CC BY
42
УДК 658.012.011.56: 658.26
Е.И. Шлычков, М.Ю. Похазников, В.А. Кушников, О.М. Калашникова
АНАЛИЗ ВЫПОЛНИМОСТИ ПЛАНОВ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ ОПЕРАТИВНОМ УПРАВЛЕНИИ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫМ ПРЕДПРИЯТИЕМ
Разработано оригинальное математическое обеспечение, позволяющее осуществить анализ выполнимости планов мероприятий в процессе оперативного управления машиностроительным предприятием.
E.I. Shlychkov, M.U. Pohaznikov, V.A. Kushnikov, O.M. Kalashnikova
MACHINE-BUILDING PLANT OPERATING CONTROL ARRAGEMENTS PLANS FEASIBILITY ANALYSIS
Original software is designed permitting to realize analysis of feasibility of the plans of measures during operating control by the machine-building plant.
Введение
Успешное функционирование современного промышленного предприятия невозможно обеспечить без разработки, модификации, практической реализации и проверки исполнения большого количества планов мероприятий, направленных на обеспечение конкурентоспособности и качества выпускаемой продукции, снижение ее себестоимости, улучшение условий труда и т.д. В настоящее время при составлении этих планов на компьютеризированном интегрированном предприятии широко используются специализированные комплексы программ, основными функциями которых являются [1-4]:
- формирование плана-графика запуска-выпуска партий деталей, полуфабрикатов, готовых изделий на основании плана производства;
- формирование плана-графика закупки материалов и комплектующих;
- контроль выполнения планов сбыта, производства и снабжения и многие другие.
Несмотря на значительные функциональные возможности данного математического
обеспечения, повышающего качество планировочных работ и освобождающего управленческий персонал от недостаточно эффективного, монотонного труда, предварительная проверка выполнимости планов мероприятий, используемых при ликвидации сложных производственных ситуаций, по-прежнему является одной из основных обязанностей управленческого персонала предприятия и осуществляется в основном исходя из интуиции и личного опыта ЛПР.
Указанное обстоятельство обусловливает актуальность, научную новизну и практическую значимость исследований, посвященных разработке новых моделей, алгоритмов и комплексов программ, позволяющих формальными методами подтвердить или опровергнуть возможность выполнения намеченного плана мероприятий, а также указать фрагменты этого плана, препятствующие его успешной реализации в процессе ликвидации сложной производственной ситуации.
Постановка задачи
Допустим, что для ликвидации сложной производственной ситуации
—— —— Г —— ——
0.(а^), и (V)) е < 0.(а^), и (V)) }• был разработан план мероприятий
—— —— Г —— ——
¥ (а^), и (V)) е < ¥(а^), и (V)) }> по переводу производственного процесса интегрированного машиностроительного предприятия из состояния s0(t) е {£(V)} в состояние sK(V) е (V)} .
Г — — Г
(<!¥(а^), и (V))> - множество допустимых планов мероприятий). В дальнейшем будем счи-
—— —— Г —— ——
тать, что план ¥ (а(V), и (V)) е < ¥(а^), и (V)) ^ состоит из конечного набора последовательно
выполняемых мероприятий {М1,М2,...,Мп}, каждое из которых осуществляет перевод объекта управления из состояния ^ (V) е {£(V)} в состояние 5г-+1^) е {£(V)} .
Мероприятие М1^ е {М1,М1,...,Мп} является выполнимым, если с точки зрения ЛПР переход si (V) е {£ (V)} - sм(t) е {£(V)} в сложившихся производственных условиях может быть осуществлен и приведет к ожидаемому результату. При нарушении данного условия мероприятие М1 е {М1,М2,...,Мп} не может быть выполнено.
— — г — — Г
План мероприятий ¥ (а(V), и (V)) е < ¥(a(t), и (V)) > будет выполнимым, если все его
мероприятия выполнимы, и невыполнимым, если он содержит хотя бы одно невыполнимое мероприятие. При этом мероприятие М1^ е {М1,М2,...,Мп} не может быть выполнено до тех пор, пока не будут исполнены все предшествующие мероприятия, с которыми на графе ОМУ,Е,0) оно связано дугами. В дальнейшем будем считать, что план
— — г — — Г
¥ (а(V), и (V)) е < ¥(a(t), и (V)) [> может быть формализован при помощи графа Gм(V,E,Q),
вершины которого характеризуют мероприятия { М1, М2,..., Мп}, а дуги определяют, в какой последовательности они должны быть выполнены. При этом вершины V, е V графа Ом(У,Е,0) соединяются дугой е Е тогда и только тогда, если для двух мероприятий плана М1,М^ е {М1,М2,...,Мп}, соответствующих этим вершинам, выполняется отношение следования Я.
Множество Q представляет собой веса дуг, принимающих значение 0 или 1; оно характеризует возможность выполнения мероприятия М1 е {М1,М2,...,Мп} в условиях кон-
— — г — — Г
кретной производственной ситуации 0.(а^), и (V)) е < 0(а^), и (V)) >. Таким образом, граф
0М(V,Е,Q) по определению является ориентированным деревом, т.к. он принадлежит к классу связных ориентированных графов и не содержит циклов.
С учетом приведенных выше определений и допущений формализованная постановка решаемой задачи имеет следующую формулировку.
Разработать специализированное математическое обеспечение, включающее модели, алгоритмы и программные продукты, позволяющее в режиме реального времени формальными методами подтвердить или опровергнуть выполнимость плана мероприятий
—— —— Г —— ——
¥ (a(t), и (t)) g < ¥(a(t), и (t)) ^, удовлетворяющего перечисленным выше ограничениям.
Метод решения
Для решения поставленной задачи нами был разработан эвристический метод, основанный на представлении плана мероприятий в виде схемы цифрового устройства DMA, построенного на основе конъюнкторов, дизъюнкторов и инверторов, единичный сигнал на выходе которого означал бы выполнение плана мероприятий, а нулевой - его невыполнение.
Для каждого мероприятия проверяемого плана разрабатывается система правил, непосредственно влияющих, по мнению ЛПР, на выполнение или невыполнение соответствующего мероприятия. Правила должны быть сформированы в виде продукций, т. е. иметь вид следующих выражений: ЕСЛИ <условия>, ТО Соответствующее мероприятие будет выполнено или не выполнено >. Использование данной системы правил позволяет формализовать знания ЛПР об особенностях производственного процесса, системы и объекта управления, без учета которых выполнение того или иного мероприятия в условиях возникшей производственной ситуации практически невозможно или может привести к получению нежелательного результата.
При анализе выполнимости планов мероприятий традиционным способом, т.е. без использования разрабатываемого математического обеспечения, знанием данных правил обладают эксперты, привлекаемые ЛПР для проверки выполнимости плана
— — г — — г
¥ (a(t), и (t)) g < ¥(a(t), и (t)) . Использование предлагаемого в статье подхода к анализу
исполнимости планов мероприятий дает возможность хранить в памяти ЭВМ вместе с описанием плана также и описание условий, влияющих на его осуществление. Это позволит уменьшить затраты на привлечение дорогостоящих экспертов, даст возможность накапливать, проверять на непротиворечивость, редактировать, агрегировать знания различных специалистов, полученные в течение длительного промежутка времени, оперативно использовать полученную информацию при возникновении сложных производственных ситуаций и значительно повысить качество выполнения планировочных работ.
Каждому входу цифрового устройства DMA во взаимно однозначное соответствие ста— — Г — — г
вится то или иное мероприятие проверяемого плана ¥ (a(t), и (t)) g ¥(a(t), и (t)) > или условие системы правил. При их выполнении на соответствующий вход DMA подается единичный сигнал, а при невыполнении - нулевой.
Управленческий персонал предприятия, формируя на входах цифрового устройства DmA двоичные сигналы, соответствующие выполнению тех или иных условий и мероприятий, а также анализируя значение полученного выходного сигнала, может оперативно прове— — Г — — Г
рить выполнимость плана ¥ (a(t), и (t)) g < ¥(a(t), и (t)) > при различных сценариях развития
сложной производственной ситуации, а также определить «узкие» места этого плана, препятствующие его успешной реализации.
Для иллюстрации основных положений предложенного подхода к анализу выполнимости плана мероприятий на рис. 1 изображена структурная схема плана а на рис. 2 -схема дискретного цифрового устройства, проверяющего выполнимость данного плана.
Модельный пример решения задачи
В основу данного модельного примера, иллюстрирующего процедуру анализа выполнимости планов мероприятий, был положен опыт создания компьютеризированного интегрированного производства на ОАО «Трансмаш» (г. Энгельс).
Рис. 1. Структурная схема плана мероприятий Мі, /=1,29 - мероприятия; Р, /=1,29 - правила, учитываемые ЛПР при их осуществлении М,-
Рис. 2. Схема цифрового дискретного устройства, проверяющего выполнимость плана ¥,
приведенного на рис. 1
Допустим, что для ликвидации сложной производственной ситуации необходимо реа-
^ ^ Г ^ ^ Г
лизовать план ¥ (a(t), u (t)) е ■]¥ (a(t), u (tm, состоящий из 6 мероприятий { М1, М2,..., Мп},
наименование которых приведено ниже: М\ - обеспечить выполнение договора, заключенного между предприятием ОАО «Трансмаш» и Министерством путей сообщения РФ; М2 -обеспечить выпуск необходимого количества снегоуборочных платформ; М3 - обеспечить выпуск необходимого количества вагонов-хопперов; М4 - обеспечить выпуск требуемого количества платформ для перевозки морских контейнеров; М5 - запустить в эксплуатацию 2 роботизированные сварочные линии «Tiessa-robot» (Италия); М6 - оснастить производственный процесс линией для плазменной резки металла «Кристалл».
Взаимосвязи между отдельными мероприятиями данного плана изображены на рис. 3.
^ ^ г ^ ^ г
План мероприятий ¥ (a(t), u (f)) е < ¥(a(t), u (f)) !>, структурная схема которого представлена на рис. 3, может быть формализован при помощи следующих продукций: МЕРОПРИЯТИЕ М1 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНЫ МЕРОПРИЯТИЯ М2
AND М3 AND М4
МЕРОПРИЯТИЕ М3 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНЫ МЕРОПРИЯТИЯ М5
AND М6
Логическая функция
Ф1 (шЬ Ш2, ..., Шв) = 1 (1)
^ ^ Г ^ ^ Г
при выполнении плана мероприятий ¥ (а(г), и (г)) е<{¥(а(г), и (г))[■, в противном случае
ф1(ш1,ш2,.,ш6)=0. С учетом структурной схемы данного плана, приведенной на рис.3, эта
функция имеет следующий вид:
Ф^Ш Ш2,..., Ш6) = Ш1(Ш2)(Ш3(Ш5Ш6)) (ш4 ) (2)
или после эквивалентных преобразований
Ф1(ш1, ш2,..., ш6) = ш1ш2ш3ш4ш5ш6 . (3)
Мероприятие
Мероприятае м
Е3
Мфоприятае м3
Мфоприятае
м.
е5 . Ей .
Мероприятае м5 Мфоприятае К
Рис. 3. Структурная схема, характеризующая взаимосвязи между отдельными мероприятиями плана Е, і= 1,7 - правила, разрешающие
или запрещающие реализацию мероприятий М,-, і= 1,6
Двоичные сигналы шг-, /=1,6 характеризуют выполнение или невыполнение отдельных
мероприятий М, /=1,6, при этом шг=1, если мероприятие М выполнено, и Ш/=0 при его невыполнении.
Система условий Е/, /=1,7, влияющих на процесс выполнения мероприятий М/, /=1,6 и дополняющих продукции (1), имеет следующий вид:
<УСЛОВИЕ Е1>::=<СУММА ЗАКЛЮЧЕННОГО ДОГОВОРА ПРЕВЫШАЕТ 250 МЛН. РУБ>; <УСЛОВИЕ Е2>::=<СРОК ИСПОЛНЕНИЯ ЗАКАЗА БОЛЬШЕ 1,5 ЛЕТ>;
<УСЛОВИЕ Е3>::=<СЕБЕСТОИМОСТЬ СНЕГОУБОРОЧНОЙ ПЛАТФОРМЫ БОЛЬШЕ 1,5 МЛН. РУБ>;
<УСЛОВИЕ Е4>::=<СЕБЕСТОИМОСТЬ ПЛАТФОРМЫ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ КОНТЕЙНЕРОВ БОЛЬШЕ 1 МЛН. РУБ>;
<УСЛОВИЕ Е5>::=<МЕТАЛЛОЕМКОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ВАГОНА-ХОППЕРА НА 15% МЕНЬШЕ НОМИНАЛЬНОЙ ВЕЛИЧИНЫ>;
<УСЛОВИЕ Е6>::=<СВАРОЧНАЯ ЛИНИЯ «Певва-гоЬоЪ) ЗАПУЩЕНА В ЗАДАННЫЙ СРОК>;
<УСЛОВИЕ Е7>::=<ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЛИНИИ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛА «КРИСТАЛЛ» СОСТАВЛЯЕТ МЕНЕЕ 80% ОТ ЗАПЛАНИРОВАННОЙ ВЕЛИЧИНЫ>.
Рассмотрим продукции, формирующие ограничения на выполнение плана мероприятий ¥, в состав которых входят условия Е, /=1,7 :
МЕРОПРИЯТИЕ М1 НЕ БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ СУММА ЗАКЛЮЧЕННОГО ДОГОВОРА < 250 МЛН. РУБ И СРОК ИСПОЛНЕНИЯ ЗАКАЗА < 1,5 ЛЕТ ИЛИ СЕБЕСТОИМОСТЬ СНЕГОУБОРОЧНОЙ ПЛАТФОРМЫ ПРЕВЫСИТ 1,5 МЛН. РУБ И СЕБЕСТОИМОСТЬ ПЛАТФОРМЫ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ КОНТЕЙНЕРОВ ПРЕВЫСИТ 1 МЛН. РУБ;
МЕРОПРИЯТИЕ М2 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ СЕБЕСТОИМОСТЬ СНЕГОУБОРОЧНОЙ ПЛАТФОРМЫ НЕ ПРЕВЫСИТ 1,5 МЛН. РУБ ИЛИ СУММА ЗАКЛЮЧЕННОГО ДОГОВОРА > 250 МЛН. РУБ;
МЕРОПРИЯТИЕ Мз БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ СЕБЕСТОИМОСТЬ ПЛАТФОРМЫ ДЛЯ ПЕРЕВОЗКИ КОНТЕЙНЕРОВ НЕ ПРЕВЫСИТ 1 МЛН. РУБ ИЛИ СРОК ИСПОЛНЕНИЯ ЗАКАЗА < 1,5 ЛЕТ;
МЕРОПРИЯТИЕ М4 НЕ БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ МЕТАЛЛОЕМКОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ВАГОНА-ХОППЕРА НЕ СТАНЕТ НА 15% МЕНЬШЕ НОМИНАЛЬНОЙ ВЕЛИЧИНЫ ИЛИ СВАРОЧНАЯ ЛИНИЯ «Тіевва-гоЬоЬ НЕ БУДЕТ ЗАПУЩЕНА В ЗАДАННЫЙ СРОК;
МЕРОПРИЯТИЕ М5 НЕ БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ СВАРОЧНАЯ ЛИНИЯ «ТіеББа-гоЬоІ» НЕ БУДЕТ ЗАПУЩЕНА В ЗАДАННЫЙ СРОК ИЛИ СУММА ЗАКЛЮЧЕННОГО ДОГОВОРА < 250 МЛН. РУБ ИЛИ СРОК ИСПОЛНЕНИЯ ЗАКАЗА < 1,5 ГОДА;
МЕРОПРИЯТИЕ М6 НЕ БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЛИНИИ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛА «КРИСТАЛЛ» СОСТАВИТ МЕНЕЕ 80% ОТ ЗАПЛАНИРОВАННОЙ ВЕЛИЧИНЫ ИЛИ МЕТАЛЛОЕМКОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ВАГОНА-ХОППЕРА НЕ УДАСТСЯ УМЕНЬШИТЬ НА 15% И СВАРОЧНАЯ ЛИНИЯ «ТіеББа-гоЬоІ» НЕ БУДЕТ ЗАПУЩЕНА В ЗАДАННЫЙ СРОК.
Для данного модельного примера система условий Е, /=1,7 была сформирована управленческим персоналом ОАО «Трансмаш», исходя из опыта реализации аналогичных проектов, хорошего знания особенностей производственного процесса, финансовых возможностей предприятия и других факторов, существенно влияющих на выполнение намеченного плана мероприятий.
С учетом вышеизложенного логическая функция ф(да1,т2,...,т6,Е1,Е2,...,Е7), таблицу состояний которой формируют выражение (1) и условия Е, /=1,7, имеет следующий вид:
ф(т^ m2,..., ^ К ^..^ Е7) = (т1 (Е} Ег + Е3Е4) ) ( т2(Е4 + Е1)) ( тз (Е2 + Е4 ) )
( т4(Е5 + Е6)) ( т5(Еб + Е1)) ( тб(Е7 + Е5 Е6)) . (4)
Схема цифрового дискретного устройства ЕМА, реализующего данную логическую функцию, приведена на рис. 4.
Рис. 4. Функциональная схема дискретного устройства, используемого для проверки выполнимости плана мероприятий
Подавая различные комбинации входных сигналов на логическое устройство DMA в соответствии с алгоритмом проверки выполнимости плана мероприятий, можно делать выводы относительно наличия или отсутствия у проверяемого плана мероприятий
^ ^ Г ^ ^ j
W (a(t), u (t)) g < W(a(t), u (t)) > таких свойств, как выполнимость при некоторых значениях
входных переменных; выполнимость при любых значениях входных переменных; невыполнимость при любых значениях входных переменных; возможность выполнения плана при конкретных значениях набора входных переменных; наличие ошибок при составлении плана; отсутствие решений.
В частности, изображенный на рис. 3 план мероприятий обладает свойством выполнимости, что позволяет рекомендовать его практическую реализацию в составе системы оперативного управления на ОАО «Трансмаш».
ЛИТЕРАТУРА
1. Юдицкий С. А. Операционно-объектно-ориентированная технология анализа сценариев при управлении проектами / С. А. Юдицкий // Автоматика и телемеханика. 2001. № 5. С. 171-182.
2. Фатрелл Р. Т. Управление программными проектами: достижение оптимального качества при минимуме затрат / Р.Т. Фатрелл, Д.Ф. Шафер, Л.И. Шафер; пер. с англ. М.: Издат. дом «Вильямс», 2003. 1136 с.
3. Система ERP Галактика. Решения для предприятий машиностроения и приборостроения. http: // www.galaktika.ru.
4. Смирнов Д. Внедрение системы управления проектами в рамках внедрения интегрированной системы управлением предприятием. http://www.management.edu.ru
Шлычков Евгений Иванович -
кандидат технических наук,
ведущий инженер Института проблем точной механики и управления РАН, г. Саратов
Похазников Михаил Юрьевич -
аспирант кафедры «Информационные системы (в гуманитарной области)»
Саратовского государственного технического университета
Кушников Вадим Алексеевич -
доктор технических наук, профессор,
заведующий кафедрой «Информационные системы (в гуманитарной области)»
Саратовского государственного технического университета
Калашникова Ольга Михайловна -
аспирант кафедры «Информационные системы (в гуманитарной области)»
Саратовского государственного технического университета
Статья поступила в редакцию 18.07.06, принята к опубликованию 10.10.06
