектуальної системи організаційно-технологічного моделювання та деяких зарубіжних аналогів для умов управління проектами в будівництві // Праці VI Всеукр. наук.практ. конф. “Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та освіті”. - Кривий Ріг: КЕІ КНЕУ, 2005. - С. 78.

Бабіч В.І., Перевертун І.М., Чайка А.О. Интеллектуальная система комплексного управления строительством и эксплуатацией жилого фонда // Праці І Міжнар. наук. конф. “Інтелектуальні системи прийняття рішень та прикладні аспекти інформаційних технології”. - Херсон: ХМІ, 2005. - Т. 2. - С. 4044.

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Инструментальные средства организационно-технологического моделирования в реальном времени - эффективность применения в строительстве // Праці ІІ Міжнар. конф. “Управління проектами в розвитку суспільства”. - К.: КНУБА, 2005. - С. 1012.

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Методика применения средств “Karts Planner 1.0” для управления проектами в строительстве // Праці III Міжнар. наук.практ. конф. “Сучасні інформаційні технології в економіці і управлінні підприємствами, програмами та проектами”. - Харків: НАУ “ХАІ”, 2005. - С. 56.

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Бизнеспланирование и развитие гибких технологий в строительстве с применением программного комплекса “Karts Planner 1.0” // Праці ІІІ Міжнар. конф. “Управління проектами в розвитку суспільства”. - К.: КНУБА, 2006. - С. 1213.

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Імітаційне моделювання гнучких технологій регіонального будівництва засобами “Karts Planner 1.0” // Праці XIII Міжнародної конф. з автоматичного управління “Автоматика2006”. - Вінниця: ВНТУ, 2006. - С. 363.

Бабіч В.І., Перевертун І.М. Інструментальні засоби моделювання організаційно-технологічних та транспортно-накопичувальних процесів у серійному будівництві // Праці IV Міжнар. наук.практ. конф. “Сучасні інформаційні технології в економіці і управлінні підприємствами, програмами та проектами”. - Харків: НАУ “ХАІ”, 2006. - С. 1011.

Здобувачеві належать елементи лінгвістичної організаційно-технологічної моделі: багаторівневі фрагменти, виконавці, технологічні місця, комплекти, а також класифікація задач і модифікація математичної моделі комплексного балансування для різних типових ситуацій, підбір поліноміальних алгоритмів розв'язання.

Анотація

Перевертун І.М. Інформаційні технології комплексного організаційно-технологічного моделювання проектно-орієнтованих виробництв (на прикладі серійного будівництва). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - “Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології”. - Національний технічний університет України “КПІ”, Київ, 2007.

Дисертація присвячена розробці моделей, методів та інструментальних засобів для комплексного організаційно-технологічного моделювання проектно-орієнтованих виробництв. Загальною метою є скорочення персоналу задіяного на технологічній підготовці, плануванні та обліку за рахунок організації наскрізного управління проектно-орієнтованим виробництвом на основі детального багаторівневого опису технології та з використанням мобільних засобів комп'ютеризації.

Науковими результатами є: комбінований метод організаційно-технологічного моделювання, який включає лінгвістичну організаційно-технологічну модель (мову “КАРТС”), яка дає змогу детально описувати технологічні процеси проектів великої розмірності (до 100 тис. операцій), а також засоби комбінування лінгвістичних, графових (графік Гантта) і аналітичних (об'єктна норма) організаційно-технологічних моделей; підхід комплексного балансування, який включає математичну постановку та класифікацію задач об'ємно-календарного планування та модель візуалізації цільової функції, яка об'єднує в одному часовому 2-D гіперграфіку обсяги виробництва, потужності й три види дефіцитів ресурсів; інструментальні засоби управління проектами.

Ключові слова: організаційно-технологічне моделювання, проектно-орієнтоване виробництво, об'ємно-календарне планування, інформоб'єкт.

Аннотация

Перевертун И.М. Информационные технологии комплексного организационно-технологического моделирования проектно-ориентированных производств (на примере серийного строительства). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - “Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии”. - Национальный технический университет Украины “КПИ”, Киев, 2007.

Диссертация посвящена разработке моделей, методов и инструментальных средств для комплексного организационно-технологического моделирования проектно-ориентированных производств. Общей целью является сокращение персонала задействованного на технологической подготовке, планировании и учете путем организации сквозного управления проектно-ориентированным производством на основе детального многоуровневого описания технологии и с использованием мобильных средств компьютеризации (карманных персональных компьютеров).

На основании сравнительного анализа ряда существующих организационно-технологических моделей, концепций объемно-календарного планирования и инструментальных средств управления проектами выявлен ряд недостатков данных подходов. Основными из них являются: сложность моделирования циклов и многоуровневых фрагментов технологии, реализация директивного и поточного планирования разными средствами, трудоемкое календарное планирование, отсутствие моделирования транспортно-накопительных систем, неучет штрафов от недостатка ресурсов или переполнения складов, експертные нормы затрат ресурсов, оптимизация только по одному ресурсу и дефициту, непривязка к рыночным ценам, работа только с технологически независимыми комплексами работ, длительное время подготовки проектно-сметной документации, отсутствие обратной связи, высокие аппаратные требования.

С целью реализации многоуровневого описания производственных проектов с учетом фрагментов и циклов технологии, технологических отношений и ограничений, транспортно-технологических комплектов, исполнителей и интенсивностей процессов разработан комбинированный метод организационно-технологического моделирования проектно-ориентированных производств.

Первой составляющей комбинированного метода является новая лингвистическая организационно-технологическая модель (язык “КАРТС”), которая позволяет детально, интуитивно понятно, компактно и быстро описывать технологические и организационные процессы размерностью до 100 тыс. операций при ограничении до 500 операций для существующих на практике моделей (сетевой график и проч.).

Второй составляющей комбинированного метода являются средства комбинирования лингвистических (язык “КАРТС”), графовых (график Гантта) и аналитических (объектная норма) организационно-технологических моделей, которые объединяют свойства существующих моделей (технологические, временные и ресурсные отношения), а также дополняют их зависимыми ресурсами и процессами (от исполнителя, календаря и длительности рабочего дня).

С целью директивного планирования проектно-ориентированного производства и минимизации дефицитов в условиях множества ресурсов предложено комплексное балансирования “КАРКАС” как подход к объемно-календарному планированию.

Первой составляющей комплексного балансирования является математическая постановка и классификация задач объемно-календарного планирования, а именно: 3-х задач оптимального балансирования (с “жесткими” и “мягкими” приоритетами проектов, с ограниченными дефицитами ресурсов) и 3-х задач интерактивного балансирования (“круглый стол”, “деловая игра”, моделирование ситуаций), что дает возможность выполнять оптимизацию плана с учетом директивных сроков проектов, вариантов технологий, а также критериев: максимизации выполнения объемов работ, минимизации суммарных дефицитов (интегрированного, складирования).

Второй составляющей комплексного балансирования является модель визуализации целевой функции, которая объединяет в одном временном цветном 2-D гиперграфике эпюры объемов производства, мощности по ресурсам и трех видов дефицитов (интегрированного, дифференцированного, складирования) с дополнительной визуализацией фактических объемов потребления и складирования.

Третьей составляющей подхода комплексного балансирования является модификация для разных производственных ситуаций труднорешаемой дискретной задачи объемно-календарного планирования для ее решения полиномиальными алгоритмами (интерактивными или основанными на стратегиях метода ветвей и границ).

Ключевые слова: организационно-технологическое моделирование, проектно-ориентированное производство, объемно-календарное планирование, информобъект.

Abstract

Perevertun I.M. Information technologies of complex organization and technological simulation of project-directional manufacturies (on example of serial construction). - Manuscript.

Dissertation on competition of scientific degree of Candidate of Technical Sciences by speciality 05.13.06 - Automatized control systems and advanced information technologies. - National Technical University of Ukraine “KPI”, Kiyv, 2007.

The dissertation is devoted to development of models, methods and tools for comp-lex organization and technological simulation of project-directional manufacturies. The aim is minimization personal for technical prepering, planning and control with help of or-ganization transparent control of project-directional manufactury on base of detail complex describing and with use of mobile facilities of computerization.

The scientific results are: combined method of organization and technological simulation which includes linguistic model (language “KARTS”) which let to describe in detail technological processes of projects with great dimension (100.000 operations) and facilities of combination of linguistic, graphic (graph of Gantt) and analytical (object norm) organization and technological models; conception of complex balancing which includes mathematical arrangement and classification of tacks of capacity scheduling and model of visualisation of aim function which unite requirement and capacity of manufacture, and three deficits in common time color 2-D hypergraphic; the tools of Project Management.

Keywords: organization and technological simulation, project-directional manufac-ture, capacity scheduling, information object.

Размещено на Allbest.ru

...