Исследование и разработка интерактивной компьютерной системы поддержки принятия решений при управлении производством с неспециализированным оборудованием

Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена разработке интерактивной компьютерной системе поддержки принятия решений при управлении производством с неспециализированным оборудованием. Предлагаемая система отличается тем, что позволяет учитывать многие технологические параметры совместно с экспертными оценками. Производственный план, который предлагает система, обладает высокой надежностью и устойчивостью к возможным сбоям и бракам на производстве. В работе излагается модель, которая приводит к задаче линейного программирования. В качестве алгоритма решения задачи используется метод итеративной регуляризации.

Актуальность проблемы. В современном мире возникает необходимость в специальных программах и информационных системах, ориентированных на решение конкретных проблем. В частности, такая потребность стала особенно актуальна для крупных промышленных предприятий [10−29]. Одна из стандартных ситуаций, в которых руководство предприятия сталкивается с проблемой принятия ответственного решения, состоит в том, что предлагается заказ на изготовления определенной продукции, например, машиностроения.

Для того чтобы принять взвешенное решение, руководству необходимо ответить для себя на ряд вопросов, перечислим основные из них:

1. Располагает ли предприятие основными фондами для выполнения заказа.

2. Может ли оно выделить трудовые ресурсы в нужном количестве и необходимой квалификации.

3. Как будет обеспеченно производство всеми необходимыми материалами, заготовками, сырьем.

4. Гарантированно ли выполнение заказа в срок.

5. Какова себестоимость производства и как она соотносится с предлагаемой оплатой заказа.

Для того чтобы ответь на эти основные и другие, связанные с этими, вопросами необходимо смоделировать процесс производства. Разумеется, при этом необходимо прогнозировать возможные сбои и браки, могущие возникнуть в процессе производства, причем с учетом, как их вероятностей, так и их последствий.

Одновременно, в процессе моделирования необходимо разработать, оптимальный план производства, без которого невозможно ответь на эти основные вопросы.

Естественно, что под «оптимальностью» надо понимать не столько строгую минимизацию себестоимости, сколько устойчивость плана к реальным сбоям и проблемам.

Итак, еще до того как ответить на вопрос браться ли за этот заказ вообще, нужно разработать план его выполнения.

Нередко при составлении плана руководство обладает достаточно большими степенями свободы, с помощью которых можно существенно, по-разному планировать. Например, изготовлять ли детали в том или ином цеху, использовать ли только свободные мощности или позволять сдвигать выполнение операций по другим заказам и использовать занятые на них мощности, и так далее.

При составлении такого плана необходимо использовать огромное количество информации относительно как имеющихся на предприятии ресурсов, так и необходимых технологических условий для производства.

Кроме большого количества числовой информации необходимо учитывать накопленный практический опыт специалистов, который может выражаться не только в числовом виде, но и в виде качественных рекомендаций. Заметим также, что мнения экспертов надо делить на категорические требования, которые надо выполнять обязательно, и на пожелания, которые надо стремиться выполнить, учитывая «вес», то есть степень важности, пожеланий [87].

Все эти соображения достаточно наглядно доказывают актуальность создания специальной информационной системы, помогающей руководителю предприятия как принимать решения, так и реализовывать их.

Целью предлагаемой работы является разработка специального математического и программного обеспечения вычислительных машин, ориентированного на решении ряда задач, возникающих на производственном предприятии при получении нового заказа. При этом предлагаемая информационная система может применяться в различных вариантах. Простейшим является вариант с использованием только свободных ресурсов предприятия, а более сложным является, вариант со сдвигами уже существующих заказов.

Научная новизна. Предложен новый подход к разработке интерактивной системы, основанной на совместном и одновременном использовании большого количества информации, носящей как объективный характер, выраженный численно, так и субъективный характер выраженный количественно и качественно.

Новым в предлагаемой работе является разработка математической модели, которая обеспечивает составление плана производства с указанием, в каком количестве и порядке использовать имеющиеся трудовые и производственные ресурсы. При этом модель сводится к задаче математического программирования [49−64,75−77].

Существенно новым является и то, что, несмотря на то, что методы решения задач математического программирования хорошо разработаны, в работе используется не классические схемы их решения, а более современные [1−9].

Используемый в работе метод оперяется на принцип итеративной регуляризации, который имеет ряд преимуществ по сравнению с классическими методами, дающими строго оптимальное решение, например симплекс-методом [75−77]. Перечислим их [6,7]:

1. Возможность строгого выполнения экспертных требований.

2. Возможность частичного удовлетворения мягких экспертных пожеланий сообразно с их весами.

3. Получение псевдорешения несовместных уравнений.

4. Решение обладает минимальной нормой.

5. Устойчивость решения к возмущениям данных.

6. Каждая итерация очень проста по сравнению с классическим методом.

7. Возможность остановки итераций, если с экспертной точки зрения, полученный результат достаточно хорош.

Разработан специальный интерфейс, обеспечивающий возможность удобного интерактивного человеко-машинного общения, необходимого для решения данной задачи.

Практическая ценность предлагаемой информационной системы состоит в том, что составленный ею план производства обладает всеми необходимыми качествами. Перечислим их [12]:

1. План удовлетворяет всем имеющимся на данном предприятии ограничениям.

1.1 Ограничениям, связанным с использованием трудовых ресурсов. Ограничениям, как по квалификации, так и по количеству.

1.2 Ограничениям, связанным с производственными мощностями.

1.3 Временным ограничениям.

1.4 Ограничениям в использовании дефицитных ресурсов.

2. План использует все имеющиеся практические знания специалистов, выражающихся как в форме жестких запрещений, так и в форме предпочтений, причем предпочтения могут задаваться с различными весами.

3. Минимизируется себестоимость, причем учитывается отдельная оплата за использование разрешенной сверхурочной работы оплаты и вынужденных простоев рабочей силы.

4. План обеспечивает наиболее равномерную загрузку рабочих центров, при выполнении изложенных выше требований.

5. Наглядное представление об очередном плане после определенного числа итераций. Это дает возможность руководителю прекратить итеративный процесс, когда результат окажется удовлетворительным. При этом различными цветами числовых показателей в таблицах и графиками отражается степень точности выполнения ограничений.

6. В случае невозможности составить план, удовлетворяющий строго всем ограничениям, показываются узкие места и возможные варианты их устранения. Например, увеличения срока, привлечение дополнительных ресурсов, сокращение объема заказа, и так далее.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ, в том числе основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях:

1. Международная научно-техническая конференция «Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения» INTERMATIC-2003 (Москва, 2003г). Работа отмечена дипломом и почетной медалью Международной академии авторов научных открытий и изобретений «За заслуги в деле изобретательства» в области математического моделирования управления производственным предприятием.

2. Конференция «Российская электрониканефтегазовому комплексу» (Чебоксары, 2003 г.).

3. Международная научно-техническая школа-конференция «Молодые ученые — науке, технологиям и профессиональному образованию» Молодые ученые-2003 (Москва, 2003 г.). Работа награждена почетной грамотой в области Информационных технологий.

Система нашла применение в управлении деятельного производства компании ООО «Клиент-Серверные-Технологии» с октября 2003 года. Данная работа используется как часть модуля «МЗ-Эксперт» интегрированной системы управления предприятием «МЗ».

Используемый ранее модуль имел следующие практические недочеты по сравнению с описываемым вариантом:

1. Отсутствие минимизации себестоимости.

2. Недостаточное использование экспертных оценок.

3. Неравномерность загрузки рабочих центров.

Автор благодарит научного руководителя доктора технических наук JL Я. Миллера за руководство исследованием и постоянное внимание к работе.

Автор приносит благодарность генеральному директору ООО «Клиент-Серверные-Технологии» кандидату экономических наук В. Д. Шалюхну за помощь в решении многих вопросов по разработке и реализации данной системы.

Автор благодарит коллектив кафедры «Автоматизированные системы управление «РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина, где он получил образование, позволившее выполнить настоящее исследование.

Особенную благодарность автор приносит за научные консультации и огромную помощь в работе доктору технических наук, профессору Е. В. Гливенко.

Основные результаты исследований, представленные в настоящей диссертации:

1. Разработан новый подход к проблеме поддержки принятия решений в сфере управления производством, позволяющий комплексно учитывать не только многие объективные факторы, заданные числовыми данными, но и субъективные оценки экспертов. Этот подход повышает адекватность, так как использует практический опыт специалистов в самом процессе увязки целей и возможностей производства.

2. Построена многофакторная производственная модель с целью исследования зависимости технологического процесса от основных параметров производства. Модель может быть использована при разных степенях агрегации.

3. Разработан алгоритм решения задачи, к которой приводит модель, основанный на методе итеративной регуляризации. Этот современный математический аппарат позволяет не только увязывать точные числовые данные с оценками экспертов и целями руководителей, но и дает устойчивое приближенное решение и обеспечивает сходимость итерационного процесса увязки даже при их несовместности.

4. Создана компьютерная система руководителькомпьютер — эксперт, обеспечивающая поддержку принятия решений, простую и понятную специалистам в сфере производства, но в тоже время эффективную и дающую возможность руководителю по ходу итераций вмешиваться в процесс нахождения решений.