Мультиагентное имитационное моделирование логистической системы перерабатывающего предприятия АПК

Актуальность темы

В рыночных условиях производственной деятельности перерабатывающего предприятия с множеством материальных потоков, начальной неопределенностью и стохастическим характером связей с поставщиками сырья и потребителями готовой продукции эффективность работы всей логистической системы предприятия зависит от своевременной переработки больших объемов оперативной информации и обоснованности принятия ответственных управленческих решений.

Для перерабатывающего предприятия достижение цели в условиях неопределенности и риска сводится к оценке логистики материальных потоков и технологических операций на всех стадиях производства от поставок сырья до реализации готовой продукции с нахождением оптимальных решений в оперативных условиях и долгосрочных стратегиях деятельности предприятия.

Состояние сложной логистической системы в условиях неопределенности и риска в большинстве случаев непредсказуемо и не может быть прогнозируемо изначально аналитически или путем логического анализа, так как оно является результатом многошагового взаимодействия множества материальных потоков и активных автономных элементов системы и окружающей среды. Аналитические методы принятия решения рассматривают статические состояния отдельных производственных сфер без учета динамики поведения каждого активного элемента и его прямого влияния на состояние других элементов.

Оценка и выбор стратегии производственной деятельности в неопределенной ситуации поставок, производства и спроса на продукцию возможен с помощью имитационного моделирования поведения каждого элемента производственной системы. Поэтому, для решения задачи оптимизации управления запасами и материальными потоками в сферах поставок сырья, его переработки, хранения и сбыта готовой продукции является социально значимой и актуальной разработка объектно-ориентированных мультиагентных имитационных моделей состояния и поведения сложных логистических систем перерабатывающего предприятия при начальной стохастической неопределенности производственных и маркетинговых ситуаций.

Для идентификации и прогнозирования сложных аномальных ситуаций в производственной логистической системе предприятия предлагаются модели и алгоритмы агентно-ориентированной имитации взаимодействия автономных элементов — интеллектуальных агентов (ИА), изменяющих свои свойства и поведение в зависимости от состояния других элементов и среды.

Модели ИА, описывающие индивидуальные характеристики состояния и поведения каждого производственного участка перерабатывающего предприятия на каждом шаге. взаимодействия, объединяются в мулътиагептную имитационную модель большой производственной системы, воспроизводящую динамическое взаимодействие интеллектуальных агентов с возможностью идентификации их состояния и прогнозирования оптимальных стратегий достижения цели.

Степень изученности проблемы. Большой вклад в общую теорию логистики внесли работы В. П. Альферьева, А. У. Альбекова [3], Н. В. Афанасьевой [5], A.M. Гаджинского [10], Е. А. Голикова, М. П. Гордона [12], Мешалкина [35], Л. Б. Миротина [37], Д. Т. Новикова, O.A. Новикова [42], Б. К. Плоткина [44], В. И. Степанова [53], В. И. Сергеева [48], С. А. Уварова [61] и других ученых. В этих трудах разработаны основы теории указанного нового направления экономической науки, этапы его развития, научная терминология, определены связи логистики с другими отраслями науки, обоснованы практические рекомендации по совершенствованию процесса товаропродвижения в условиях перехода от директивной (плановой) к рыночной экономике, большое внимание в них уделено научнометодологическим и практическим вопросам применения логистики в российской экономике в целом и в ее отдельных отраслях.

Работы ВиттихаВ.А., Городецкого В. И. [13], Ивашкина Ю. А. [20], [21], Кошоха B.JI. [31], Лоу A.M. [32], Павловского Ю. Н. [43], Поспелова И. Г. [46], Скобелева П. О. [51], Соколова Б. В. [52], Тарасова В. Б. и Хорошевского В. Ф. [55] в области мультиагентных систем и имитационного моделирования экономических и производственных структур, а также работы зарубежных ученых: Banks J.J. [62], Camarihna-Matos L. [64], Fougeres AJ. [66], Kok A.G. [69], Kuhn A. [70], Sol H. [77], ShmidtB. [59] и др.

Работы Рогова И. А. [47], Аверина Г. Д. [1], Алехина JI.T. [2], Забашты, А .Г. [18], Искандаряна А. К. [26], Никитенко A.A. [41], Синюкова М. И. [50] и др. ученых по технологии и организации производства перерабатывающих предприятий АПК.

В тоже время, проблемы использования логистического инструментария и мультиагентного имитационного моделирования для управления потоковыми процессами перерабатывающих предприятий изучены пока еще недостаточно полно. Отсутствие комплексного исследования теоретических вопросов и практического решения проблем управления материальными потоками логистических систем перерабатывающих предприятий при управлении и регулировании внутренними и внешними процессами на рынке продукции подтверждают актуальность выбранной темы диссертационной работы, а также необходимость построения и применения системы поддержки принятия решений на основе мультиагентной имитационной модели.

Цель диссертационной работы заключалась в разработке мультиагентной имитационной модели большой логистической системы перерабатывающего предприятия от поставок сырья до сбыта готовой продукции для идентификации и прогнозирования состояния системы и принятия оптимальных решений в условиях неопределенности и риска.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: формализация принципов построения и особенностей функционирования логистических систем перерабатывающего предприятия;

— разработка математических моделей и алгоритмов имитационного моделирования материальных потоков перерабатывающего предприятия в сфере поставок и переработки сырья и реализации готовой продукции;

— создание универсальной мультиагентной имитационной модели логистической системы перерабатывающего предприятия;

— разработка моделей и алгоритмов поведения интеллектуальных агентов, отражающих изменение состояния и оптимизацию материальных потоков в автономных блоках логистической системы предприятия по переработке с/х продукции;

— разработка диалоговых алгоритмов и процедур планирования имитационного эксперимента для нахождения оптимальных вариантов организации и состояний логистической системы в текущих условиях.

Научная новизна.

1. Предложен новый метод мультиагентного имитационного моделирования динамического взаимодействия автономных элементов логистической системы перерабатывающего предприятия с разветвленной структурой материальных потоков при стохастической неопределенности поставок сырья и заказов торгующих организаций на готовую продукцию;

2. Впервые разработана концептуальная мультиагентная имитационная модель логистической системы перерабатывающего предприятия, включающая в себя производственные процессы от поставок сырья до сбыта готовой продукции и состоящая из автономных блоков — интеллектуальных агентов, описывающих состояние и динамику производственной системы;

3. Разработаны новые математические модели и алгоритмы динамики изменения состояния интеллектуальных агентов на основе стратегии структурной оптимизации материальных потоков по критерию минимизации отклонения от заданной структуры ассортимента при заданных ограничениях;

4. Разработаны алгоритмы и диалоговые процедуры имитационного эксперимента с моделью для поиска оптимальных режимов работы перерабатывающего предприятия.

Практическая значимость работы.

1. Разработано программное обеспечение мультиагентной имитации производственных процессов перерабатывающего предприятия агропромышленного комплекса (АПК) (на примере мясоперерабатывающего предприятия) с MDL описанием компонентов с внешними процедурами и EDL описанием экспериментов в среде экспериментирования Simplex3;

2. Сформирована база моделей и программ мультиагентной имитации производственных ситуаций с процедурами поиска оптимальных решений в производственных сферах перерабатывающего предприятия АПК на основе стратегии структурной оптимизации материальных потоков;

3. Разработан пользовательский интерфейс, обеспечивающий диалоговый режим работы с имитационной моделью для проведения эксперимента с различными параметрами состояния и стратегиями поведения агентов;

4. Разработаны рекомендации по оптимизации логистической системы управления материальными потоками перерабатывающего предприятия АПК в условиях неопределенности и риска.

На защиту выносятся:

1. Метод мультиагентного имитационного моделирования динамического взаимодействия автономных элементов логистической системы перерабатывающего предприятия с разветвленной структурой материальных потоков;

2. Математические модели и алгоритмы динамики изменения состояния интеллектуальных агентов на основе стратегии структурной оптимизации материальных потоков по критерию минимизации отклонения от заданной структуры ассортимента при заданных огран ичениях;

3. Алгоритмы и диалоговые процедуры организации имитационного эксперимента с моделью для поиска оптимальных режимов работы перерабатывающего предприятия АПК.

Апробация работы.

Результаты работы представлены на: Международной конференции «Теория активных систем» в Институте проблем управления РАН, Москва, 2005 г.- Европейском конгрессе по моделированию и имитации «6th EuroSim Congress on Modelling and Simulation, 9−13 September 2007 Ljublyana», Словения, 2007 г.- Международной научно-практической конференции «Логистика и Экономика Ресурсосбережения и Энергосбережения в промышленности», Саратов, 2007 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ в научно-технических журналах, в т. ч. входящих в список ВАК и материалах международных конференций, а также 1 авторское свидетельство.

Список публикаций.

1. Шешенина JLA. Мультиагентная имитационная модель логистики материальных потоков производственного холодильника перерабатывающего предприятия АПК: научно-технический журнал 3.2(33) «Системы управления и информационные технологии"/ Л. А. Шешенина. -Воронеж: Научная книга, 2008. 309−312 с.

2. Ивашкин Ю. А., Шешенина Л. А. Имитационное моделирование материальных потоков производственного холодильника: сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Теория активных систем» 16−18 ноября 2005 г./ Ю. А. Ивашкин, Л. А. Шешенина. — М.: ИЛУ РАН, 2005.-118−122 с.

3. Ивашкин Ю. А., Шешенина Л. А. Имитационное моделирование и структурная оптимизация материальных потоков мясоперерабатывающего предприятия агропромышленного комплекса: научно-технический журнал № 2(36) «Информационные технологии моделирования и управления» / Ю. А. Ивашкин, Л. А Шешенина — Воронеж: Научная книга, 2007. 258−267 с.

4. Ivashkin Yu.A., Sheshenina L.A. Logistic and multi-agent imitating modelling of the agriculture industrial systems: сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции «Логистика и Экономика Ресурсосбережения и Энергосбережения в промышленности (МНПК ЛЭРЭП-2−2007)» / Yu.A. Ivashkin, L.A. Sheshenina.- Саратов: СГТУ, 2007. том 1, 106−109 с.

5. Ivashkin Yu.A., Sheshenina L.A. Multiagent Simulation of the industrial refrigerator material flows: proceedings of the 6th EuroSim Congress on Modelling and Simulation 9−13 September 2007/ Yu. AIvashkin, L.A. Sheshenina.-Ljubljana: Tiskarna Plesko d.o.o., 2007; 94 p.

6. Ивашкин Ю. А., Шешенина Л. А Экспертная система имитационного моделирования и структурной оптимизации материальных потоков мясоперерабатывающего предприятия агропромышленного комплекса: свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2 007 611 551 / Ю. А. Ивашкин, Л. А. Шешенина.- М.:МГУПБ, 2007.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения и содержит 133 страниц основного текста, 23 рисунка, 12 таблиц, список литературы из 83 наименований и 71 страниц приложения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Проведен анализ и формализация деятельности сложной логистической системы перерабатывающего предприятия с описанием состояния и целей его отдельных производственных сфер.

2. Теоретически обоснованны и сформулированы принципы построения логистических систем перерабатывающего предприятия.

3. Предложен метод мультиагентного имитационного моделирования динамического взаимодействия активных элементов логистической системы перерабатывающего предприятия с разветвленной структурой материальных потоков при стохастической неопределенности поставок сырья и заказов торгующих организаций.

4. Разработана мультиагентная имитационная модель логистической системы перерабатывающего предприятия АПК в универсальной системе БШрЫхЗ на языке моделирования £7'/ир1 ех-МОЬ, включающая в себя производственные процессы от поставок сырья до сбыта готовой продукции и состоящая из автономных блоков — интеллектуальных агентов, описывающих изменение состояния технологической системы.

5. Разработаны математические модели и алгоритмы динамики изменения состояния интеллектуальных агентов на основе стратегии структурной оптимизации материальных потоков по критерию минимизации критерия отклонения от заданной структуры ассортимента в заданных ограничениях.

6. Разработаны процедуры организации имитационного эксперимента для поиска оптимальных режимов работы перерабатывающего предприятия АПК на основе метода деформируемого симплекса.

7. Разработан пользовательский интерфейс, обеспечивающий диалоговый режим работы с имитационной моделью для проведения эксперимента с различными параметрами состояния и стратегиями поведения агентов.