Методи, моделі та алгоритми оперативно-диспетчерського управління бізнес-процесами виробничої дільниці механоскладального виробництва

Размещено на http://www.allbest.ru/

КРЕМЕНЧУЦЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ,

ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І УПРАВЛІННЯ

УДК 65.012.122:519.816:004.021

МЕТОДИ, МОДЕЛІ ТА АЛГОРИТМИ ОПЕРАТИВНО-ДИСПЕТЧЕРСЬКОГО УПРАВЛІННЯ БІЗНЕС-ПРОЦЕСАМИ ВИРОБНИЧОЇ ДІЛЬНИЦІ МЕХАНОСКЛАДАЛЬНОГО ВИРОБНИЦТВА

Спеціальність 05.13.06 - Інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Кашуба Світлана Володимирівна

Кременчук 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі ІТП у Кременчуцькому університеті економіки, інформаційних технологій і управління

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент Оксанич Ірина Григорівна, Кременчуцький університет економіки, інформаційних технологій і управління, професор кафедри інформаційних технологій проектування

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Левикін Віктор Макарович, Харківський національний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри інформаційних управляючих систем;

кандидат технічних наук, доцент Ульяновська Юлія Вікторівна, Академія митної служби України (м. Дніпропетровськ), доцент кафедри інформаційних технологій і систем

Захист відбудеться “26“ лютого 2010 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 45.124.01 у Кременчуцькому університеті економіки, інформаційних технологій і управління за адресою: 39600, м. Кременчук, вул. Пролетарська, 24/37. ауд. 1301.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Кременчуцького університету економіки, інформаційних технологій і управління за адресою: 39600, м. Кременчук, вул. Пролетарська, 24/37.

Автореферат розісланий “19” січня 2010 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради /підпис/ С.Е. Притчин

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Важливу роль у підвищені ефективності функціонування сучасного виробництва відводять інформаційним аналітичним системам, до складу яких входить і система оперативно-диспетчерського управління виробництвом, яка зорієнтована на вирішення задач обліку, контролю інформації про фактичний хід робіт з виконання встановленого графіка виробництва, прийняття оперативних заходів щодо попередження та усунення відхилень від плану в ході виробництва, виявлення та аналізу причин відхилень від встановлених планових завдань і календарних графіків виробництва та координації поточної роботи взаємопов'язаних ланок виробництва з метою забезпечення ритмічного ходу роботи за встановленим графіком.

Оперативно-диспетчерське управління основним виробництвом займає в системі управління підприємством центральне місце, оскільки має великий вплив на ефективність поточного виробничого процесу, який піддається впливу, як внутрішнього, так і зовнішнього середовища. Оперативно-диспетчерське управління успішно служить поставленим цілям при чіткій регулярності контролю і спостереження за ходом виробництва, для чого необхідна своєчасна і точна оперативна інформація про фактичне виконання змінних завдань і планів-графіків виготовлення продукції, а також про всі позаштатні ситуації, що виникають у процесі виробництва.

Різним аспектам вирішення проблеми створення автоматизованої системи оперативно-диспетчерського управління присвячені роботи Павлова А.А., Фролова Є. Б., Загідулліна Р.Р., Горшкова А.Ф., Гаврілова Д.А, Татевосова К.Г. та ін. Але при впровадженні автоматизованих систем управління виробництвом основна увага приділяється бізнес-процесам, що пов'язані з поставками, збутом, адміністративно-фінансовим управлінням. Проблемам автоматизації основних виробничих процесів та задачам оперативно-диспетчерського управління приділяється недостатньо уваги. На більшості машинобудівних підприємств в даний час відсутня єдина інформаційна система, яка могла б стати основою системи оперативного управління виробництвом на рівні виробничої дільниці, цеху. Першим кроком на шляху до ефективного управління ходом виробництва є розробка і впровадження автоматизованої системи оперативного відстежування ходу виробництва. Тільки за наявності актуальної та достовірної інформації про стан виробництва можна ставити і розв'язувати задачі його оперативного регулювання.

Тому для вибору оптимальних регулюючих впливів на хід виробництва необхідно мати адекватну математичну модель процесу функціонування виробництва, модель вирішення задачі визначення непродуктивного часу в різних виробничих ситуаціях, модель прийняття рішень з оперативного управління бізнес-процесами виробничої дільниці. Крім того, необхідні методи оперативно-диспетчерського управління ресурсами виробництва та прикладне програмне забезпечення, що дозволяє реалізувати основні функціональні задачі оперативно-диспетчерського управління виробничою дільницею.

Таким чином, розробка ефективних методів, моделей та алгоритмів оперативно-диспетчерського управління бізнес-процесами виробничої дільниці є актуальним завданням, а його вирішення може істотно підвищити стабільність роботи виробництва в цілому і дати очікуваний економічний ефект.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася автором на кафедрі інформаційних технологій проектування Кременчуцького університету економіки, інформаційних технологій і управління (КУЕІТУ) відповідно до науково-дослідницької роботи “Дослідження і розробка математичних моделей і алгоритмів оптимального планування й оперативного управління виробництвом” (ДР № 0106U000058), а також за госпдоговірною НДР “Розробка методів, моделей та алгоритмів оперативно-диспетчерського управління бізнес-процесами виробництва” (замовник - ВАТ “Кременчуцький колісний завод”).

Метою дослідження є розробка моделей та інструментальних засобів вирішення функціональних задач оперативно-диспетчерського управління, які дозволять підвищити ефективність функціонування виробничої дільниці механоскладального виробництва.

Досягнення поставленої мети забезпечується вирішенням наступних задач:

- дослідити сучасний стан оперативно-диспетчерського управління виробництвом;

- розробити математичну модель процесу функціонування виробничої дільниці;

- розробити математичну модель вирішення задачі визначення непродуктивного часу в різних виробничих ситуаціях;

- розробити модель прийняття рішень з оперативного управління бізнес-процесами виробничої дільниці;

- розробити метод визначення пріоритетності запуску замовлень у виробництво;

- розробити метод визначення працездатності виробничих ліній і простоїв одиниць обладнання;

- розробити метод коректування розкладів з урахуванням стохастичності процесів функціонування виробничої дільниці;

- розробити програмне забезпечення для реалізації розроблених моделей функціональних задач оперативно-диспетчерського управління бізнес-процесами виробничої дільниці;

- провести апробацію розроблених моделей та інструментальних засобів системи оперативно-диспетчерського управління виробництвом.

Об'єктом досліджень є бізнес-процеси оперативно-диспетчерського управління виробничою дільницею на машинобудівних підприємствах.

Предметом дослідження є моделі, методи та алгоритми оперативно-диспетчерського управління бізнес-процесами виробничої дільниці.

Методи дослідження. Виконані дослідження базуються на положеннях та методах системного аналізу, аналізу ієрархій, теорії нечітких множин і нечіткої логіки, теорії автоматів та імітаційного моделювання.

Достовірність наукових результатів підтверджується результатами реалізації функціональних задач автоматизованої системи оперативно-диспетчерського управління в умовах реального виробництва.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. Вперше розроблено математичну модель процесу функціонування виробничої дільниці з застосуванням автоматного опису станів і процесів виробничої дільниці, які враховують часові і технологічні параметри, що характеризують стан одиниць обладнання, транспортних засобів та динаміку зміни заділів дільниці, і дозволяє здійснити на її основі імітаційне моделювання функціонування виробничої дільниці, своєчасно виявити позаштатні ситуації, що виникли.

2. Вперше розроблено нечітку модель прийняття рішень з оперативного управління бізнес-процесами виробничої дільниці, яка базується на матриці знань, що дозволяє обчислювати значення функцій належності вихідної змінної при фіксованих значеннях вхідних змінних, та формувати варіанти вирішення щодо оперативно-диспетчерського управління відповідно до поточної ситуації на виробничій дільниці в умовах нечітко заданої вхідної інформації. програмний забезпечення модель виробничий

3. Удосконалено математичну модель вирішення задачі визначення невиробничого часу в різних виробничих ситуаціях, яка, на відміну від існуючих, враховує розміри заділів усіх одиниць обладнання лінії, що дозволяє в будь-який момент часу визначити тривалість простою виробничої лінії та відсоток виконання плану виробництва.

4. Удосконалено метод визначення пріоритетності запуску замовлень у виробництво, який відрізняється від існуючих можливістю динамічної зміни набору критеріїв на окремих етапах процесу прийняття рішень, що дозволило обирати пріоритети відповідно до кількісних та якісних локальних критеріїв.

5. Удосконалено метод визначення працездатності виробничих ліній і простоїв одиниць обладнання, який, на відміну від існуючих, дозволяє своєчасно визначати непрацездатні виробничі лінії, що підвищить ефективність оперативно-диспетчерського управління виробничою дільницею.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблені моделі, методи та алгоритми оперативно-диспетчерського управління бізнес-процесами виробничої дільниці реалізовані в програмному комплексі системи оперативно-диспетчерського управління, що дозволило:

- адекватно описати і відслідковувати в реальному масштабі часу стан одиниць обладнання на виробничій дільниці;

- відстежувати причини виникнення непередбачених простоїв обладнання;

- реалізувати швидке коригування виробничих розкладів при виході з ладу одиниці обладнання або виникненні іншої незапланованої події;

- оперативно застосовувати керуючий вплив відповідно до поточної ситуації на виробничій дільниці в умовах нечітко заданої вхідної інформації, реалізуючи тим самим ситуаційне оперативно-диспетчерське управління виробничою дільницею.

Наукові результати, отримані в ході виконання дисертаційної роботи, знайшли практичне застосування на ВАТ “Кременчуцький колісний завод”, що підтверджено актом впровадження від 17.04.09 р., а також у навчальному процесі (акт впровадження від 28.04.09 р.). Практичне використання програмного комплексу та імітаційної моделі підтвердило коректність і адекватність розроблених моделей та алгоритмів.

Особистий внесок здобувача. Усі результати дисертаційної роботи отримані здобувачем самостійно. У роботах, виконаних у співавторстві, особисто автору належать наступні наукові результати:

* у роботі [1] - розробка моделі, яка відображає процес функціонування виробничої дільниці і дозволяє своєчасно виявити відхилення від встановлених планів-графіків ходу виробництва;

* у роботі [2] - розробка методу коригування розкладів з урахуванням стохастичності процесів функціонування виробничої дільниці, що дозволяє прогнозувати стан виробничих ресурсів у процесі динамічної корекції виробничого розкладу на найближчий період;

* у роботі [3] - розробка математичної моделі функціонування виробничої дільниці, яка відрізняється від існуючих застосуванням автоматного опису станів і процесів виробничої дільниці з урахуванням часових і технологічних параметрів, що дозволяє відображати на імітаційній моделі динаміку зміни станів виробничого процесу;

* у роботі [4] - розробка нечіткої моделі прийняття рішень оперативного управління бізнес-процесами виробничої дільниці, що дозволяє вибирати керуючий вплив відповідно до поточної ситуації на виробничій дільниці в умовах нечітко заданої вихідної інформації, реалізуючи тим самим ситуаційне оперативно-диспетчерське управління виробничою дільницею.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідалися і обговорювались на міжнародних і національних конференціях, у тому числі на: ІІ науково-технічній конференції з міжнародною участю "Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології" (МЕТІТ-2) ( КУЕІТУ, м. Кременчук, 2006 р.); Всеукраїнській науково-практичній конференції “Системний аналіз і управління” в рамках “Дні науки” (ГУ “ЗІДМУ”, м. Запоріжжя, 2007 р.); 12-ому Міжнародному форумі “Радіоелектроніка і молодь в XXI столітті" (ХНУРЕ, м. Харків, 2008 р.); 13-ому Міжнародному форумі “Радіоелектроніка і молодь в XXI столітті" (ХНУРЕ, м. Харків, 2009 р.); VII міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні інформаційні технології в економіці та управлінні підприємствами, програмами і проектами” (Національний аерокосмічний університет імені М.Є. Жуковського ХАІ, м. Харків, 2009 р.).

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковані в 9 друкованих працях, з них - 4 статті у фахових виданнях, затверджених ВАК України, та 5 - у матеріалах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, списку використаних джерел, шести додатків. Осяг дисертації - 154 стор., містить 36 таблиць, 43 рисунки та 114 джерел цитованої літератури.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовані мета і завдання дослідження, наукова новизна і практична цінність отриманих результатів, наводяться дані про публікації й особистий внесок здобувача, надані відомості про апробацію роботи.

У першому розділі проведено аналіз проблем оперативного управління як основного інструмента управління виробництвом і специфічних проблем оперативного управління бізнес-процесами виробництва. Проаналізовано сучасні методи оперативного управління, що спрямовані на стабілізацію параметрів технологічних процесів і збереження балансу продуктивності між окремими ланками виробничого ланцюга підприємства відповідно до принципу гомеостазисності, суть якого полягає в здатності виробничої системи протистояти порушенню її функцій завдяки наявності в системі механізму саморегулювання.

Наведено критичний аналіз математичних моделей та інструментальних засобів систем оперативно-диспетчерського управління виробництвом. Показано, що система оперативно-диспетчерського управління виробництвом характеризується багаторівневою структурою інформаційного обміну з функціональним різноманіттям підрозділів, на кожному ієрархічному рівні системи вирішуються конкретні функціональні задачі. При цьому кожен рівень ієрархічної структури системи розширює можливості інформаційного обміну, але ускладнює процедури прийняття управлінських рішень.

Досліджено вимоги, що висуваються технологією виробництва до системи оперативно-диспетчерського управління. Встановлено, що досягнення загальної мети ефективного функціонування даної системи забезпечуються вирішенням набору окремих задач, складених на основі локальних критеріїв оптимальності з подальшим узгодженням отриманих рішень і коригуванням початкових управлінських рішень в залежності від конкретної виробничої ситуації.

У розділі розглянуто математичні моделі оперативного управління з урахуванням особливостей організаційних і виробничих процесів, проаналізовано проблеми, що зустрічаються в задачах оперативно-диспетчерського управління виробництвом, та намічено шляхи моделювання бізнес-процесів виробничої дільниці.

Проведений аналіз особливостей оперативно-диспетчерського управління та існуючих автоматизованих систем оперативного управління виробництвом показує, що виробничий процес характеризується порівняно швидкою зміною параметрів виробничого циклу в просторі і в часі, а також випадковими значеннями терміну протікання окремих процесів. Зважаючи на ці причини оперативне управління виробничої дільницею повинно здійснюватися за допомогою автоматизованої системи, головними функціями якої повинні бути контроль, своєчасне виявлення позаштатних виробничих ситуацій, аналіз та регулювання ходу виробництва.

Виявлено, що математичні моделі календарного планування, обліку та контролю ходу виробництва, які використовуються в існуючих автоматизованих системах оперативного управління виробництвом, не дозволяють повно описувати і відслідковувати стан одиниць обладнання на виробничій дільниці, відслідковувати причини виникнення непередбачених простоїв обладнання та реалізувати швидке коригування ходу виробничого процесу при виході з ладу одиниці обладнання чи іншої незапланованої події. Крім того, в існуючих системах оперативно-диспетчерського управління не достатньо засобів імітаційного моделювання, які можна було б використати для оперативної перевірки ефективності управлінських рішень щодо бізнес-процесів виробничої дільниці в умовах невизначеності, для управління простоями та оперативної корекції планів виробництва при непередбачуваних відмовах обладнання.

У другому розділі проведено дослідження бізнес-процесів виробничих дільниць механоскладального виробництва, в рамках якого виконано дослідження причин порушень у роботі, проаналізовано статистику організаційних і технічних причин невиконання плану виробництва. На основі проведених досліджень визначена функціональна структура системи оперативно-диспетчерського управління виробництвом, інформаційний простір, який надає повну інформацію для своєчасного виявлення відхилень від плану виробництва, дозволяє встановити причини невиконання плану та надає вихідну інформацію для створення моделей оперативного управління виробництвом. Для оперативного моніторингу виробничої ситуації розроблена математична модель процесу функціонування виробничої дільниці із застосуванням автоматного опису станів і процесів виробничої дільниці, яка дозволяє відображати стан виробничого процесу в реальному часі і може використовуватись як математична основа імітаційної моделі, що дозволяє досліджувати режими роботи виробничої дільниці.

Математичну модель представимо у наступному вигляді:

, (1)

де - множина вхідних величин; - простір станів дільниці; - множина моментів часу; - множина вихідних величин; - перехідна функція стану; - вихідне відображення, що визначає динаміку вихідних величин.

Вхідними величинами для моделі процесу функціонування виробничої дільниці є вихідні дані моделей процесів функціонування елементів виробничої дільниці, а саме:

процесу функціонування одиниць обладнання:

; (2)

динаміки зміни станів заділів виробничої дільниці:

; (3)

процесу функціонування транспортних засобів, що задіяні на виробничій дільниці:

, (4)

де - множина одиниць обладнання; - множина вхідних сигналів, що визначаються зміною станів одиниць обладнання; - множина станів одиниць обладнання; - множина виходів моделі процесу функціонування одиниць обладнання; - функція переходів моделі процесу функціонування одиниць обладнання; - множина заділів; - множина вхідних сигналів, що визначаються динамікою зміни станів виробничих заділів; - множина станів заділів; - множина виходів моделі динаміки станів заділів; - функція переходів для моделі динаміки станів заділів; - множина транспортних засобів; - множина вхідних сигналів, що визначаються зміною стану транспортних засобів; - множина станів j - го транспортного засобу; - множина виходів моделі процесу функціонування транспортних засобів, - функція переходів моделі процесу функціонування транспортних засобів.

Множину вхідних сигналів автоматної моделі функціонування елементів виробничої дільниці представимо наступними виразами:

- множина вхідних сигналів функціонування одиниць обладнання; (5)

- множина вхідних сигналів динаміки станів заділів; (6)

- множина вхідних сигналів функціонування транспортних засобів, (7)

де - закінчення обробки партії деталей; - надходження нової партії деталей на обробку; - вихід з ладу одиниці обладнання внаслідок несправності; - надходження деталі в заділ після закінчення обробки на попередньому верстаті; - надходження деталі на обробку з заділу; - вихід з ладу верстату; - заявка на транспортування деталей; - вихід з ладу транспортного засобу; .- сигнал про завершення транспортної операції.

Простір станів виробничої системи представимо кортежем:

, (8)

де - множина станів одиниць обладнання; - множина станів динаміки заділів; - множина станів транспортних засобів.

Множину станів елементів виробничої дільниці представлено у вигляді:

- вектор станів одиниць обладнання; (9)

- вектор станів заділів; (10)

- вектор станів транспортних засобів, (11)

де - змінна, що характеризує стан n-ї одиниці обладнання, з наступними допустимими значеннями: “ПР” - простій, “ОД” - обробка деталі, “Н” - несправний; - деталь i-го виробу k-того типу, що обробляється на n-й одиниці обладнання; - кількість деталей в черзі до n-го верстату; ,,- час початку, закінчення обробки деталі на n-й одиниці обладнання та час фіксації поломки одиниці обладнання; - змінна оцінки стану l-го заділу з наступними допустимими значеннями: “НЗ” - наявність деталей в заділі, “ОЗ” - відсутність заділу, “НП” - несправність попереднього верстату, “НС” - несправність наступного верстату; - кількість деталей в заділі, - час пролежування деталей; - змінна оцінки стану j-го транспортного засобу з наступними допустимими значеннями: “ПР” - простій, “ВТР” - виконує транспортування, “Н” - несправний; - кількість деталей, що транспортуються; , - час початку та закінчення транспортної операції.

Множину вихідних сигналів автоматної моделі функціонування елементів виробничої дільниці запишемо:

- множина вихідних сигналів функціонування одиниць обладнання; (12)

- множина вихідних станів; (13)

- множина вихідних сигналів функціонування транспортних засобів, (14)

де - кількість оброблених деталей n-м верстатом; - час простою верстата; - кількість деталей в черзі до n-го верстату; - кількість деталей, що транспортуються.

Тоді функції переходів автоматної моделі процесу функціонування виробничої дільниці в цілому представимо кортежем:

. (15)

Функції переходів автоматної моделі процесу функціонування елементів виробничої дільниці представимо наступними виразами:

;

; (16)

.

Для ефективного функціонування виробничої дільниці необхідно дотримуватись ритмічності виробництва. Основною причиною порушення ритмічності виробництва і, як наслідок, невиконання плану є збільшення тривалості виробничого циклу. Проведений в роботі аналіз структури непродуктивного часу для виробничої дільниці показав, що найбільш істотними складовими втрат часу є час, витрачений на операціях переналагодження обладнання при надходженні нової партії деталей в лінію і час простоїв одиниць обладнання через непередбачені ремонти.

Таким чином, спираючись на вищенаведені міркування, запропоновано математичну модель розв'язання задачі визначення непродуктивного часу виробничої лінії, що складається з послідовно з'єднаних одиниць обладнання в різних виробничих ситуаціях. Модель представимо у наступному вигляді:

, (17)

де - тривалість простою лінії виробництва компонент; n - порядковий номер одиниці обладнання, що знаходиться в стані простою; - тривалість операції переналагодження n-ї одиниці обладнання при надходженні нової партії деталей на обробку; - тривалість ремонту n-ї одиниці обладнання; - тривалість обробки заділа після n-ї одиниці обладнання; - тривалість обробки деталі на n-й одиниці обладнання; - фактичний випуск виробів на виробничій лінії; - фонд роботи обладнання за зміну.

Обробка компонент на виробничій лінії послідовна, тому простій n-й одиниці обладнання може викликати простій наступної, тоді час простою для будь-якої пари одиниць обладнання з причин переналагодження або ремонту визначимо рекурентними виразами:

, (18)

, (19)

,

де - заділ після n-ї одиниці обладнання.

Отже, тривалість простою лінії виробництва компонент буде визначатися простоєм одиниці обладнання, що стоїть останньою в виробничій лінії :

. (20)

Фактичний випуск продукції виробничою лінією визначається виразом:

, (21)

де - план випуску продукції виробничою лінією.

Тоді процент виконання плану визначається за формулою:

. (22)

Для оперативного коригування відхилень від виробничого процесу розроблено математичну модель прийняття рішень з оперативного управління бізнес-процесами виробничої дільниці, що дозволяє формувати варіанти рішень відповідно до поточної ситуації на виробничій дільниці в умовах нечітко заданої вхідної інформації:

, (23)

де X - вхідна змінна (множина ознак ситуацій, значення яких описуються станом об'єкту управління) , ; Т - терм множина всіх лінгвістичних змінних відповідних ознак ситуацій , - кількість значень ознак; F - множина функцій приналежності, що відповідають терм множинам , - фіксовані значення параметру ознаки ситуації; В - база знань; Y - вихідна змінна (керуючий вплив, який необхідно вибрати з множини допустимих впливів) . Задача прийняття рішень полягає в тому, щоб на основі інформації про вектор входів X^* - фіксованих значень ознак поточної ситуації визначити вихід - оптимальне рішення щодо усунення відхилень від ходу виробничого процесу:

. (24)

Для розробки математичної моделі сформовані ознаки поточних ситуацій, визначено універсальні множини вхідних змінних та лінгвістичні змінні табл. 1

Таблиця 1

Шкала лінгвістичних змінних

Ознаки ситуацій	Значення ознаки, що відповідає терму
х1 - відносна тривалість простою одиниці обладнання	“Мала”	“Середня”	“Тривала”
	0 - 0,3	0,25 - 0,75	0,6 - 1
х2 - відносна тривалість часу усунення несправності	“Незначна”	“Значна”	“Критична”
	0 - 0,16	0,1 - 0,3	0,27 - 1
х3 - ступінь відповідності виконанню плану	“Малий”	“Середній”	“Достатній”
	0 - 0,5	0,45 - 0,9	0,85 - 1
х4 - відносний розмір заділа по компонентах виробу	“Малий”	“Средній”	“В надлишку”
	0 - 0,2	0,15 - 0,5	0,45 - 1

Сформовано набір правил, за якими побудовано систему логічних рівнянь для оперативного управління виробничою дільницею. Використовуючи логічні рівняння визначено функції приналежності вектора Х* для всіх значень y_j, j=1..m вихідної змінної Y:

, (25)

або:

де - функція приналежності вхідних змінних значенню вихідної змінної; - функція приналежності параметра x_i нечіткому терму .

Тоді, з урахуванням сформульованих експертами лінгвістичних правил, база нечітких знань в скороченому вигляді представлена в таблиці 2.

Таблиця 2

База нечітких знань

№, n/n	Вхідні змінні	Вихідні змінні
	x1	x2	х3	x4	Y
11	“Мала”	“Незначна”	“Достатній”	“В надлишку”	y1 = “Керуючий вплив не застосовується”
21	“Мала”	“Значна”	“Достатній”	“В надлишку”	y2 = “Працювати в установленому режимі до закінчення ремонту одиниці обладнання”
22	“Мала”	“Критична”	“Достатній”	“В надлишку”
23	“Середня”	“Значна”	“Достатній”	“Середній”
31	“Тривала”	“Незначна”	“Середній”	“Малий”	y3 = “Запустити в виробництво наступне за пріоритетом замовлення”
32	“Тривала”	“Незначна”	“Малий”	“Малий”
33	“Тривала”	“Значна”	“Малий”	“Середній”
41	“Мала”	“Незначна”	“Достатній”	“Малий”	y4 = “Поповнити заділ деталями даної номенклатури, випущеними на інших площах”
42	“Середня”	“Незначна”	“Достатній”	“Малий”
43	“Мала”	“Значна”	“Середній”	“Малий”
51	“Мала”	“Критична”	“Малий”	“Малий”	y5 = “Розмістити замовлення на інших виробничих площах”
52	“Тривала”	“Критична”	“Малий”	“Малий”
53	“Середня”	“Значна”	“Середній”	“Малий”

Для вектора вхідних значень змінних шуканим рішенням буде значення , функція приналежності якого максимальна:

(26)

Розроблена нечітка модель прийняття рішень оперативного управління бізнес-процесами виробничої дільниці базується на основі матриці знань або ізоморфної до неї системи логічних висловлювань, що дозволяють визначити степінь довіри до правил прийняття рішень і вибрати правило з максимальним степенем довіри. Модель дозволяє вибирати керуючий вплив відповідно до поточної ситуації на виробничій дільниці в умовах нечітко заданої вихідної інформації, реалізуючи тим самим ситуаційне оперативно-диспетчерське управління виробничою дільницею.

Третій розділ дисертації присвячено розробці та удосконаленню методів оперативно-диспетчерського управління бізнес-процесами виробничої дільниці.

Умова забезпечення мінімальної тривалості виробничого циклу приводить до необхідності вирішення так званої “задачі упорядкування” зі збереженням постійної черговості обробки замовлень на всіх операціях виробничого процесу. У цьому випадку процес оптимізації полягає у виборі такого порядку запуску деталей у виробництво, який забезпечив би мінімально можливу тривалість сукупного виробничого циклу і мінімум простоїв обладнання. Для вирішення задачі вибору порядку запуску замовлень запропонований метод визначення пріоритетності запуску замовлень у виробництво, що базується на використанні методу аналізу ієрархій із залученням експертів, за результатами опитування яких складається матриця попарних порівнянь локальних критеріїв. Метод складається з наступних етапів: 1) формується ієрархічна структура критеріїв, для чого у фокусі ієрархії структури розміщується глобальний критерій, який апроксимується сукупністю локальних критеріїв ( - мінімальний час переналагодження обладнання; - наявність ресурсів для виконання виробничого замовлення; - пріоритет замовленням з більшою вартістю; - пріоритет замовленням з мінімальними термінами виконання; - пріоритетність замовника); 2) визначаються коефіцієнти переваги локальних критеріїв, для цього за результатами опитування експертів будується матриця попарних порівнянь локальних критеріїв; 3) знаходяться вагові коефіцієнти локальних критеріїв та здійснюється перевірка узгодженості критеріїв; 4) визначаються коефіцієнти переваги альтернатив, на основі яких знаходяться середньовагові коефіцієнти альтернатив рішень, що приймаються.

Безперебійне функціонування виробничої дільниці та виконання виробничих завдань залежить від фактичної наявності ресурсів на поточний момент часу і своєчасного прийняття рішень щодо їх перерозподілу у разі виявлення відхилень від плану графіка виробництва.

З метою визначення працездатності виробничих ліній і простоїв одиниць обладнання в роботі удосконалено метод визначення працездатності виробничих ліній і простоїв одиниць обладнання, який, на відміну від існуючих, дозволяє своєчасно визначати непрацездатні виробничі лінії, тривалість їх простою і відсоток виконання змінного завдання. Метод реалізовано в наступних етапах:

Етап 1. Визначення умови працездатності ліній виробничої дільниці з урахуванням стану одиниць обладнання n_ij(t) та наявності заділів z_ij(t) на виробничій дільниці:

. (27)

Етап 2. Формування допоміжних матриць станів одиниць обладнання та заділів.

Елементи матриці станів верстатів N(t)=(n_ij(t)), i=1,2,…,n, j=1,2,…,l, де n - кількість верстатів в виробничій лінії, l - кількість ліній та елементи матриці станів заділів Z(t)=(z_ij(t)), i=2,3,…,d, j=1,2,…,l, де z_ij(t)- заділ після n_ij(t) верстату в момент часу t, d - кількість заділів на виробничій лінії, визначаються за умов:

, .

Загальний вигляд матриць станів одиниць обладнання та заділів:

, ,

Етап 3. Визначення вектору працездатності виробничої дільниці С(t) за наступним виразом:

. (28)

Елементи вектора C(t), що приймають значення 0, відображають проблемні ситуації, що виникли на виробничих лініях і підлягають розгляду в першу чергу. Решта лінії знаходяться в працездатному стані

Отримавши дані про простій n-й одиниці обладнання на лінії виробництва компонент, диспетчеру перш ніж прийняти оперативне рішення про зміну режиму роботи виробничої дільниці необхідна інформація про тривалість простою виробничої лінії і процент виконання змінного завдання. У роботі розроблено алгоритм визначення цих показників згідно з математичною моделлю (14)-(18).

У четвертому розділі наводяться результати апробації розроблених математичних моделей, методів і алгоритмів оперативно-диспетчерського управління бізнес-процесами виробничої дільниці. З стандартного набору завдань оперативно-диспетчерського управління виробництвом вирішені і практично реалізовані задачі оперативного планування виробництва на прикладі формування плану запуску замовлень у виробництво з урахуванням їх пріоритетів, а також задача оперативного регулювання ходу виробництва. Задача оперативного регулювання ходу виробництва включає в себе оперативний облік, контроль та аналіз показників якості виробничих процесів з подальшим прийняттям рішень про зміну режиму роботи виробничої дільниці. При прийнятті оптимальних управлінських рішень використовується розроблена нечітка модель прийняття рішень оперативного управління бізнес-процесами виробничої дільниці, що дозволяє вибирати керуючий вплив відповідно до поточної ситуації в умовах нечітко заданої вхідної інформації. На основі запропонованої нечіткої моделі розроблено алгоритм, що дозволяє визначати оптимальну альтернативу реагування на відхилення від ходу виробництва, виходячи з поточної ситуації, що склалася на лініях виробництва компонент.

З метою апробації розроблених моделей та алгоритмів розроблено прикладне програмне забезпечення, яке реалізує комплекс функціональних задач оперативно-диспетчерського управління, а також дозволяє провести імітаційне моделювання процесу функціонування виробничої дільниці. Імітаційна модель необхідна для дослідження ефективності різних варіантів оперативного управління бізнес-процесами виробництва. Розробка моделей і алгоритмів оперативного управління виробничою дільницею пов'язана з численними експериментами, які в реальних умовах зробити вкрай складно, крім того імітаційна модель є необхідною частиною автоматизованої системи оперативно-диспетчерського управління як на стадії розробки, так і на стадії впровадження. Вона дозволяє в реальному масштабі часу програвати різні режими роботи виробничої дільниці, порівнювати варіанти і оцінювати якість планування і управління, своєчасно виявляти причини невиконання плану і приймати коригуючі дії.

Процедури алгоритму імітаційної моделі автоматизованої системи оперативно-диспетчерського управління діляться на три функціональні групи. Процедури першої групи імітують власне процес функціонування виробничої дільниці. Процедури другої групи відстежують хід виробництва в часі і виконують функції системи управління виробничим процесом. Процедури третьої групи фіксують результати моделювання. У роботі проведено серію машинних експериментів з моделювання та оперативного управління процесом функціонування ліній виробництва компонент у разі виникнення позаштатних ситуацій, пов'язаних з непередбаченим простоєм одиниць обладнання.

На рис. 1 представлена порівняльна характеристика тривалості простоїв обладнання виробничої лінії та відсотка виконання змінного завдання до і після прийняття управлінських рішень (для наведеного прикладу поточна виробнича ситуація на дільниці може бути скоригована шляхом розміщення замовлення на інших виробничих площах).

Ефективність розроблених моделей та інструментальних засобів доведена результатами імітаційного моделювання, а також співпаданням їх з результатами апробації в умовах реальних виробничих ситуацій на ВАТ “Кременчуцький колісний завод”.

ВИСНОВКИ

Підсумок дисертаційної роботи - вирішення науково-практичної проблеми підвищення ефективності виробництва шляхом розробки моделей, методів та алгоритмів для системи оперативно-диспетчерського управління виробничою дільницею.

У ході виконаних досліджень отримані такі результати:

1. Проведено аналіз специфіки технологічних процесів виробничої дільниці механоскладального виробництва та існуючих підходів до побудови автоматизованих систем управління виробництвом, який показав необхідність удосконалення моделей та інструментальних засобів системи оперативного управління виробництвом для підвищення якості управлінських рішень.

2. Сформовано інформаційний простір предметної області, який надає повну інформацію для своєчасного виявлення відхилень від плану виробництва, дозволяє встановити причини невиконання плану і надає вихідну інформацію для створення моделей оперативно-диспетчерського управління виробництвом. Виявлено організаційні та технічні причини невиконання плану, виділений клас виробничих процесів, управління якими вимагає побудови сукупності математичних моделей.

3. Розроблено математичну модель процесу функціонування виробничої дільниці, яка відрізняється від існуючих застосуванням автоматного опису станів та процесів виробничої дільниці і може бути використана як основа для імітаційного моделювання процесу функціонування виробничої дільниці та синтезу оперативних керуючих рішень з регулювання ходу виробництва.

4. Розроблено нечітку модель прийняття рішень оперативного управління бізнес-процесами виробничої дільниці. Модель дозволяє вибирати керуючий вплив відповідно до поточної ситуації на виробничій дільниці, використовуючи відомі значення параметрів виробничого процесу і знання досвідченого диспетчера, реалізуючи тим самим ситуаційне оперативно-диспетчерське управління бізнес-процесами виробничої дільниці.

5. Удосконалено математичну модель вирішення задачі визначення невиробничого часу в різних виробничих ситуаціях, яка, на відміну від існуючих, враховує простої та розміри заділів усіх одиниць обладнання лінії.

6. Удосконалено метод встановлення пріоритетності запуску замовлень у виробництво, який містить наступні етапи: 1) декомпозиція вихідної проблеми з глобальним критерієм на більш прості складові з локальними критеріями; 2) визначення відносної значимості локальних критеріїв; 3) зменшення розмірності критеріального простору шляхом відбору із сукупності часткових критеріїв базисних локальних критеріїв, сумарна відносна вагова значимість яких складає близько 80%; 4) визначення відносної вагової значущості базисних критеріїв; 5) вирішення задачі встановлення пріоритетності запуску замовлень у виробництво методом аналізу ієрархій.

7. Удосконалено метод визначення працездатності виробничих ліній і простоїв одиниць обладнання, який дозволяє своєчасно виявити позаштатні ситуації, що виникли на лініях виробництва компонент, визначити тривалість простою виробничих ліній, коефіцієнт виконання змінного завдання і працездатність виробничих ліній, що дає можливість оперативно прийняти рішення про зміну режиму роботи виробничої дільниці.

8. Удосконалено метод коригування виробничих розкладів з урахуванням стохастичності процесів функціонування елементів виробничої дільниці, що дозволяє прогнозувати стан виробничих ресурсів у процесі динамічної корекції виробничого розкладу на найближчий період, що підвищує ефективність оперативно-диспетчерського управління виробничою дільницею.

9. Розроблені математичні моделі, методи та алгоритми оперативно-диспетчерського управління бізнес-процесами виробничої дільниці покладені в основу автоматизованої системи оперативного управління виробництвом ВАТ «Кременчуцький колісний завод», до складу якої у вигляді функціональної підсистеми увійшла підсистема оперативно-диспетчерського управління виробничою дільницею. Впровадження цієї підсистеми дозволило скоротити тривалості простоїв виробничих ліній та оптимально розподіляти ресурси.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Оксанич І.Г. Модель процесу функціонування виробничої дільниці / І.Г. Оксанич, С.В. Кашуба // Автоматизовані системи і прилади автоматики. 2009. Вип. 146. с. 58 - 62.

2. Оксанич І.Г. Метод коректування розкладів з врахуванням стохастичності процесів функціонування виробничої дільниці / І.Г Оксанич, С.В. Кашуба // Прикладна радіоелектроніка. 2009. Том 8, № 2. с. 232 - 235.

3. Оксанич І.Г. Математична модель функціонування виробничої дільниці / І.Г. Оксанич, С.В. Кашуба // Системні технології. 2009. Випуск 2(61). с. 3-10.

4. Оксанич І.Г. Нечітка модель прийняття рішень по оперативному управлінню бізнес - процесами виробничої дільниці / І.Г. Оксанич, І.В. Шевченко, С.В. Кашуба // Нові технології. 2009. № 2(24). с. 17-26.

5. Петренко В.Р. Економіко-математичні методи оперативного управління бізнес - процесами виробництва / В.Р. Петренко, С.В. Кашуба // Матеріали електронної техніки та сучасні інформаційні технології. Тези доповідей на ІІ науково-технічній конференції з міжнародною участю (МЕТІТ-2): 17-19 травня 2006 р., Кременчук, Україна. // М-во осв. і науки України, Кременчуцький університет економіки, інформаційних технологій і управління. Кременчук: КУЕІТУ, 2006. с. 147-148.

6. Кашуба С.В. Аналіз задач оперативного планування і диспетчерського управління в дрібносерійному виробництві / С.В. Кашуба // Збірник тез доповідей до Міжнародної конференції [“Дні науки”], (Запоріжжя, 11-17 жовтня, 2007) // М-во осв. і науки України, Гуманітарний університет “ЗІДМУ”. Запоріжжя, 2007. с. 184.

7. Кашуба С.В. Імітаційне моделювання послідовності обробки деталей на виробничій дільниці/ С.В. Кашуба // Матеріали 12-го Міжнародного форуму [“Радіоелектроніка і молодь в XXI столітті”], (м. Харків, 1-3 квітня, 2008) // М-во осв. і науки України, Харківський національний університет радіоелектроніки. Харків, 2008. с. 449.

8. Кашуба С.В. Імітаційна модель процесу виробництва механоскладального цеху (дільниці) / С.В. Кашуба // Матеріали 13-го Міжнародного форуму [“Радіоелектроніка і молодь”], (м. Харків, 30-березня - 1 квітня, 2009) // М-во осв. і науки України, Харківський національний університет радіоелектроніки. Харків, 2009. с. 306.

9. Кашуба С.В. Автоматна модель процесу функціонування виробничої дільниці / С.В. Кашуба // Тези доповідей з VII міжнародної науково-практичної конференції [“Сучасні інформаційні технології в економіці і управлінні підприємства, програмами і проектами”], (м. Алушта, 7-13 вересня, 2009) // М-во осв. і науки України, Національний аерокосмічний університет М.Є. Жуковського “ Харківський авіаційний інститут ”. Харків, 2009. с. 103.

АНОТАЦІЯ

Кашуба С.В. Методи, моделі та алгоритми оперативно-диспетчерського управління бізнес-процесами виробничої дільниці механоскладального виробництва. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06. - Інформаційні технології, Кременчуцький університет економіки, інформаційних технологій і управління, 2009.

У дисертації розглядається важлива науково-практична задача підвищення ефективності процесу функціонування виробничої дільниці механоскладального виробництва шляхом розробки елементів математичного забезпечення підсистеми оперативно-диспетчерського управління.

В роботі запропоновано, розроблено і реалізовано математичну модель процесу функціонування виробничої дільниці, яка відрізняється від існуючих застосуванням автоматного опису станів і процесів виробничої дільниці з урахуванням часових і технологічних параметрів, що характеризують стан одиниць обладнання, транспортних засобів та динаміку зміни заділів дільниці, і дозволяє здійснити на її основі імітаційне моделювання функціонування виробничої дільниці, своєчасно виявити позаштатні ситуації, що виникли і зробити вибір оперативних керуючих рішень з регулювання ходу виробництва. Розроблено нечітку модель прийняття рішень з оперативного управління бізнес-процесами виробничої дільниці, яка базується на матриці знань, що дозволяє обчислювати значення функцій належності вихідної змінної при фіксованих значеннях вхідних змінних та формувати варіанти рішень щодо оперативно-диспетчерського управління відповідно до поточної ситуації на виробничій дільниці в умовах нечітко заданої вхідної інформації. Удосконалено метод визначення пріоритетності запуску замовлень у виробництво, який відрізняється від існуючих наявністю внутрішньої процедури експертного оцінювання варіантів, що дозволило обирати пріоритети відповідно до кількісних та якісних локальних критеріїв. Удосконалено метод визначення працездатності виробничих ліній і простоїв одиниць обладнання, який дозволяє, на відміну від існуючих, своєчасно визначати непрацездатні виробничі лінії, тривалість їх простою і відсоток виконання змінного завдання, що підвищить ефективність оперативно-диспетчерського управління виробничою дільницею.

Ключові слова: система оперативно-диспетчерського управління, математичні моделі, автоматна модель, нечітка модель, нечітка база знань, метод аналізу ієрархій, імітаційне моделювання, програмне забезпечення.

АННОТАЦИЯ

Кашуба С.В Методы, модели и алгоритмы оперативно-диспетчерского управления бизнес-процессами производственного участка механосборочного производства. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06. - Информационные технологии, Кременчугский университет экономики, информационных технологий и управления.

Диссертационная работа посвящена повышению эффективности процесса функционирования производственного участка механосборочного производства путем разработки элементов математического обеспечения подсистемы оперативно-диспетчерского управления.

На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований получены новые научные результаты, которые имеют преимущества перед существующими решениями поставленной проблемы.

Сформировано информационное пространство предметной области, которое предоставляет полную информацию для своевременного выявления отклонений от плана производства, позволяет установить причины невыполнения плана и дает исходную информацию для создания моделей оперативного управления производством. Выявлены организационные и технические причины невыполнения плана, выделен класс производственных процессов, управление которыми требует построения совокупности математических моделей.

Впервые разработана математическая модель процесса функционирования производственного участка, которая отличается от существующих применением автоматного описания состояний и процессов производственного участка с учетом временных и технологических параметров. Модель может быть использована как основа для имитационного моделирования функционирования производственного участка и синтеза оперативных управляющих решений по регулированию хода производства.

Впервые разработана нечеткая модель принятия решений оперативного управления бизнес-процессами производственного участка. Модель позволяет выбирать управляющее воздействие согласно текущей ситуации на производственном участке, используя известные значения параметров производственного процесса и знания опытного диспетчера, реализуя тем самым ситуационное оперативно-диспетчерское управление производственным участком.

...