Разработка имитационной модели и программного комплекса обработки потоковой информации производственного типа

Актуальность исследования. В сфере малого и среднего бизнеса России широко распространены предприятия с многопередельным типом производства (ПМТП). К ним относятся предприятия с последовательной переработкой исходного однородного сырья в готовый продукт в условиях краткого технологического процесса, состоящего из отдельных самостоятельных стадий переработки — переделов (например, предприятия текстильной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, пищевой и др. отраслей промышленности) [26, 90].

Среди главных особенностей многопередельного производства следует выделить большую материалоемкость и высокий уровень производственных потерь, решающее значение в структуре которых имеют сверхнормативные технологические потери, возникающие ввиду нарушения технологии, использования некачественного сырья или неправильных расчетов (рис. 1). Отсутствие контроля сверхнормативных потерь приводит к существенному росту себестоимости готовой продукции и снижению конкурентоспособности предприятия [36, 70].

Рис. 1. Структурная схема производственных потерь на ПМТП.

Технологические потери возникают в процессе обработки материальных потоков, которые совместно с генерируемыми ими информационными потоками являются объектами исследования логистики [68]. Для того чтобы реально оценивать себестоимость переработки сырья в продукцию на какомлибо участке технологической цепочки, целенаправленно снижать нормы расходов на выпуск продукции, нужно обладать объективной информацией обо всех компонентах, составляющих баланс материального потока, включая сверхнормативные потери. Решение этой задачи требует внедрения на ПМТП автоматизированной системы обработки учетно-аналитических информационных потоков, построенной на основе логистического подхода [19, 103]. Характерной чертой систем обработки потоковой информации в многопередельном производстве (СОПИМП) является жесткая привязанность их базовых моделей (в том числе, учетных) к особенностям технологического процесса. Это позволяет отнести СОПИМП к классу сложных систем, при проектировании и исследовании которых широко применяется метод имитационного моделирования [39].

Имитационная модель, адекватно описывающая поведение СОПИМП в динамике, может стать основой для разработки программного комплекса, который обеспечит проведение вычислительного эксперимента с моделями учета материальных потоков, и в конечном итоге — эффективный контроль сверхнормативных технологических потерь на ПМТП.

Объектом исследования в настоящей работе является многопередельное производство. Имитационная модель СОПИМП и разработанный на ее основе программный комплекс являются предметом разработки и исследования.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование и разработка имитационной модели системы обработки потоковой информации в многопередельном производстве и программного комплекса на ее основе, предназначенного для сбора и обработки учетно-аналитической информации и проведения вычислительного эксперимента с моделями учета материальных потоков, данные которого могут быть использованы в качестве базы для выявления сверхнормативных технологических потерь и выработки эффективных решений для их снижения. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Обзор и анализ существующих моделей и программных комплексов обработки потоковой информации в многопередельном производстве.

2. Выбор методологии и средств моделирования СОПИМП.

3. Разработка имитационной модели СОПИМП.

4. Разработка программного комплекса обработки потоковой информации в многопередельном производстве.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались методы моделирования логистических цепей, математического моделирования баланса материальных потоков в производственном процессе, структурного моделирования с использованием диаграмм потоков данных, дискретно-событийного имитационного моделирования с применением объектно-ориентированного подхода, аппарат дискретной математики. В качестве базовой методологии разработки имитационной модели и программного комплекса обработки потоковой информации производственного типа на ее основе выбрана методология моделирования и построения информационных систем управления предприятием на базе стандартов MRP/ERP.

При выборе методов и средств реализации программного комплекса приняты во внимание современные тенденции построения и развития корпоративных информационных систем (КИС).

Научная новизна исследования:

1. Предложен и обоснован новый концептуально-логистический подход, с помощью которого построена объектно-структурная модель СОПИМП, являющаяся основой для концептуального моделирования системы и представляющая собой ориентированное по материальному потоку дерево, узлы которого обозначают реальные и виртуальные склады, размещенные в соответствии со схемой технологического процесса.

2. Разработана математическая модель элементарного звена СОПИМП — склада-модуля, представляющая собой модель расчета остатков хранящихся в нем товарно-материальных ценностей (ТМЦ).

3. Разработана методика построения эталонной модели СОПИМП, упрощающая процесс создания концептуальной модели системы и повышающая эффективность ее использования на уровнях логического и физического моделирования.

4. Разработана имитационная модель СОПИМП, являющая основой для построения программного комплекса обработки потоковой информации в многопередельном производстве.

Практическая значимость исследования:

Разработан программный комплекс обработки потоковой информации в многопередельном производстве, реализующий функции сбора и обработки учетно-аналитической информации и содержащий гибкие средства построения и модифицирования моделей учета материальных потоков. С помощью данных, полученных в результате вычислительных экспериментов, проведенных на программном комплексе, могут быть своевременно выявлены сверхнормативные технологические потери на ПМТП и выработаны меры по их снижению. Результаты работы могут найти практическое применение при проектировании автоматизированных систем обработки учетно-аналитической информации для различных ПМТП.

Внедрение результатов работы. Разработанные в диссертационной работе имитационные модели и программные комплексы внедрены в автоматизированную систему производственного учета ООО «Декор-Авто» г. Тольятти, в проект автоматизации и планирования на предприятии ООО «Проф-траст» г. Тольятти и в систему автоматизации страховой деятельности ОАСО «АСтрО — Волга» г. Тольятти. Теоретические и практические результаты работы используются в учебном процессе на кафедре информатики и вычислительной техники Тольяттинского государственного университета.

Внедрение результатов работы подтверждается актами внедрения.

Личный вклад автора. Решение поставленных задач в диссертационной работе, анализ результатов и выводы из них получены автором самостоятельно.

Достоверность результатов, представленных в диссертации, подтверждается корректностью применения математического аппарата и результатами компьютерного моделирования.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждались на 2-й Международной научно — технической конференции «Информатизация процессов формирования открытых систем на основе СУБД, САПР, АС-НИ и систем искусственного интеллекта» г. Вологда, 2003 г. и на Всероссийской научно-практической конференции «Информационные технологии в науке, образовании и экономике» г. Якутск, 2005 г.

Положения, выносимые на защиту:

1. Имитационная модель СОПИМП, имеющая трехуровневое представление в виде: эталонной модели на концептуальном уровне представления, визуальной объектной модели на логическом уровне представления и реляционной модели данных и программного комплекса — на физическом уровне представления.

2. Математическая модель элементарного звена СОПИМП склада-модуля, представляющая собой модель расчета остатков хранящихся в нем товарно-материальных ценностей (ТМЦ).

3. Методика построения эталонной модели СОПИМП, упрощающая процесс создания концептуальной модели системы и повышающая эффективность ее использования на уровнях логического и физического моделирования.

4. Программный комплекс обработки потоковой информации в многопередельном производстве, разработанный на основе имитационной модели СОПИМП и предназначенный для проведения вычислительного эксперимента, с помощью данных которого могут быть своевременно выявлены сверхнормативные технологические потери на ПМТП и выработаны меры по их снижению.

Выводы к третьей главе.

Третья глава диссертации посвящена разработке ПКОПИ как одного из компонентов физического представления модели в методологии MRP/ERP.

На основании результатов выполненной работы были сделаны следующие выводы:

1) Структурная схема ПКОПИ предполагает наличие двух больших блоков модулей: неизменяемого по составу блока базовых компонентов и варьируемого в зависимости от применяемой конфигурации блока прикладных компонентов. Такая организация структуры ПКОПИ позволяет достичь быстрого и качественного решения задач, стоящих перед системой обработки потоковой информации конкретного многопередельного производства.

2) Наиболее оптимальным решением является разработка в рамках одного проекта двух модификаций ПКОПИ, ориентированных соответственно на архитектуры «файл-сервер» и «клиент-сервер».

3)При выборе средств разработки в соответствии с принципом приоритета ОС и с учетом популярности ОС Windows на предприятиях малого и среднего бизнеса России, предпочтение отдано программным продуктам, произведенным корпорацией Microsoft, а именно — полнофункциональной реляционной СУБД Microsoft Visual FoxPro 8.0 и СБД Microsoft SQL Server 2000.

4) Применение ПКОПИ на предприятиях, относящихся к различным отраслям промышленности и бизнеса, обеспечило своевременное выявление сверхнормативных технологических потерь сырья и готовой продукции и выработку эффективных решений для их снижения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В сфере малого и среднего бизнеса России широко распространены ПМТП. К ним относятся предприятия с последовательной переработкой исходного однородного сырья в готовый продукт в условиях краткого технологического процесса, состоящего из отдельных самостоятельных стадий переработки — переделов (например, предприятия текстильной, деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, пищевой и др. отраслей промышленности).

Среди главных особенностей многопередельного производства следует выделить большую материалоемкость и высокий уровень производственных потерь, решающее значение в структуре которых имеют сверхнормативные технологические потери, возникающие ввиду нарушения технологии, использования некачественного сырья или неправильных расчетов. Отсутствие контроля сверхнормативных потерь приводит к существенному росту себестоимости готовой продукции и снижению конкурентоспособности предприятия.

Технологические потери возникают в процессе обработки материальных потоков, которые совместно со связанными с ними информационными потоками являются объектами исследования логистики. Для того, чтобы реально оценивать себестоимость переработки сырья в продукцию на каком-либо участке технологической цепочки, целенаправленно снижать нормы расходов на выпуск продукции, нужно обладать объективной информацией обо всех компонентах, составляющих баланс материального потока, включая сверхнормативные потери. Решение этой задачи требует внедрения на ПМТП современной системы обработки учетно-аналитической информационных потоков. Характерной чертой СОПИМП является жесткая привязанность их базовых моделей (в том числе, учетных) к особенностям технологического процесса. Это позволяет отнести СОПИМП к классу сложных систем, при проектировании и исследовании которых широко применяется метод имитационного моделирования.

Диссертационная работа посвящена разработке имитационной модели и программного комплекса обработки потоковой информации производственного типа, предназначенного для сбора и обработки учетно-аналитической информации и проведения вычислительного эксперимента с моделями учета материальных потоков, данные которого могут быть использованы в качестве базы для выявления сверхнормативных технологических потерь и выработки эффективных решений для их снижения. В ходе решения обозначенной задачи и проведенного исследования получены следующие результаты:

1. Предложен и обоснован новый концептуально-логистический подход, с помощью которого построена объектно-структурная модель СОПИМП, являющаяся основой для концептуального моделирования системы и представляющая собой ориентированное по материальному потоку дерево, узлы которого обозначают реальные и виртуальные склады, размещенные в соответствии со схемой технологического процесса.

2. Разработана математическая модель элементарного звена СОПИМП — склада-модуля, представляющая собой модель расчета остатков хранящихся в нем ТМЦ.

3. Разработана методика построения эталонной модели СОПИМП, упрощающая процесс создания концептуальной модели системы и повышающая эффективность ее использования на уровнях логического и физического моделирования.

4. Разработана имитационная модель СОПИМП, являющая основой для построения программного комплекса обработки потоковой информации в многопередельном производстве.

5. Разработан программный комплекс обработки потоковой информации в многопередельном производстве, реализующий функции сбора и обработки учетно-аналитической информации и содержащий гибкие средства построения и модифицирования моделей учета материальных потоков. С помощью данных, полученных в результате вычислительных экспериментов, проведенных на программном комплексе, могут быть своевременно выявлены сверхнормативные технологические потери на ПМТП и выработаны меры по их снижению.

Результаты диссертации были внедрены в автоматизированную систему производственного учета ООО «Декор-Авто» г. Тольятти, в проект автоматизации и планирования на предприятии ООО «Профтраст», г. Тольятти и в систему автоматизации страховой деятельности ОАСО «АСтрО-Волга», г. Тольятти.

Теоретические и практические результаты работы используются в учебном процессе на кафедре вычислительной техники и информатики Тольят-тинского государственного университета.

Автор считает, что разработанные им имитационная модель и программный комплекс, а также методы и рекомендации, сформулированные в ходе работы над диссертацией, могут быть развиты, подвергнуты более глубокому изучению и адаптированы для различных ПМТП.