Управление и принятие решений в производственно-технологических процессах судоремонтных комплексов

Актуальность. К главным проблемам развития производственно-технологических систем (ПТС), в том числе судостроительных и судоремонтных, относятся вопросы интенсификации, повышения качества и эффективности технологических и производственных процессов.

В последние годы сформировались требования к управлению организацией функционирования ПТС. К ним следует отнести требования, реализующие: открытость, гибкость, адаптируемость, чувствительность и динамичность. Комплексная реализация этих требований должна обеспечивать стабильность и устойчивость ПТС. Научно-техническое развитие отечественных отраслей производства, применительно к решению организационно-экономических проблем, объективно выдвинул на первый план производственно-технические комплексы, объединяющие многофункциональные структуры отдельных видов производственных, направлений. Управление такими комплексами сталкивается с трудностями формирования структур и созданиемтиповых технологий решения задач в современных условиях. Для существующих условий развития главными требованиями являются обеспечение степени соотношения централизации и децентрализации в управлении динамически изменяющимися ситуациями. Реализация этих требований потребовала, в отличие от существующих методов типизации структур (под задачи), создания теории и инструментария такой типизации структур, которая позволила бы решать оперативные и стратегические задачи на основе единой технологии моделирования. Кроме того, эти требования могут быть выполнены только за счет высокой степени компьютеризации управления на различных уровнях, что позволяет:

• увеличить скорость полученияи обработки производственной информации (сокращает время обработки) при одновременном увеличении ее объ’ема;

•увеличить адекватность принимаемых решений за счет возможности хранения избыточной информации и ее оперативной обработки, за счет «стабильности» использования (повторяемости) информации.

При решении задач управления функционированием ПТС, включая его организационные аспекты очевидна необходимость в разработке теоретических аспектов, методологии и инструментарии для создания сложных организационно-технических комплексов в непрерывно изменяющихся условиях. Для достижения этого необходимо иметь единый принцип образования целевого дерева функций организационных производственно-технологических систем ПТСпринципы декомпозиции структур ПТС на основе взаимосвязи содержания и состава функции «централизация-децентрализация" — единую технологию построения структур на основе графо-сетевого подходаматематические модели и методы формализации целей и технологию их соотнесения к структурам ПТОСматематические методы по анализу соответствия и группированию переменных с целью сокращения информационного пространства для принятия решенийконцепцию создания системы имитационного модеблирования, основанную на использовании исходных информационных структуртеоретические основы построения имитационных систем моделирования с сетевой структу-. рой. Совершенствование систем управления в настоящее время характеризуется активным внедрением современных технологических достижений в практику управления в различных сферах практической деятельности человека. Технологический уклад процессов управления способствует широкому использованию различных направлений новых информационных технологий. Информация и знание теперь оцениваются как стратегический ресурс, определяющий эффективность функционирования и темпы развития сложных организационных и организационно-технических систем.

Вместе с тем, эффективное управление и оптимальное использование наличного информационного ресурса в этих системах нуждается в инструментальных средствах получения необходимых «управленческих знаний».

Поэтому одним из необходимых условий создания эффективных систем, управления является единство методологических подходов к синтезу информационных технологий управления (ИТУ), что обеспечивает унификацию математического, информационного и программного обеспечения управления на основных уровнях функционирования ПТС в различных предметных областях переработки, восстановления и ремонта. В том числе единая методология должна определить научные основы синтеза рациональных сочетаний классических и новых методов управления в виде комбинированных методов ИТУ, обеспечить построение базы знаний и интеллектуального интерфейса как обязательных компонент АСУ, использующей комбинированные методы. Решение перечисленных проблем позволяет разработать инструментальные средства синтеза ИГУ, обеспечивающие повышение уровня тиражируемости систем управления за счет простоты адаптации унифицированных средств к изменениям предметной, области восстановления, ремонта и высокую эффективность АСУ на. всех уровнях функционирования ПТС вследствие применения комбинированных ИГУ. На сегодняшний день единая, методология синтеза ИТУ ПТС отсутствует, однако имеется подготовленная теоретическая база для ее разработки в виде теории систем, теории выбора и принятия решений, классической теории управления и теории искусственного интеллекта.

Все вышесказанное говорит об актуальности исследований, проводимых в диссертации и объясняет важность решаемой проблемы. А.

В связи с этим целью диссертационного исследования является решение важной народно-хозяйственной научной проблемы — разработка методологических аспектов и формализованных основ построения математических моделей процессов управления и принятия решений в рамках автоматизированной системы управления производственной технологией судоремонта.

В соответствии с поставленной целью необходимо было — решить следующие задачи:

1. Формализованное описание предметной области исследования производственно-технологических систем судоремонта с помощью иерархических моделей функционального,. информационного и динамического типа с соответствующей их структуризацией.

2. Разработка комплекса моделей управления процессами в производственно-технологических системах судоремонта с учетом информационного обеспечения и функционального назначения.

3- Разработка формализованного описания элементарного технологического процесса первого вида, включающего в себя статическую и динамическую модели и их поведение во времени.

4. Разработка формализованного описания технологических процессов второго типа на уровне подпроцессов иерархического типа с учетом их развития во времени.

5. Количественная оценка эффективности моделей Списания технологических процессов и разработать алгоритм обработки этих моделей.

6. Разработка методологической, структурной и технологической основы процесса принятия решений при техническом обслуживании судоремонтного производства.

7. Создание датологической, графоаналитической и программной базы для функционирования автоматизированной информационной системы управления судоремонтным производством.

Объектом исследования является производственно-технологический процесс судоремонтного производства и автоматизированные системы управления ими;

Предметом исследования являются структурные, математические и информационные модели управления и принятия решений в судоремонтном производстве.

Методы исследования. Прирешении поставленной проблемы в диссертационной работе использовались методы теории системного анализа, теории анализа и синтеза систем, дискретной i математики, теории информационных систем, теории автоматизированного управления, теории: графов, теории математического программирования, теории экспертных систем, теории принятия решений, алгоритмизации и др.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Создано многоаспектное формальное описание судоремонтного производства с помощью целого комплекса моделей, описывающих на основе единого дерева целевых функций и декомпозиции технологического процесса функциональную, информационную и динамическую. стороны деятельности СРП, с учетом многошагового решения производственного процесса:

2. Разработаны иерархические структурные модели управления в судоремонтном производстве на стратегическом, тактическом и оперативном уровне с разработанными формализованными сценариями и информационной поддержкой. ц.

3. Предложено формализованное описание (на основе граф-моделей и теории множеств) элементарного технологического процесса первого вида с поведением его во времени с помощью статических и динамических моделей;

4. Обосновано формализованное описание технологического процесса второго типа (иерархические ТП с подпроцессами и граничными уело виями) с учетом активности или пассивности подпроцесса, корневого или некорневого ЭТП с изложением положений первичного и вторичного моделирования! подпроцесса и разработкой содержания статической идинамической моделей.

5. Разработаны критерии оценки эффективности тех или иных моделей, осуществляющих формальное описание, и алгоритм обработки моделей ТП в производстве первого и второго видов.

6. Разработаны схема и алгоритм структурного анализа технологии процесса принятия решения при техническом обслуживании СРП с учетом семантической сети принятия решений и экспертной поддержки.

Практическая значимость проведенных исследований заключается в следующем: а) в создании обобщенного подхода к описанию предметной области судоремонта и единой технологии построения структур (объектов и субъектов управления) на основе графо-сетевого подходаб) в обосновании иерархических структурных моделей в автоматизированном управлении судоремонтом при регламентации возможных ситуаций и сценариями управления ими с соответствующим информационным обеспечением в конкретном производственном случае, что позволяет выявить «узкие» места (сроки, продукция, мощности, финансирование, материальное обеспечения) и предложить рекомендации по их устранениюв) в разработке средств: математического описания технологических процессов судоремонта первого и второго типа, позволяющие находить оптимальные варианты протекания производственных процессов во времениг) в формализованном представлении технологии поддержки принятия решений, позволяющей реализовать функции управления сложными дискретными иерархическими производственными системами в контуре управления исследуемой предметной областид) разработка комплекса инструментальных средств для контроля и управления производственным процессом на судоремонтном предприятии:

Реализация результатов работы. Результаты работы нашили свою реализацию на АОО «Канонерский судоремонтный завод», ОАО Судостроительный завод «Северная верфь».

Апробация исследования. Основные научные и практические результаты. были представлены и одобрены на следующих научно-технических конференциях: Международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ — 94» (Санкт-Петербург, 1994 г.) — Международной научно-технической конференции «JAWA — 94″ Quality of electrotechnical Products» (Польша, г. Люблин, 1994 г.) — Международной научно-технической конференции «Региональная информатика — 95» (Санкт-Петербург, 1995 г.) — Всероссийской: научно-методической конференции «Высшее образование в современных условиях» (Санкт-Петербург, 1996 г.) — Международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ — 99» (Санкт-Петербург, 1999 г.) — Международной научно-технической конференции «Региональная информатика — 2000» (Санкт-Петербург, 2000 г.) — Методическом семинаре «Подготовка морских инженеров». (Санкт-Петербург, 2000 г.) — Международной научно-технической конференции «ТРАНСКОМ — 2001» (Санкт-Петербург, 2001 г.) — Международной научно-технической ! конференции «Региональная информатика — 2002» (Санкт-Петербург, 2002 г.) — кафедральные семинары «Контроль и диагностика судовых устройств» (1994 — 2003 г.г.).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ 1. Созданы типовые сетевые графики судоремонта, получаемые автоматизировано и хранящиеся в библиотеке в памяти компьютера системы управления производственно-технологическим процессом для нескольких десятков типов судов.

2. Предложена структура базы данных по всем операциям судоремонта с регламентацией их как по длительности и ресурсозатратам, так и по стоимости для конкретного технологического процесса ремонта судна;

3. Дано обще описание программного обеспечения «Оиг-CAD» для автоматизированной разработки и отладки моделей систем автоматизированного регулирования и управления с рассмотрением команд: ПРОЕКТ, РЕДАКТОР, ОКНА, РАСЧЕТ, ГРАФИК, ПОДСХЕМЫ, ПОМОЩЬ с соответствующими пиктограммами.

4. Разработана машинная программа, предназначенная для управления сетевым графиком судоремонта, способная адаптироваться к соответствующему тип судна, поступившему в ремонт.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате проведенных исследований и решения поставленной проблемы были получены следующие научные и практические результаты: • 1. Предложена концепция рассмотрения производственно-технологического судоремонтного комплекса, как организационной структуры с единым принципом образования дерева целых функций и. декомпозиции ПТС судоремонта на основе взаимосвязисодержания и состава функции «централизации-децентрализации», а также единой технологии построения структур на основе графо-сетевого подхода: Формальное описание предметной области производственно-технологических процессов осуществлено на основе последовательности иерархических моделей: функциональной, информационной и динамической:

2. Описаны графо-аналитические. модели алгоритмов управления? многошаговыми технологическими процессами, когда возникают особые режимы работы (смена технологических процессов или их реконфигураций в связи с изменением технологии, требующих интерактивного общения: с оператором). Кроме того, обоснованы модели управления материально-техническими ресурсами в производственных системах с применением: а) экономико-математических методов рационального использования этих ресурсов и б) моделей: оптимизациирешения ресурсных задач ПТС CP:

3. Предложены иерархические структурные модели в автоматизированном управлении судоремонтным производствомс использованием декомпозиции управления по уровнямна стратегическое, А тактическое и оперативное управление с дискретизацией процессов: управления и информационных потоков по времени и уровню (объему капитальных вложений). При этом для обеспечения информационной поддержки ситуационного управления совмещается функционирование существующих систем учета и контроля, средств сетевого планирования и технологий хранения и обработки данных.

Кроме того, обобщена трехмерная модель-классификатор управленческих ситуаций, рассматривающая совместно подсистемы предприятия (технологическую, обеспечивающую и управляющую) и внешнюю среду (директивную, равноправную и противодействующую).

4. Исследованы механизмы управления крупной производственно-технологической системой с разработкой формализованного сценария принятия оперативного решения с использованием распределенной процедуры решения задачи оптимизации, состоящей из четырех этапов.

В связи с этим предложены основные элементы информационных технологий управления судоремонтным производством: структурная схема этапов разработки ИТУ, описание пространства состояний’объектов ИТУ, основные свойства, функций выбора ИТУ, универсальный структурный элемент ИТУ.

5. Предложена принципиальная схема взаимосвязи информационного обеспечения систем управления и задач, решаемых этими системамиПри этом учитывается множество функциональных задач управления, множество временных периодов (режимов) управлениямножество объектов управления, множество ресурсов.

Кроме того, разработаны элементы математического моделированияустойчивости производственной системы, модель которойсодержит следующие основные блоки: модель формирования плановых темпов расходов ресурсов, моделей производственных подсистем и моделей связи.

6. Разработано: формализованное описание элементарного технологического процесса первого вида, включающее в себя вербальную часть и строго математическую, связанную с временной трактовкой поведения процесса. При этом формулированы принципы контроля поведения элементарного технологического процесса, во временитребование к его информационному обеспечению и организационные моменты автоматизированного управления процессом.

7. Описана статическая" модель ЭТП с введением: предиката активности, графа: ЭТП и логики* функционированияКроме того,. определены условия конечности ЭТП и описано функционирование автомата управления ЭТП.

Также описана5 динамическая: модель ЭТП с описанием ее граф-моделью, функцией развития и функцией информационного сопровождения, выделены особенности моделирования развития ЭТП по времени с помощью динамической модели.

8. Разработано формализованное описание технологических процессов второго типа, рассматриваемых как иерархические технологические процессы с введением понятия подпроцесса ИТП и его граничных условийВ соответствии* с этим предложений математическое описание поведенияИТП и его подпроцессов во времени с учетом активности или пассивности подпроцессов, корневого или некорневого ЭТП. А также обсуждены подходы к организации автоматизированного управления ИТП.

9: Осуществлена оценка эффективности методов моделирования с помощью введенного коэффициента по критерию занимаемой памяти при? использовании предложенных и известных методов моделированиядля технологических процессов первого и второго видов.

10. Разработан алгоритм обработки моделей. технологических л процессов в производстве первого (тринадцатишаговый) и второго (двадцативосьмишагового) видов.

11. Разработаны схема технологии процесса принятия решения при техническом обслуживании судоремонтного производства и методика структурного анализа организационно-методического обеспечения процессов в системе управления СРП с формализацией процедур принятия решений на основе информационно-логической модели.

Предложена на основе теории аналогий и фреймовых моделей алгоритм и семантическая сеть принятия решений для логических систем управления с рассмотрением основных случаев обучения;

12. Обоснована методологическая? ш структурная основа жизненного цикла разработки и эксплуатации автоматизированной системы управления ш принятия решений при решении задач судоремонта, в частности, при решении задач многономенклатурного раскроя листов корпуса судна.

Разработана структура поддержки принятия решений на экспертной основе для систем управления судоремонтнымпроизводством. При этом получены, во-первых, схема организационной структуры системы поддержки принятия решенийво-вторых, функциональная* структура экспертной системы принятия коллективных решений.

13. Созданы типовые сетевые графики судоремонта, получаемые t автоматизировано и хранящиеся в библиотекеграфиков в памяти компьютера системы управления производственно-технологическим процессом для нескольких десятков типов судов.

При этом предложены базы данных по всем операциям судоремонта с регламентацией их как по длительности и ресурсозатратам, так и по стоимости для конкретного технологического процесса ремонта судов.

14. Дано общее описание программного обеспечения «Оиг-CAD» для автрматизированной разработки и отладки моделей систем автоматизированного регулирования, контроля и управления с введением набора команд с соответствующими пиктограммами.

Разработана мощная программа, предназначенная для управления сетевым графиком судоремонта, способная адаптироваться к соответствующему типу судна, поступившему в ремонт.