Інформаційні технології підтримки прийняття рішень технічного переоснащення машинобудівного підприємства

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 004.896

ІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ТЕХНІЧНОГО ПЕРЕОСНАЩЕННЯ МАШИНОБУДІВНОГО ПІДПРИЄМСТВА

Спеціальність 05.13.06 - «Інформаційні технології»

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

НЕЧВОЛОДА Людмила Володимирівна

Донецьк - 2011



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі автоматизованих систем управління Донецького національного технічного університету Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Скобцов Юрій Олександрович, Донецький національний технічний університет Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, м. Донецьк, завідувач кафедри автоматизованих систем управління.

Офіційні опоненти: доктор економічних наук, професор Христіановський Вадим Володимирович, Донецький національний університет Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, м. Донецьк, завідувач кафедри математики та математичних методів в економіці;

доктор технічних наук Зубов Дмитро Анатолійович, Східноукраїнський національний технічний університет імені Володимира Даля Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України, м. Луганськ, професор кафедри системної інженерії.

Захист відбудеться «16» вересня 2011 р. о 13:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 11.051.08 у Донецькому національному університеті за адресою: 83001, м. Донецьк, пр. Театральний, 13, корп. 4, ауд. 416. З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Донецького національного університету за адресою: 83001, м. Донецьк, вул. Університетська, 24.

Автореферат розісланий «29» червня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради К 11.051.08

кандидат технічних наук, доцент Д.В. Шевцов



АНОТАЦІЯ

Нечволода Л.В. Інформаційні технології підтримки прийняття рішень технічного переоснащення машинобудівного підприємства - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - «Інформаційні технології». - Донецький національний університет, Донецьк, 2011.

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача розробки й реалізації ефективного інформаційного забезпечення підтримки прийняття рішень технічного переоснащення машинобудівного підприємства шляхом підвищення якості одержання й обробки експертних оцінок на основі згортки часткових критеріїв з нечіткими мірами важливості та компетентності. машинобудівний переоснащення матриця

Вперше розроблено методичний підхід до обробки експертних оцінок для аналізу та вибору переважних варіантів технічного переоснащення підприємства шляхом нечітко-інтегральної згортки й інтерпретації слабко узгоджених матриць експертних оцінок, а також відповідна інформаційна технологія, яка дає можливість в оперативному порядку врахувати невизначеність функцій корисності експертів і нечіткість ступеня їх компетентності. Удосконалено метод функціонально-вартісного аналізу для оцінки машинобудівного устаткування, що дозволяє реалізувати системний підхід до аналізу вузлів устаткування й розрахувати співвідношення ресурсів для його технічного переоснащення на основі нечіткої когнітивної карти взаємовпливів вузлів, функцій і технічних характеристик устаткування. Запропоновано структурно-функціональний ряд реалізацій системи з урахуванням можливості забезпечення сформульованих вимог. Проведено дослідне впровадження програмного комплексу за участю фахівців машинобудівного підприємства, під час якого підтверджена ефективність запропонованих розробок. Показано, що якість обробки експертних оцінок збільшена на 7-15 %, економічний ефект складає 3-8 % від об'єму випуску продукції на переоснащеному устаткуванні.

Ключові слова: експертне оцінювання, згортка часткових критеріїв, нечітка міра, багатокритеріальна оптимізація в умовах невизначеності, функціонально-вартісний аналіз, інформаційна технологія.



АННОТАЦИЯ

Нечволода Л.В. Информационные технологии поддержки принятия решений технического переоснащения машиностроительного предприятия - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - «Информационные технологии». - Донецкий национальный университет, Донецк, 2011.

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача разработки и реализации эффективного информационного обеспечения поддержки принятия решений в ходе технического переоснащения машиностроительного предприятия путем повышения качества получения и обработки экспертных оценок на основе свертки частных критериев с нечеткими мерами важности и компетентности.

Впервые разработан методический подход к обработке экспертных оценок для анализа и выбора предпочтительных вариантов технического переоснащения предприятия путем нечетко-интегральной свертки и интерпретации слабосогласованных матриц экспертных оценок, который дает возможность в оперативном порядке учесть неопределенность функций полезности экспертов и нечеткость степени их компетентности. Усовершенствованы: метод функционально-стоимостного анализа для оценки работоспособности машиностроительного оборудования, которое дает возможность реализовать системный подход к анализу узлов оборудования и рассчитать оптимальное соотношение ресурсов для его технического переоснащения на основе нечеткой когнитивной карты взаимовлияний узлов, функций и технических характеристик оборудования; математические модели процесса принятия решений для выбора предпочтительного варианта технического переоснащения машиностроительного предприятия на основе передаточной функции канала «затраты - производительность», что позволяет планировать замену оборудования с учетом экономических показателей предприятия. Получили дальнейшее развитие имитационные модели процесса обработки экспертных оценок и определения его качества, что позволило обеспечить эффективность обработки производственной информации и упростить получение достоверных результатов.

Проведено опытное внедрение программного комплекса с участием специалистов машиностроительного предприятия, в ходе которого подтверждена эффективность предложенных разработок. Показано, что качество обработки экспертных оценок увеличено на 7-15 %, рассеяние экспертных оценок снижено и, соответственно, достоверность результатов оценивания повышена на 10-14 %. Экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составляет 3-8 % от объема выпуска продукции на оборудовании, для которого было выполнено техническое переоснащение с использованием предложенных методов, алгоритмов и компонентов программного комплекса.

Ключевые слова: экспертное оценивание, свертка частных критериев, нечеткая мера, многокритериальная оптимизация в условиях неопределенности, функционально-стоимостной анализ, информационная технология.



ABSTRACT

Nechvoloda L.V. Information technologies of decision-making support of the machine-building enterprise technical re-equipment- Manuscript.

The dissertation for the scientific degree of the candidate of technical science on speciality 05.13.06 - "Information technologies". - Donetsk national university, Donetsk, 2011.

In the dissertation has been solved the actual scientific problem of working out and realizing the effective dataware of the decision-making support during a machine-building enterprise technical re-equipment improving the quality of receiving and processing of the expert estimations on the basis of the convolution of the partial criteria with indistinct measures of importance and competence.

The methodical approach has been developed to process the expert estimations for the analysis and the selection of the variants preferred for technical re-equipment of the enterprise via indistinct-integrated convolution and interpretation of poorly coordinated matrixes of expert estimations, and also is provided the corresponding information technology which gives the chance to consider in the operative order the uncertainty of functions of the of experts utility and the illegibility of the degree of their competence. The method of the functional-cost analysis for the estimation of the machine-building equipment is improved and this gives the chance to realize the system approach to the analysis of the equipment knots and to calculate a parity of resources for their technical re-equipment on the basis of indistinct cognitive cards of knots, functions and equipment's technical characteristics interference. The structurally functional number of the system realizations is offered taking into account the possibility of the formulated requirements maintenance. We have conducted the program complex research introduction which was assisted by the experts of the machine-building enterprise and during which the efficiency of the workings out offered in the research work has been confirmed. It is shown that the quality of the expert estimations processing is increased by 7-15 %, the economic benefit makes 3-8 % from the output volume on the re-equipped equipment.

Keywords: expert estimation, convolution of partial criteria, indistinct measure, optimization in the conditions of uncertainty, functional-cost analysis, information technology.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Важливим аспектом забезпечення конкурентоспроможності машинобудівного підприємства є ефективне управління змінами і, зокрема, управління розвитком виробничих фондів з технічного переоснащення підприємства. На сучасних підприємствах використовуються різні платформи в галузі інформаційного забезпечення управління бізнес-процесами. Вони дозволяють вирішувати завдання в галузі оперативного обліку й автоматизації документообігу, що є дуже важливим в управлінні обслуговуванням і ремонтом об'єктів основних фондів.

Технічне переоснащення у вигляді позапланових і запланованих капітальних ремонтів, а також заміни устаткування і вузлів, має різні альтернативи реалізації. Це вимагає постійного й багаторазового ухвалення рішення щодо наявних альтернатив технічного переоснащення, реалізація яких впливає на режими функціонування технологічного середовища підприємства.

Можливі два види технічного переоснащення: переоснащення шляхом повної заміни експлуатованого устаткування і переоснащення шляхом проведення планових, капітальних і поточних ремонтів. Для прийняття рішень проводяться технічні наради, під час яких фахівці виконують спрощений функціонально-вартісний аналіз (ФВА) наявних вузлів, їхніх функцій і вартості реалізації цих функцій; переоснащення шляхом вибору альтернатив, коли устаткування підлягає заміні на аналогічне або краще, коли вибирається постачальник або конкретна технологія проведення капітального ремонту або переоснащення.

В обох випадках на цей час відсутні математичні моделі й інформаційні технології, що дозволяють забезпечити якісну підтримку прийняття рішень, автоматизувати обробку отриманих експертних даних таким чином, щоб була досягнута необхідна достовірність результатів оцінювання.

Необхідність урахування великої кількості відомостей, експертний характер підтримки прийняття рішень в умовах невизначеності, великий ризик при виборі альтернативи переоснащення вимагають адекватного інформаційного забезпечення процесів формування, одержання й обробки експертних оцінок.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках теми Донецького національного технічного університету Н-3-07 «Розробка наукових основ побудови комп'ютерних систем технічної і медичної діагностики», у якій автор брала участь як виконавець.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є створення системи інформаційної підтримки процесу прийняття рішень і автоматизації етапів, які спрямовані на підвищення якості, достовірності й оперативності обробки інформації з технічного переоснащення машинобудівного підприємства. Відповідно до поставленої мети в дисертаційній роботі вирішуються наступні задачі:

- проаналізувати існуючі методики отримання й обробки експертних оцінок для вибору заходів щодо заміни устаткування або його ремонту;

- розробити критерії і алгоритми вибору стратегії й переважного варіанта технічного переоснащення;

- розробити інформаційні, логічні, математичні моделі для формалізації процесу прийняття рішень технічного переоснащення машинобудівного підприємства;

- проаналізувати методи організації й обробки виробничих даних для забезпечення інформаційної підтримки особи, яка приймає рішення (ОПР);

- розробити методи і алгоритми одержання й обробки експертних оцінок, розробити програмне забезпечення для створення системи інформаційної підтримки процесу прийняття рішень і автоматизації її етапів.

Об'єктом дослідження є процес автоматизованого управління технічним переоснащенням машинобудівного підприємства (ТПМП).

Предметом дослідження є система інформаційної підтримки й автоматизація етапів прийняття рішень щодо ТПМП.

Методи дослідження. Для вирішення поставлених задач використано наступні методи: теорії категорій, ідентифікації й адаптації систем автоматизованого управління, математичної статистики, динамічного програмування, багатокритеріальної оптимізації, теорії автоматичного управління, теорії прийняття рішень, теорії нечітких множин і нечіткої міри, імітаційного моделювання, нечітких когнітивних карт, теорія мереж Петрі, діаграмні методики IDEF (Integrated DEFinition) і UML (Unified Modeling Language).

Наукова новизна результатів дисертаційної роботи. Вирішення поставлених задач дозволило отримати автору наступні результати.

Вперше розроблено

- методичний підхід до обробки експертних оцінок для аналізу та вибору переважних варіантів технічного переоснащення підприємства шляхом нечітко-інтегральної згортки й інтерпретації слабко узгоджених матриць експертних оцінок, що дає можливість в оперативному порядку врахувати невизначеність функцій корисності експертів і нечіткість ступеня їх компетентності.

Удосконалено:

- метод функціонально-вартісного аналізу для оцінки працездатності машинобудівного устаткування, що дозволяє реалізувати системний підхід до аналізу вузлів устаткування і розрахувати оптимальне співвідношення ресурсів для його технічного переоснащення на основі нечіткої когнітивної карти взаємовпливів вузлів, функцій і технічних характеристик устаткування;

- математичні моделі процесу прийняття рішень для вибору переважного варіанту технічного переоснащення основних фондів машинобудівного підприємства на основі передатної функції каналу «витрати - продуктивність», що дозволило проводити планування заміни устаткування з урахуванням економічних показників підприємства.

Набули подальшого розвитку

- імітаційні моделі процесу обробки експертних оцінок і визначення його якості, що дозволило забезпечити ефективність обробки виробничої інформації і спростити отримання достовірних результатів.

Практичне значення результатів дисертаційної роботи. На основі отриманих результатів розроблені й впроваджені для практичного використання:

- моделі й алгоритми інформаційної підтримки при обробці експертних даних, які дозволяють автоматизувати етапи процесу прийняття рішень і підвищити технологічний і економічний рівень реалізованих заходів;

- компоненти системи інформаційної підтримки й автоматизації етапів процесу прийняття рішень, інтегровані в автоматизовану систему управління підприємством, методики їх проектування та застосування;

- модульна архітектура структурно-функціональних схем системи інформаційної підтримки, що дозволяє гнучко комплектувати такі системи залежно від організаційно-технічних особливостей підприємств;

- методика візуалізації й документування результатів експертизи для їх наочного подання ОПР.

Розроблені в дисертаційній роботі моделі, методи й алгоритми, результати обробки даних використані в автоматизованій системі процесу прийняття рішень технічного переоснащення Публічного акціонерного товариства (ПАТ) «Новокраматорський машинобудівний завод» і ПАТ «Енергомашспецсталь», а також у навчальному процесі кафедри автоматизованих систем управління Донецького національного технічного університету (м. Донецьк) й Відокремленого структурного підрозділу Національного авіаційного університету Слов'янського коледжу Національного авіаційного університету (м. Слов'янськ).

Особистий внесок здобувача. Усі основні результати роботи, які виносяться на захист, отримані автором самостійно. Особистий внесок здобувача в публікаціях, які написані у співавторстві, полягає в наступному: [1] - вдосконалення методу ФВА для оцінки машинобудівного устаткування; [7] - розробка інформаційної технології й алгоритмів підвищення ефективності обробки експертних оцінок; [8] - розробка та дослідження алгоритмічного і програмного комплексу системи підтримки прийняття рішень (СППР).

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на наступних конференціях: міжнародна науково-технічна конференція «Інтелектуальні системи в економіці й на виробництві» (СумДУ, Суми, 2007); міжнародна науково-практична конференція «Інноваційні технології і методи в управлінні організаціями, програмами й проектами» (ХНУ, Кам'янець-Подільський, 2008); Х міжнародна науково-технічна конференція «Системний аналіз й інформаційні технології» (Київ, 2008); міжнародні наукові конференції «Нейромережеві технології та їх застосування» (ДДМА, Краматорськ, 2007-2009); міжнародна науково-технічна конференція «Електропривід, автоматизація технологічних процесів і інформаційні технології» (ДДМА, Краматорськ, 2009); ІV міжнародна науково-технічна конференція «Комп'ютерні науки та інформаційні технології» (НУ«ЛП», Львів, 2009); науково-практичні й навчально-методичні конференції «Наука й технологія - крок у майбутнє» (Інститут транспорту і зв'язку, Рига, 2009-2010), ІV наукова конференція «Стратегія якості у промисловості й освіті» (Варна, 2010), науково-технічна конференція «Сучасна інформаційна Україна» (ДонІШІ, Донецьк, 2010).

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 14 наукових праць, з них: 8 статей у виданнях, включених у перелік видань ВАК України, в яких можуть публікуватися результати дисертаційних робіт на здобуття наукового ступеня доктора і кандидата технічних наук; 6 публікацій у збірниках праць і тез міжнародних і регіональних науково-технічних конференцій, семінарів, форумів.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних літературних джерел з 112 найменувань на 11 сторінках, 6 додатків на 36 сторінках. Робота містить 50 ілюстрацій, 6 таблиць. Загальний обсяг дисертації складає 216 сторінок, з них 152 - сторінки основного тексту.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та задачі досліджень, а також охарактеризовано особистий внесок здобувача, практичне значення й наукову новизну отриманих результатів.

У першому розділі приведено аналіз стану питання автоматизації і рівня інформаційного забезпечення процесу ТПМП, визначено напрями досліджень. Питаннями отримання й обробки експертних оцінок в умовах невизначеності, підвищення достовірності таких оцінок і обґрунтованості прийнятих на їх основі рішень займалися: у дальньому зарубіжжі - Ф.С. Робертс , Т. Сааті , Г. Девід , О.П. Ротштейн , Р. Кіні , Х. Райфа ; у Російській федерації - О.І. Ларичев , О.І. Орлов , В.Б. Силов , У.В. Подиновський , В.Д. Ногін ; в Україні - В.Г. Тоценко , В.В. Пасичнік, В.Е. Снитюк , С.Д. Штовба , В.П. Бочарников, В.В. Циганок, О.І. Пушкар та інші.

Систематизовано існуючі підходи, напрями, математичний апарат, алгоритми та програмне забезпечення для автоматизації управління розвитком виробничих фондів і технічним переоснащенням на основі експертного оцінювання. Виконано класифікацію, співвіднесення рівнів, аспектів і компонентів інформаційних технологій з можливістю рішення завдань різного рівня інноваційної активності.

Визначено необхідну функціональність програмного комплексу (ПК) для підтримки прийняття рішень щодо розвитку основних фондів машинобудівного підприємства, перелік моделей, методів, алгоритмів, які вимагають розробки й розвитку, наступної реалізації та використання у складі алгоритмічного забезпечення ПК.

У другому розділі подано результати теоретико-множинного моделювання інформаційної технології аналізу стану устаткування й ухвалення рішення з його переоснащення. Розроблено модель процесу технічного переоснащення як рішення задачі адаптації технологічної системи машинобудівного підприємства. У реальних виробничих умовах достатньо адекватна модель середовища відсутня (є лише відомості про очікувані закони поводження середовища й об'єкта, усереднені на великій кількості об'єктів і тривалих періодах часу), тому необхідно вирішувати задачу шляхом відповідного підстроювання параметрів , спираючись лише на спостереження вхідних змінних й змінних простору стану процесу. Рішення задачі адаптації технологічної системи МП до вирішуваної на виробництві задачі є аналогом оптимізації функціонування устаткування в умовах перешкод і приблизності оцінки функціонала .

Нехай - скалярна функція векторного аргументу , екстремум якої розташований у точці . Тоді функцією, що буде мінімізуватися при адаптації, є наступна залежність:

, (1)

де - випадковий дрейф екстремуму у просторі параметрів, що адаптуються (у предметній області цей дрейф відповідає змінам стану устаткування, ринкової вартості ресурсів, видаткових матеріалів і запасних частин, і т.п.); - випадковий дрейф градієнта функції (зміна цілей і обмежень виробничої діяльності); - модель перешкоди з дисперсією, що залежить від часу, яка описує погрішність оцінювання змін середовища й параметрів альтернатив (об'єктів або заходів ТПМП), та залежить від стану приладів у ланцюгах зворотних зв'язків (у тому числі від складу та компетентності робочих груп у випадку експертного оцінювання факторів).

Розроблено й досліджено структурно-функціональну схему процесу металообробки як об'єкта організаційно-технічного управління в комплексі з інформаційним простором підприємства, розглянуті вхідні й вихідні сигнали об'єкта, вплив технологічних параметрів устаткування на якість виробів і продуктивність. Аналіз такої схеми дозволив обмежити розгляд предметної області та визначити задачі моделювання й управління виробничим середовищем з урахуванням витрат на технічне переоснащення і його продуктивність. Виконано ідентифікацію передавальної функції устаткування по каналу «витрати - продуктивність» із використанням статистичних даних реального виробництва. Використано перетворення Лапласа: для функції витрат у період їх нарощування - , для функції продуктивності устаткування в процесі його зношування - . Отримана передавальна функція ланки у наступному вигляді:

, (2)

де коефіцієнт підсилення та постійні часу й залежать від технологічної й економічної ситуації.

Управління виробничим середовищем визначає інтенсивність і закон зміни витрат і продуктивності устаткування й дозволяє досягти бажаних показників. Це можливо лише шляхом структурної адаптації закону зміни витрат, що визначає мету, форму, порядок і момент вкладення витрат, і, відповідно, структуру та технічні можливості устаткування.

У третьому розділі виконано систематизацію задач дослідження й областей їх реалізації, моделювання процесу прийняття рішень щодо ТПМП, розроблено інформаційну технологію і її алгоритмічне забезпечення.

Визначено наступні етапи в удосконаленій методиці проведення ФВА.

Етап 1. Виділити основні складові частини устаткування.

Етап 2. Виділити основні функції устаткування.

Для проведення першого і другого етапів ФВА виконується системний аналіз процесів обробки матеріалів і даних при реалізації функцій устаткування з використанням діаграмної методики SADT (Structured Analysis and Design Technique).

Етап 3. Визначити вагомість кожної з функцій на основі методу експертних оцінок.

У роботі запропоновано під час проведення ФВА використовувати результати попарних порівнянь ступеня важливості й переваги функцій і параметрів.

Етап 4. Скласти загальну блок-схему для устаткування.

Етап 5. Скласти функціональну модель для устаткування.

Етап 6. Побудувати нечітку когнітивну карту (НКК) як результат формалізації уявлень фахівців про технологічні процеси в аналізованому під час ФВА устаткуванні без побудови точної фізичної моделі. При цьому в НКК визначається спрямованість і ступінь впливу функцій на технічні характеристики.

Маючи оцінки очікуваного рівня вкладення ресурсів у вузли для реалізації необхідних характеристик, ОПР отримує можливість визначити напрям процесу модернізації та згенерувати набір альтернатив.

Етап 7. Розробити функціонально-вартісну діаграму для конкретних екземплярів устаткування (заходів щодо ТПМП), де відображаються вагомості функцій і собівартість кожної з функцій відповідно до блок-схеми.

Для рішення поставленої мети запропоновано використовувати підхід для формалізації й обліку багатокритеріальної невизначеності, заснований на теорії можливості. Загальна структурно-функціональна схема інформаційної технології одержання й обробки експертних оцінок на основі такого підходу наведена на рис. 1. Сформовані вихідні дані для оцінювання варіантів заходів щодо ТПМП передаються групі експертів з використанням локальної комп'ютерної мережі підприємства і клієнт-серверного програмного забезпечення. У запропонованій інформаційній технології експерти виконують попарне порівняння ( - варіант реалізації ТПМП, , - множина можливих варіантів ТПМП, , - кількість варіантів). Експертне оцінювання виконується відповідно до методики, яка запропонована Т. Сааті.

Пошук нечіткої множини «Найкращий варіант ТПМП» для часткових показників якості , ( - множина критеріїв оцінки варіантів реалізації ТПМП) виконується наступним чином:

;

;

де - функція приналежності варіанта до нечіткої множини «Перевага варіантів за критерієм »; - функція приналежності варіанта до нечіткої множини .

Відповідно, найкращим варіантом треба вважати той, у якого найбільший ступінь приналежності до нечіткої множини «Найкращий варіант ТПМП» :



. (4)

Теорія нечіткої міри в запропонованій інформаційній технології обробки експертних оцінок і підтримки прийняття рішень використовується для виконання згортки оцінок всіх експертів у відповідності до ступеня їхньої компетентності (мірою довіри до їхніх рішень). При цьому згортка часткових показників якості з використанням нечіткого інтеграла й -нечіткої міри Сугено дає більш адекватну усереднену величину оцінок експертів в умовах невизначеності, у порівнянні з адитивними й мультиплікативними згортками.

Функцію , що реалізує експерт під час оцінки варіантів за відповідними критеріями , подано у вигляді відображення . Побудова -нечіткої міри Сугено, що характеризує вагу часткових показників при прийнятті рішень, виконується відповідно до умови нормування:

,

де - ступінь важливості окремого критерію порівняння. Далі визначається значення результуючого показника на основі нечіткої згортки (нечіткого інтеграла або нечіткого очікування) часткових показників:

, (6)

де - рівні приналежності нечіткої множини ;



набір критеріїв для відповідного -рівня;

-нечітка міра для набору критеріїв ; .

Варіант заходу , що надає узагальненому показникові ефективності максимального значення, визначається з умови .

Після обробки даних узагальнене шляхом згортки рішення групи експертів, також як і кращий з погляду кожного експерта варіант заходів щодо ТПМП, надходять у вигляді рекомендацій особі, що приймає рішення. Передача в розпорядження ОПР всієї цієї інформації необхідна у зв'язку з тим, що в ОПР можуть бути додаткові міркування, які впливають на ухвалення остаточного рішення.

Для дослідження принципової реалізованості запропонованої інформаційної технології (ІТ) у вигляді організаційно-алгоритмічного комплексу в роботі проведене імітаційне моделювання. Під час обчислювального експерименту дії користувачів, елементи інформаційної технології й окремі алгоритми обробки даних подані у вигляді мережі Петрі. На відміну від традиційної для UML діаграми переходів станів, така модель дозволила перевірити реалізованість більшості прецедентів, послідовність обробки даних в умовах декількох можливих режимів функціонування, коректність послідовності подій і т.п. Для цього, відповідно до методів аналізу динаміки мереж Петрі, був побудований граф досяжних маркувань мережі, аналіз якого показав, що: всі маркування досяжні; дана мережа є потенційно «живою» та у ній відсутні термінальні вершини; дана мережа є стійкою й обмеженою.

Результатами застосування ІТ є наступне: зниження обсягів додаткових даних, що вимагаються від експертів і ОПР; зниження модельної помилки при апроксимації функції мети аналітиків; зменшення залежності якості оцінювання від ступеня погодженості оцінок.

Для роботи в режимі одержання мінімальних даних від ОПР експерти можуть обмежитися одержанням від нього лише переліку альтернатив і критеріїв порівняння й виконати оцінювання, використовуючи шкалу Сааті для попарних оцінок. При цьому ваги критеріїв і ваги компетентності експертів можуть бути отримані безпосередньо з матриць оцінок. Діаграма активності, що показує можливість реалізації інформаційної технології обробки експертних оцінок у різних режимах, залежно від отриманих від ОПР відомостей.

У запропонованій ІТ у режимі № 1 на основі оцінок значущості альтернатив визначаються вагові коефіцієнти критеріїв. У режимі функціонування № 2 використана методика видобутку даних про компетентність експертів безпосередньо з отриманих від нього оцінок набору альтернатив. Ці дані надаються ОПР, і він їх використовує або для корегування своїх уявлень про компетентність експертів, або для рішення питання про достовірність експертизи. Окремою, розв'язуваною в режимі № 3 задачею, є використання слабко узгоджених матриць оцінок переваг для одержання ефективного рішення.

Запропоновано методику інтерпретації слабко узгоджених матриць. При її реалізації одержують набір транзитивних матриць по кожному з рядків вхідної слабко узгодженої матриці . Потім на підставі кожної такої матриці виконується ранжирування альтернатив, для всіх ранжирувань визначається взаємна відстань Кемені , визначається аналог медіани Кемені для наявних ранжирувань.

Далі виконується нечітка згортка векторів ваг альтернатив у вигляді власних векторів, які отримані для транзитивних матриць, й уведених для цих матриць ваг , які розглядаються як нечітка міра відповідності таких матриць реальній функції мети експерта. Нечітка міра у вигляді ваг матриць враховує нелінійний характер впливу критеріїв порівняння на цільову функцію експерта. Згортка отриманих оцінок з такою мірою дозволяє інтерпретувати слабо узгоджені матриці оцінок без втрати неформалізованих нечітких уподобань експерта.

Під час подальших досліджень, результати яких наведені у третьому розділі, процес прийняття рішень розглянутий як багатокритеріальна оптимізація з використанням функції мети ОПР. Показано, що необхідно активізувати ОПР як агента, що управляє процесом ТПМП, для отримання додаткових відомостей та трактування неоднозначних ситуацій.

У четвертому розділі виконана розробка діаграми класів з набору діаграмних методик уніфікованої мови моделювання UML предметної області СППР щодо ТПМП (рис. 3). З урахуванням необхідної й додаткової функціональності СППР, розроблена схема програмного комплексу, що дозволяє на основі модульного підходу комплектувати й адаптувати реалізації систем інформаційної підтримки ТПМП модулями, необхідними в конкретних організаційно-технічних ситуаціях.

Для спрощення такої комплектації запропоновано класифікувати модулі (компоненти) автоматизованого робочого місця ОПР за функціональним призначенням, і зазначити наступні рівні, забезпечувані при реалізації розглянутих модулів: 1 - рівень обробки експертних оцінок; 2 - рівень залучення додаткового інформаційного забезпечення; 3 - рівень інтенсивного діалогу із ОПР; 4 - рівень інтеграції в інформаційну систему підприємства.

Модулі (компоненти) згруповані в наступні пакети: пакет обробки експертних оцінок; пакет збору й підготовки даних для аналізу, подання результатів; пакет одержання додаткових даних у ОПР; пакет інформаційної підтримки ФВА; пакет користувальницького інтерфейсу; пакет зв'язку з віддаленими пристроями.

З урахуванням розробленого структурно-функціонального ряду СППР, що гнучко формується шляхом комплектування різними модулями (компонентами), а також беручи до уваги необхідність у більшості випадків взаємодії з сервером баз даних у локальній мережі, із клієнтськими машинами, що працюють із використанням Web-технологій, запропонована діаграма розгортання СППР, інтегрованої в інформаційну систему підприємства.

У розділі також наведено методику й результати експериментальних досліджень компонентів системи інформаційної підтримки й автоматизації етапів процесу прийняття рішень ТПМП. Перевірка реальної економічної ефективності альтернатив ТПМП вимагає проведення активного експерименту, тобто реалізації різних альтернатив на виробництві, що з деяких причин важко здійснити. Тому оцінка ефективності (прибутковості) того або іншого рішення щодо ТПМП може бути, практично, тільки експертною й, відповідно, суб'єктивною.

Експерименти проводилися за двома режимами. У першому режимі неузгодженість у функції мети експерта формувалася алгоритмічними засобами. До матриці вносилися оцінки, отримані від експерта, що має точне уявлення про свої переваги й формує узгоджену транзитивну матрицю оцінок. Потім до оцінок вносилися випадкові відхилення, що генерувалися за законом з нормальною функцією щільності розподілу ймовірностей. У другому режимі група експертів з 3-5 осіб, що мають кооперативну домовленість про сувору перевагу (порядок) на множині альтернатив, проводила індивідуальну оцінку набору альтернатив. У результатах експертизи вони зацікавлені не були, і, отже, не вносили маніпулятивну складову до своїх оцінок. При цьому їх функції корисності випадковим чином не збігалися. Згортка оцінок альтернатив проводилася в лінійному режимі з використанням змішаного екстремуму та шляхом згортки з нечіткою мірою.

Аналіз результатів показує істотне підвищення якості обробки експертних оцінок (на 7-15 % у порівнянні з найбільш близькою за якістю методикою) з використанням пропонованої методики в рамках розробленої інформаційної технології. За результатами, наведеними на рис. 4 ( - середнє квадратичне відхилення експертних оцінок) зрозуміло, що оцінки, отримані шляхом згортки з використанням запропонованої інформаційної технології, дають менше розсіювання для отриманих експертних оцінок, що свідчить про більший ступінь погодженості усереднених значень і достовірності отриманих усереднених оцінок.

ФВА на підприємствах проводився за двома методиками: 1) із простою нарадою учасників (експертів) при складанні структурних і функціональних схем устаткування; 2) з побудовою НКК у режимі наради щодо структури карти (концептів і їх взаємовпливів) і отримання експертних оцінок щодо сили взаємовпливів, з наступним моделюванням на основі такої погодженої карти. Побудова НКК у режимі наради експертів погоджує деякою мірою функції корисності (цілі) окремих експертів, що дає більш зосереджені експертні оцінки.

На графіках показано позитивний ефект від реалізації імітаційного моделювання з використанням НКК під час системного аналізу функціональної та структурної схем устаткування.

Проведені експериментальні дослідження ефективності застосування нечітко-інтегральної згортки у рамках розробленої інформаційної технології для зниження ефекту спотворення результату при проведенні вибіркової дооцінки альтернатив. Також у розділі наведені результати експериментів, що показують ефективність запропонованої методики інтерпретації слабко узгоджених матриць.

У висновках викладені найбільш важливі наукові і практичні результати, що отримані в дисертаційній роботі.

У додатках наведені матеріали, що містять окремі результати досліджень і експериментів, проведених у роботі; загальний опис розробленого програмного забезпечення; акти впровадження основних результатів дисертаційної роботи.



ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішена актуальна науково-технічна задача розробки і реалізації ефективного інформаційного забезпечення підтримки прийняття рішень технічного переоснащення машинобудівного підприємства шляхом підвищення якості одержання й обробки експертних оцінок на основі згортки часткових критеріїв з нечіткими мірами важливості та компетентності. При проведенні досліджень отримані наступні основні результати.

1. Процес переоснащення підприємства подано як рішення задачі адаптації технологічної системи. Розроблено модель функції, що мінімізується при адаптації, яка враховує випадковий дрейф екстремуму функції у просторі параметрів, дрейф градієнта функції (зміна мети і обмежень виробничої діяльності), перешкоди у вигляді випадкового процесу з дисперсією, що залежить від часу (погрішність оцінювання зміни середовища та параметрів альтернатив).

2. Процес ТПМП розглянуто як складну керовану систему з багатьма зв'язками. Отримано передавальну функцію каналу «Витрати на ТПМП» -«Продуктивність устаткування» шляхом ідентифікації моделі на основі реальних виробничих даних. Виявлені закономірності перетворення в організаційно-технічній системі підприємства використані у складі інформаційного забезпечення процесу ТПМП.

3. Удосконалено метод проведення функціонально-вартісного аналізу технологічного устаткування на основі попарних порівнянь альтернатив з формалізацією результатів системного аналізу об'єкта технічного переоснащення у вигляді діаграми SADT і нечіткої когнітивної карти взаємовпливу вузлів устаткування і реалізованих функцій.

4. Розроблено інформаційну технологію одержання й обробки експертних оцінок з використанням згортки часткових критеріїв оцінювання варіантів ТПМП і ступенів компетентності експертів на основі теорії нечіткої міри.

5. Розроблено метод інтерпретації слабко узгоджених матриць оцінок, отриманих під час оцінювання альтернатив технічного переоснащення, на основі інтерпретації окремих рядків таких матриць із використанням відстані Кемені між ранжируваннями і згортки з нечіткою мірою для збереження відомостей про нечіткі переваги експертів.

6. Розроблено вимоги до ПК інформаційного забезпечення СППР, розроблена діаграма класів предметної області й ПК, запропоновано структурно-функціональний ряд реалізацій СППР із урахуванням можливості забезпечення сформульованих вимог. Компоненти ПК реалізовані у вигляді програмних модулів.

7. Проведено експериментальні дослідження в режимі імітаційного моделювання роботи алгоритмічного забезпечення і ПК (за допомогою мережі Петрі), що показали реалізованість функціональних можливостей інформаційної технології та досяжність поставлених у роботі задач. Проведено дослідне впровадження ПК за участю фахівців машинобудівного підприємства, під час якого підтверджена ефективність запропонованих розробок ІТ і методик. Показано, що якість обробки експертних оцінок збільшено на 7-15 %, розсіювання експертних оцінок знижено й, відповідно, достовірність результатів оцінювання підвищено на 10-14 %. Економічний ефект складає 3-8 % від об'єму випуску продукції ПАТ «Новокраматорський машинобудівний завод» і ПАТ «Енергомашспецсталь» на устаткуванні, для якого виконано технічне переоснащення з використанням запропонованих методів, алгоритмів та компонентів.

8. Результати досліджень використані під час виконання науково-дослідної роботи за темою Н-3-07 у вирішенні завдань діагностики стану устаткування, а також у навчальному процесі кафедри «Автоматизовані системи управління» Донецького національного технічного університету і Відділеного структурного підрозділу Національного авіаційного університету Слов'янського коледжу Національного авіаційного університету.



СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Багрянова Л.В. Автоматизация поддержки принятия решений по модернизации оборудования / В.И. Кравченко, В.В. Зоненко, Л.В. Багрянова и др. // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. - № 1Е (6). - 2006. - С. 330-335.

2. Нечволода Л.В. Автоматизация управления развитием производственных фондов машиностроительного предприятия на основе информационных технологий / Л.В. Нечволода // Вісник Хмельницького національного університету. - Хмельницький, 2008. - №3. - Т. 2. - С. 255-259.

3. Нечволода Л.В. Информационные технологии и архитектура программного комплекса для автоматизации принятия решений по техническому переоснащению на машиностроительном предприятии / Л.В. Нечволода // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація. - Донецьк, 2009. -Вип. 17 (148). - С. 104-111.

4. Нечволода Л.В. Разработка модели процесса металлообработки как объекта технико-экономического управления на машиностроительном предприятии / Л.В. Нечволода // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматизація.- Донецьк, 2010. - Вип. 19 (171). - С. 90-96.

5. Нечволода Л.В. Управление процессом технического переоснащения машиностроительного предприятия как решение задачи адаптации технологической системы / Л.В. Нечволода // Новые технологии. - Кременчуг, 2010. - № 2. - С. 95-99.

6. Нечволода Л.В. Информационная технология обработки экспертных оценок для поддержки принятия решений в ходе технического переоснащения машиностроительного предприятия / Л.В. Нечволода // Системи обробки інформації. Зб. наук. праць. -- Харків: ХУПС, 2010. - Вип. 6 (87). - С. 247-252.

7. Нечволода Л.В. Разработка методики снижения модельной ошибки при обработке результатов экспертного оценивания в ходе технического переоснащения машиностроительного предприятия / Ю.А. Скобцов, Л.В. Нечволода // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - Хмельницький, 2010. - Вип. 1. - С. 162-167.

8. Нечволода Л.В. Разработка и исследование системы информационной поддержки принятия решений в ходе переоснащения электротехнического оборудования на машиностроительном предприятии / Л.В. Нечволода, О.В. Колот // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Електротехніка і енергетика.- Донецьк, 2010. - Вип. 10. - С. 89-95.

9. Нечволода Л.В. Автоматизированная система управления техническим переоснащеним машиностроительного предприятия / Л.В. Нечволода // Інтелектуальні системи в промисловості і освіті-2007: тези доповідей I міжнародної науково-технічної конференції. - Суми, 2007. - С. 152-153.

10. Нечволода Л.В. Узагальнений підхід до моделювання інформаційних технологій підтримки ухвалення рішень в ході процесу технічного переоснащення машинобудівного підприємства / Л.В. Нечволода // Комп'ютерні науки та інформаційні технології: матеріали 4-ї МНТК. - Львів: ПП «Вежа і Ко», 2009. - С. 326-329.

11. Нечволода Л.В. Информационная технология обработки экспертных оценок при техническом переоснащении машиностроительного предприятия / Л.В. Нечволода // Research and technology - step into the future. Scientific & Research Journal of Transport and Telecommunication Institute (Riga). - 2009. - Vol. 4. - No 4. - P. 35-37.

12. Нечволода Л.В. Совершенствование информационной технологии обработки экспертных оценок при выработке стратегии технического переоснащения машиностроительного предприятия / Л.В. Нечволода // Стратегия качества в промышленности и образовании: материалы докладов VI конференции. Варна, Болгария, 2010. - Т.2. - Ч.2. - С. 587-590.

13. Нечволода Л.В. Процессы металлообработки и технического переоснащения как объекты информационного управления на машиностроительном предприятии / Л.В. Нечволода // Research and technology - step into the future. Scientific & Research Journal of Transport and Telecommunication Institute of TTI (Riga). - 2010. - Vol. 5. - No 2. - P. 30-31.

14. Нечволода Л.В. Совершенствование информационной технологии обработки экспертных оценок при выработке стратегии технического переоснащения машиностроительного предприятия / Л.В. Нечволода // Сучасна інформаційна Україна: матеріали доповідей конференції. Донецьк: ДІШІ, 2010. - Т.1. - С. 120-124.

Размещено на Allbest.ru

...