Моделирование и рациональный выбор вариантов реструктуризации и технического перевооружения предприятий на основе автоматизированной системы

Новые экономические условия требуют новые подходы к разработке технико — экономических обоснований как строительства новых предприятий и производств, так и реструктуризации, технического перевооружения и реконструкции действующих. Учитывая нынешнюю ситуацию в экономике России, следует ожидать развития предприятий не за счет создания новых производств, а именно за счет второго направления по ряду причин, основные из которых следующие: структура основных фондов промышленных предприятий и в целом, и их составляющих не соответствует требованиям современной экономики — централизованно планируемая экономика предусматривала создание крупных предприятий, рассчитанных на массовое производство изделий ограниченной номенклатуры, не востребованных в настоящее время в полном объемесостояние активной части основных фондов характеризуется преобладанием физически изношенного (до 70−80%), морально и экономически устаревшего оборудованияна действующих производствах существует избыток производственных площадей, социальной инфраструктуры и т. д.- в целом технический уровень производства и состояние организационной структуры не позволяют в подавляющем большинстве случаев выпускать конкурентоспособную продукцию.

При уменьшении объемов производства, а это, за редким исключением, относится практически к предприятиям всех отраслей, возрастают накладные расходы, удельные энергозатраты, себестоимость, что ведет к увеличению оптовой (отпускной) стоимости выпускаемой продукции, снижению конкурентоспособности, потере рынка. Это является одной из основных причин кризиса в промышленности.

Выходом из такого состояния может быть реструктуризация предприятий, совмещенная с техническим перевооружением.

Для российских условий реструктуризация является новым явлением, так как ранее основным направлением развития производств было новое строительство, и лишь в 80-е годы начали широко применять техническое перевооружение отдельных производств, однако его задачи в те годы отличались от современных конечными целямй.

Под реструктуризацией предприятий понимают комплекс мероприятий, направленных на изменение объемов производств, номенклатуры выпускаемых" изделий, снижение себестоимости выпускаемой продукции с целью повышения технико — экономических характеристик производств и изделий до уровня лучших отечественных и зарубежных аналогов и обеспечивающих необходимую для инвестора эффективность. Наиболее важной и трудной проблемой в этом процессе является выбор такого соотношения набора производств, номенклатуры выпускаемых изделий и их объемов, чтобы выполнить существующие ограничения, связанные с объемнопланировочными решениями, наличием производственных и вспомогательных площадей, инженерной инфраструктуры, а также условиями финансирования.

Техническим перевооружением действующих производств называют комплекс мероприятий по повышению до современных требований технического уровня отдельных производств, участков, установок, агрегатов и так далее в результате замены устаревшего оборудования современным и улучшения организации производства.

Техническое перевооружение действующих производств позволяет до минимума сократить разрыв между достижениями научно — технического прогресса и их внедрением в производство за счет обновления прежде всего активной части основных фондов.

В отличие от новых производств техническое перевооружение должно обеспечивать замену физически изношенного, морально (функциональный износ) и экономически устаревшего оборудования новым на основе анализа технико — экономического уровня находящегося в эксплуатации и предлагаемого для замены оборудования.

Наиболее важным этапом в этом процессе является выбор структуры технологического оборудования, при этом если ранее основным критерием для решения этой задачи был, как правило-, максимальный коэффициент загрузки оборудования, то в настоящее время решение необходимо принимать по комплексу показателей в соответствии с новыми нормативно — методическими документами и условиями инвестирования. При этом следует иметь в виду, что этот этап является определяющим в достижении приемлемых технико — экономических показателей всего проекта в целом. Являясь с математической точки зрения задачей целочисленного программирования на множестве значительной мощности, поиск оптимального решения представляет сложную задачу, для решения которой необходимо разработать соответствующие методы и алгоритмы, а также систему автоматизированной разработки проектов реструктуризации предприятий с учетом проведения технического перевооружения действующих производств.

Проведение реструктуризации предприятий требует решения, по крайней мере, двух взаимосвязанных проблем: определение рациональных размеров новых производств реструктурируемого предприятия и выбор оптимальной структуры оборудования для отдельных производств и их структурных единиц.

Разработка проектов реструктуризации и технического перевооружения действующих производств (ТПДП) — сложный и трудоемкий процесс, характеризующийся многовариантностью решений. Эта работа может быть выполнена высококвалифицированным коллективом проектировщиков, имеющих для этого соответствующие средства автоматизации. Однако в настоящее время в стране сложилась непростая ситуация, связанная с тем, что из-за отсутствия инвестиций в производственную сферу распались или потеряли в значительной степени свой потенциал многие проектные организации. Это совпало с переходом на новое поколение вычислительной техники: ЕС и СМ ЭВМ, которыми были оснащены многие проектные организации, списаны из-за морального старения и резкого повышения эксплуатационных затрат, фонд программного обеспечения, который создавался для них ранее во многом за счет централизованного финансирования, переработать на новые технические средства не удалось, причем, это, в первую очередь, касается наиболее сложных систем, к которым относятся прежде всего системы технологического проектирования. Вторая причинаотносительная для нашей страны новизна проблемы и недостаточная разработка теоретических вопросов.

Различным аспектам разработки моделей и методов решения задач поиска оптимальных вариантов применительно к технологическим процессам и структуре технологического оборудования, а также автоматизации их проектирования посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых: Батищева Д. И. 31], Беллмана Р. 32,33], Канторовича Л. В. 53], Корбута А. А. 58], Львовича Я. Е. 65,66,125], Норенкова И. П. [79], Сысоева В. В. [70,110−111], Финкелыитейна Ю. Ю. 58], Фролова В. Н. [122−125], Юдина Д. Б. 136] и других.

Однако вопросы реструктуризации предприятий с учетом нынешней ситуации в экономике страны, накладывающей определенные условия на эти процессы, в литературе отражены, в основном, лишь с качественной стороны. По этой причине, а также в связи с ожиданием роста инвестиционной активности необходимо разработать математический аппарат для формального описания этого процесса, средства автоматизированного проектирования, позволяющие обеспечить выбор рациональных вариантов проектных решений. По этим причинам данная работа является актуальной.

Основные результаты работы получены автором при выполнении научно — исследовательских и опытно — конструкторских работ, реализованных в соответствии с целевой программой ОЦ.027, задание ОЦ.027.07 «Создать новые и развить действующие системы автоматизированного проектирования (САПР) для автоматизации работ в проектных организациях», утвержденной Госпланом СССР, ГКНТ и АН СССР и соответствующей отраслевой программой, а также в соответствии с одним из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Разработка САПР и автоматизация производства» .

Цель*и задачи исследования. Целью работы является разработка системы автоматизированной разработки проектов реструктуризации существующих предприятий, совмещенной с техническим перевооружением, и позволяющей осуществлять выбор вариантов проекта с технико — экономическими показателями, обеспечивающими конкурентоспособность продукции.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи исследования: анализ процесса разработки проектов реструктуризации предприятий, требующих проведения техперевооружения, определение состава показателей, характеризующих их эффективностьразработка оптимизационной модели выбора вариантов производственной программы для проектов реструктуризации предприятий в условиях рыночной экономики, требующей гибкое и оперативное изменение производственной программы предприятия в соответствии со спросомвыполнение анализа существующего процесса разработки технологической части проектов технического перевооружения, выявление его особенностей, источников информации и взаимосвязей между этапами этого процессаисследование оптимизационной модели выбора структуры технологического оборудования и метода поиска наилучшего значения целевой функции при заданной системе ограниченийразработка метода, позволяющего принимать решения о выборе варианта проекта в условиях риска и неопределенностиобоснование модели информационного обеспечения, обеспечивающей представление всех используемых в системе типов данных, и структуры баз данных в условиях многовариантности объектов проектированияразработка метода и алгоритмов управления процессом автоматизированного’проектирования в условиях коллективного пользования системойприменение математических моделей, методов и алгоритмов для разработки системы автоматизированной разработки. проектов реструктуризации предприятий.

Методика исследования. Решение изложенных выше задач выполнялось с использованием теории множеств и теории графов, методов вычислительной и комбинаторной математики и имитационного моделирования, методов линейного, нелинейного и дискретного программирования. Достоверность теоретических исследований проверена и подтверждена данными эксперимента на моделях и результатами, полученными при использовании системы для разработки проектов реструктуризации действующих производств.

Научная новизна. В диссертации получены следующие основные результаты, которые выносятся на защиту и характеризуются научной новизной: методологические основы автоматизированной разработки проектов вариантов реструктуризации предприятий, совмещенной с их техническим перевооружением, основанные на модели оптимальной производственной программы, отличающейся возможностью получения как полностью, так и частично целочисленного планаоптимизационная модель и оригинальный метод поиска вариантов структуры технологического оборудования при техническом перевооружении, учитывающий аддитивность целевой функции, в качестве которой использован показатель приведенных затратисследования видов рисков, возникающих при разработке проектов реструктуризации предприятий, и метод принятия решений в этих условияхинформационное обеспечение САПР на основе реляционной модели представления данных, позволяющей моделировать все структуры, используемые в данной предметной областикомбинаторный метод и алгоритмы решения прямой и обратной задач управления процессом автоматизированного проектирования в САПР, структура которых описывается ориентированным графом с процедурами в вершинах и ребрами, означающих информационные связи между ними, для условий коллективного использования системы;

САПР реструктуризации предприятий в сочетании с их техническим перевооружением.

Практическая ценность. Представленные в диссертации исследования являются результатом научной работы, проведенной в Воронежском государственном союзном проектном институте в рамках госбюджетных и хоздоговорных работ по планам важнейших работ ГКНТ СССР и МЭП. Они нашли отражение в 13 отчетах по НИР, в которых автор был руководителем работ. Практические результаты выполненных в диссертации исследований можно разделить на две части. В научном плане развитые и разработанные принципы, модели и алгоритмы являются основой математического обеспечения САПР реструктуризации и технического перевооружения промышленных предприятий и были использованы для разработки программного обеспечения системы. Прикладное значение работы связано с созданием ряда программных средств, ориентированных на проектировщиков объектов строительства с предоставлением им средств оптимального проектирования и позволяющих на начальных стадиях выбирать варианты проектных решений с необходимыми технико-экономическими показателями.

Реализация и внедрение результатов работы. Научные результаты нашли отражение в материалах НИР и ОКР, проводимых под руководством автора:

НИР «САПР-ПРОЕКТ. Технический проект САПР-проект», 1982 г.;

НИР «САПР-ПРОЕКТ. Разработка первой очереди САПР», 1-й этап -1983 г., 2-й этап — 1984 г.;

ОКР «САПР-ПРОЕКТ. Разработка рабочего проекта первой очереди САПР», 3-й этап, 1985 г.;

НИР «Разработка по укрупненным показателям вариантов техпере-вооружения действующих производств с применением ЭВМ» (номер госрегистрации У89 406), 1983 г.;

НИР «ИДЕОЛОГИЯ. Разработка комплексно — целевой программы по автоматизации проектноконструкторских работ объектов строительства и гибких производственных систем», 1985 г.;

НИР «Техперевооружение-86. Разработка технического проекта подсистемы автоматизированного проектирования технического перевооружения действующих проедприятий (ТПДП)», 1987 г.;

ОКР «Техперевооружение-87. Разработка рабочего проекта программной системы технико — экономических расчетов, обосновывающих хозяйственную необходимость ТПДП», 1988 г.;

ОКР «Техперевооружение-88. Внедрение подсистемы автоматизированного проектирования ТПДП в институтах ПКО «Союз-электронпроект», 1989 г.

Кроме того, по плану важнейших работ ПКО «Союзэлектронпроект» под руководством автора выполнены ОКР «ЗАДАЧА-85″ - „ЗАДАЧА-89″ -“ Разработка, корректировка и внедрение алгоритмов, программ и спра-вочно — информационного фонда автоматизации проектирования», 19 861 989 гг.

Ряд полученных научных результатов включен в учебное пособие и используется в учебном процессе кафедры САПР и ИС Воронежского государственного технического университета по курсу «Разработка САПР» для студентов специальности 220 300 «Системы автоматизации проектирования» .

Экономический эффект от внедрения результатов работы составил в 1981;1990 гг. 605,74 тыс. р. в ценах 1984 года, в 1997 году экономический эффект в сумме 340.0 млн р. в текущих ценах получен при разработке проекта технического перевооружения производства ограждающих конструкций жилых крупнопанельных зданий с применением пенополистирольных плит в связи с доведением их теплотехнических свойств до требований СНиП П-3−79.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

Всесоюзной школе-семинаре по структурной адаптации сложных систем управления (г.Воронеж, 1977);

Межотраслевом семинаре «Разработка и внедрение машинных методов проектирования объектов строительства», ЦНИИ «Электроника» (Москва, 1977);

Всесоюзном совещании «Оптимизация и проектирование человеко-машинных систем» (г.Воронеж, 1980);

Всесоюзном семинаре «Применение автоматизированных систем в проектировании объектов строительства» (г.Новосибирск, 1981);

Региональном семинаре «Автоматизация проектирования и программирования задач в народном хозяйстве» (г.Воронеж, 1981);

Межотраслевом семинаре «Опыт внедрения систем автоматизированного проектирования объектов капитального строительства», ВДНХ СССР, 1982;

ХХ-ХХ111 научных конференциях Воронежского технологического института (г.Воронеж, 1980;1984);

Научно-практической конференции Ленинградского района г. Москвы «Системы автоматизированного проектирования и их информационное обеспечение» (Москва, 1985) — ежегодных научных конференциях профессорско — преподавательского состава Воронежского государственного технического университета и семинарах кафедры САПР и ИС ВГТУ (1993;1997 гг.).

Международной научной конференции «Системные проблемы надежности, математического моделирования и информационных технологий» (г.Сочи, 1997);

Всероссийском совещании-семинаре «Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине» (г.Воронеж, 1997).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 36 научных работ, в том числе 3 книги.

Содержание. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на страницах машинописного текста, списка литературы из 139 наименований, приложения, содержит 17 иллюстраций и 4 таблицы.

Основные результаты работы.

1. Выполнен анализ процесса разработки проектов реструктуризации и технического перевооружения предприятий, выявлены особенности математического и информационного обеспечения и этапы, подлежащие автоматизации.

2. Разработана математическая модель выбора оптимальной производственной программы, учитывающая ограничения реструктурируемого предприятия.

3. Предложен метод решения как полностью, так и частично целочисленных задач выбора производственной программы реструктурируемого предприятия, основанный на методе ветвей и границ и учитывающий выбытие оборудования, возможность применения нового оборудования и ограничения действующего предприятия.

4. Разработана математическая модель выбора оборудования технологических линий в условиях реструктуризации и технического перевооружения предприятий, учитывающая текущие и ожидаемые показатели эффективности принимаемых решений.

5. Разработан комбинаторный метод поиска рациональной структуры оборудования технологических линий по минимуму приведенных затрат, учитывающий аддитивность целевой функции.

6. Осуществлен и обоснован выбор базовой структуры представления данных в системе на основе реляционной модели, позволяющей моделировать или непосредственно представлять все структуры данных, используемые в системе.

7. Разработана структура базы данных системы, позволяющая обеспечить накопление, хранение и обработку нормативно — справочной, исходной и результирующей информации в условиях параллельной разработки нескольких проектов.

8. Для управления процессом автоматизированного проектирования в условиях коллективного использования САПР при разработке нескольких проектов разработан комбинаторный метод, основанный на представлении структуры системы ориентированным графом с процедурами в вершинах и отношениями в виде ребер и отличающийся тем, что учитывает условие логического взаимодействия отношений на входе процедур. На основе метода разработан алгоритм решения задачи управления процессом автоматизированного проектирования на основе матричного представления графа структуры САПР.

9. Разработанные модели, алгоритмы, программное и информационное обеспечения включены в систему автоматизированной разработки проектов реструктуризации и технического перевооружения предприятий. Плучен экономический эффект в размере 605,74 тыс.р. в ценах 1984 года и 340,0 млн р. в ценах 1997 года.