Моделирование и автоматизация процессов динамического управления потоками сырья и материалов промышленного объединения

Структура транспортного звена промышленного: объединения должна быть достаточно гибкойчтобы, обеспечить, перевозку объемов грузов-, подвергающихся еженедельной: или: даже: ежедневной? корректировке, гарантировать частую и круглосуточную доставку грузов* в разбросанныеи- отдаленные производственные: участки с целью— поддержания: ритмичностивсего производственного цикла. Повышение упорядоченности транспортировки материалов и сырьяспособствует рациональной? очередности завершения производственных, этапов. Потребности: исследования* таких динамических процессов приводят к рассмотрению в рамках единого процесса моделирования следующих: этапов: построение моделиорганизация имитационного экспериментарешение оптимизационных задач и формирование процедур принятия решений.

Однако^ следует отметить, что недостаточное внимание? уделено разработке: интегрированных аналитико-имитационных моделейнаправленных на решение вопросов динамического^ перераспределения потоков сырья и материалов промышленных объединений.

Даннаяработа направлена на создание методов и моделей динамического управления поставками сырья иматериалов в рамках промышленного объединения, что и-определяет ее актуальность.

Целью работы является повышение эффективности планирования производственнойдеятельностипромышленных предприятий за счет разработки и использования робастных методов динамического управления потокамисырья и материалов, необходимых для организации ритмично гои высокоэффективного промышленного производства.

Для достижения данной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Системный, анализ: основных показателей и факторов эффективности динамического управления материальными потоками.

2. Разработка моделей управляемых сетей динамического управления потоками сырья и материалов.

3. Разработка имитационной модели сетевых потоков с вероятностными начальными условиями.

4. Разработка методов аппроксимации входных потоков перераспределения сырья.

5. Программная «реализация предложенных методов и моделей.

6. При разработке формальных моделей компонентов в диссертации использовались методы общей теории систем, классический теоретико-множественный аппарат, теория графов, методы математического программирования, имитационное моделирование и др.

Структура работы соответствует списку перечисленных задач, содержит описание разработанных методов, методик и алгоритмов.

В первой главе диссертации проводится' анализ методов и моделей автоматизации-оперативного перераспределения потоков материалов и сырья промышленного объединения. Показано, что главной задачей органов снабжения предприятия является своевременное и оптимальное обеспечение производства необходимыми материальными ресурсами соответствующей комплектности и качества. Решая эту задачу, работники органов снабжения* должны изучать и учитывать спрос и предложение на все потребляемые предприятием материальные ресурсы, уровень иг изменение цен на них и на услуги посреднических организаций, выбирать наиболее экономичную форму товародвижения, оптимизировать запасы, снижать транспортно-заготовительные и складские расходы.

Анализ показал, что не существует общего подхода к решению задачи, когда накопление сырья и материалов для комплектации заказов подвержено сильным случайным воздействиям. После принятия решения о сбыте готовых комплектов необходимо выполнить их распределение по объектам через некоторуюуправляемую потоковую сеть, с целью получения максимальной прибыли.

Для решения задачи выбора динамического маршрута можно использовать динамическое программирование. В диссертации для решения поставленной задачи предлагается использовать методы и модели динамического управления потоками:

Для оценки характеристик и параметризации моделей процессов управления материальными потоками предлагается использование всего спектра статистических методов. Проведенный в диссертации анализ показал робастность значительной группы методов. Среди методов системного-анализа процессов 1 оперативного управления материальными потоками имитационное моделирование являетсяодним из самых мощных средств исследования" эффективности управленческих решений в системе материально-технического снабжения.

Во второй главе диссертации разработаны методы и модели, динамического управления материальными потоками. Предполагается, что материальный поток проходит черезуправляемую сеть. Тогда им можно управлять за счет выбора конфигураций сети.

Выполнена привязка каждой дуги базовой сети к определенной компоненте вектора управления. При некоторых значениях компоненты вектора управления связанная с ней дуга исключается из базовой сети, определяя тем самым одну из конфигураций, сети. Одна и та же компонента вектора управления может быть связана с несколькими дугами сети. При одних значениях даннойкомпоненты вектора управления некоторые связанные с компонентой дуги исключаются из сети, а другие — нет.

Проведен анализ вида автоковариационных функций для широкого спектра имитационных моделей потоковых схем. Представлены структуры некоторых моделей и их автокорреляционные функции, полученные в результате имитационного моделирования.

В качестве объекта имитации рассматривались разомкнутые и замкнутые системы и сети массового обслуживания с различными значениями характеристик входных потоков, времен обслуживания и др.

Показана тенденция к затягиванию процесса (свойство инерционности) при возрастании загрузки. Однако при этом меняется и характер автокорреляционной функции. Если в однофазной СМО АКФ была вогнутой на всем интервале, то в данном случае на начальном интервале она выпукла.

В результате анализа моделей входного воздействия на управляемую сеть для формализации случайных потоков с автокорреляцией в диссертации выбраны стационарные АЯТА-процессы, которые представляют собой преобразование АЯ-процесса.

В третьей главе диссертации разработаны статистические методы оценки параметров входных потоков имитационной модели динамического перераспределения потоков. При этом процесс функционирования сложной динамической системы управления потоками можно представить как временную последовательность действий и нерегулярных событий:

Виртуальное действие отражает логику взаимовлияния ресурсов в процессе функционирования. Всякий раз, когда состояние системы удовлетворяет условию начала виртуального действия, может произойти действие, соответствующее данному виртуальному и имеющее определенные времена. Объектная модель отражает структуру классов и динамику проведения экспериментальных исследований и является необходимой для формализации, алгоритмизации и программной реализации имитационного моделирования.

В плане экспериментальной проверки проведен имитационный эксперимент, в котором генерируются различные начальные значения вектора потока, и для того же управления вычисляются значения потока во всех узлах на каждом такте по разработанной модели. Генерация начальных значений выполнена с помощью параметризации АНТА-процесса. По результатам экспериментов получены значения среднеинтегральных оценок математических ожиданий и среднеквадратических отклонений на каждом такте в каждом узле.

В четвертой главе проведено моделирование ряда технологических процессов! управления потоками сырья и материалов. Подсистема имеет следующие возможности: просматривать описание моделей и проводить эксперимент с выбранной модельюпросматривать характеристикимодели и моделируемого процесса (вывод текущих значений по их программным идентификаторам) — изменять значения управляемых параметров модели и продолжать моделированиесохраняя текущее, состояниемоделиорганизовать диалоговый режим типа «запрос-ответ» как по инициативе пользователя' так и по. инициативемоделив процессе моделированиябез останова модели оперативно отображать текущие значения характеристик, что позволяет непосредственнонаблюдать за развитием имитационного процессаостановить моделируемый процесс в произвольный момент модельного времени (режим оперативного вмешательства) — просматривать результат, формируемый моделью в процессе моделированиявыполнять статистические и обрабатывающие программы в интерактивном режиме:

В диссертационной работе также проведено исследование зависимости результатов моделирования работы системы от выбора модели входных воздействий на примере системы массового обслуживания? с ожиданием.

В заключении представлены основныерезультатыработы.

В приложении приводятся акты. внедрения результатов диссертационной работы. .

Научную новизну работы составляют методы и модели динамического управления потоками сырья и материалов промышленного объединения. На защиту выносятся:

• модель управляемой сети динамического управления потоками с неопределенными начальными условиями;

• методика параметризации входных потоков управляемых сетей ARTА-моделями случайных процессов;

• алгоритм оценки статистических характеристик случайных потоков;

• программно-моделирующий комплекс формирования рациональных управлений на динамических потоках управляемых сетей.

Обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в работе, определена проверкой согласования результатов аналитических и имитационных моделей. Достоверность положений и выводов диссертации подтверждена положительными результатами внедрения в ряде промышленных предприятий.

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Они представляют непосредственный интерес в области управления процессами распределения и транспортировки сырья и материалов. Разработанные методы и алгоритмы прошли апробациюи внедрены для практического применения в ряде предприятий, а также используются в учебном процессе МАДИ.

Содержание отдельных разделов и диссертации в целом было доложено и получило одобрение:

• на Российских, межрегиональных и международных научно-технических конференциях и семинарах (2008;20 011 гг.);

• на совместном заседании кафедр «Менеджмент» и «Автоматизированные системы управления» МАДИ.

Совокупность научных положений и практических результатов исследований в области автоматизации процессов перераспределения сырья и материалов промышленного объединения.

По результатам выполненных исследований опубликовано 7 печатных работ.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, опубликованных на 142 страницах машинописного текста, содержит 39 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 115 наименований и приложения.

Выводы по главе 4.

1. Разработан программно-моделирующий комплекс, реализующий предложенные методы и алгоритмы управления материальными потоками.

2. Сформирована методика сбора, передачи и аналитической обработки данных в системе мониторинга материальных потоков, основанная на интеграции имитационной модели и программных модулей многомерного статистического анализа.

3. Разработанные методы, алгоритмы и программы прошли апробацию и внедрены для практического применения в ряде промышленных предприятий, а также используются в учебном процессе на кафедре АСУ МАДИ.