CC BY
32
Л.А. БАХВАЛОВ
Московский Метамоделирование процессов
государственный горный реструктуризации И функционирования
университет г г/ /г ,
---- . --- горной промышленности
ТЭ русле происходящих в стране коренных О преобразований политической и экономической системы в настоящее время ведется глубокое реформирование угольной промышленности.
Основные этапы, цели и средства реструктуризации угольной промышленности России намечены в работах /1,2/. В этих работах выделены три основных этапа в развитии угольной промышленности России. На первом этапе основной задачей является проведение экстренных антикризисных мер, структурная перестройка за счет закрытия неперспективных шахт и концентрации государственной поддержки на повышение эффективности работы шахт и разрезов, способных выдержать рыночную конкуренцию. На втором этапе предлагается завершить структурные преобразования, ввести в действие законодательные и экономические механизмы стабильного функционирования и развития угольного комплекса. На третьем этапе, в перспективе, должно быть обеспечено необходимое наращивание производственных мощностей в связи с ожидаемой переориентацией тепловой энергетики на энергетические угли взамен преимущественного использования газа и мазута.
Реализация намеченных этапов требует разработки глубоко осмысленных, тщательно сбалансированных и взаимоувязанных действий, сочетающих как средства государственной поддержки, так и рыночные механизмы.
В работе /2/ сформированы следующие основные особенности процессов реструктуризации угольной промышленности:
ем макроэкономических процессов в народном хозяйстве, является объектом и должна осуществляться на основе системного анализа и методов принятия решений;
• масштабы структурных преобразований в угольной промышленности определяются динамикой изменений системы «производитель -транспорт - потребитель» и зависят от показателей объема, структуры добычи и потребления, а так же от схемы размещения производителей и потребителей, бюджетных ассигнований (налоговых льгот, льготных кредитов) в цепи «производитель - транспорт - потребитель»;
• эффективность реструктуризации угольной промышленности должна оцениваться по критериям бюджетной эффективности и прироста валового национального продукта, при условии сохранения социально-экономической стабильности в регионах угледобычи в настоящее время и перспектив развития топливно-энергетического комплекса в будущем.
Реформирование угольной отрасли в разумные сроки и с разумными издержками для страны, несомненно требует координации действий и непротиворечивости управляющих воздействий, что может быть достигнуто только на основе тщательного анализа и долгосрочного планирования. Применение системного анализа на ранних стадиях разработки детальных программ реструктуризации позволит не только избежать грубых ошибок, связанных с недооценкой того или иного фактора, но и позволит гораздо лучше понять всю рассматриваемую проблему в целом.
В настоящее время в области системного анализа сложилась принципиально новая ситуация, которая позволяет ставить и успешно решать сложные задачи моделирования и прогнозирования экономики регионов и отраслей. Это связано с тем, что с одной стороны в последние годы существенного прогресса достигла теория структурного анализа и моделирования сложных производственных (региональных) систем, с другой стороны значительного прогресса достигли инструментальные методы и средства моделирования /4,8,9/. Разработанная в /3 / методология структурного анализа и проектирования позволяет строить динамические, иерархические, многоуровневые модульные модели как сверху-вниз, так и снизу-вверх.
Рассмотрим, что нового по сравнению с методами моделирования уже применяющимися в экономической практике может дать подход, основанный на БАОТ методологии.
Первой отличительной чертой 5АОТ методологии является принцип построения модели сверху-вниз. Это означает, что применительно к угольной промышленности можно, начиная с достаточно простых макроэкономических моделей развития топливно-энергетического комплекса РФ в целом и модели экономического развития угольной промышленности дойти, если нужно, до отдельных технологических процессов на шахтах и карьерах. При этом, в соответствии с назначением модели, на каждом уровне можно сформулировать обоснованные требования к точности и разрешающей способности модели.
Очевидно, что на первом этапе построения иерархии моделей можно и нужно начать с достаточно грубых (эскизных) моделей, добавляя при необходимости новые штрихи без изменения тех моделей, которые уже построены, так как, методология БАОТ позволяет уточнять модели с помощью раскрытия БАЛТ блоков высшего уровня иерархии. Таким образом БАБТ позволяет реализовывать иерархическое, многоуровневое моделирование и в этом его второе отличие от известных подходов.
Третьей особенностью моделирования на основе SADT является возможность одновременно со структурированием проблемы разрабатывать структуру базы данных, а точнее баз данных , так как на разных уровнях иерархического моделирования целесообразно иметь свою базу данных. Таким образом одновременно с иерархической структурой модели мы получаем и структуру распределенной базы данных, причем в пакете DESIGN/IDEF автоматизирован процесс описания базы данных, соответствующей структуре модели. Для моделирования с базами данных используется язык SQL, /4/.
И, наконец, четвертой исключительно важной особенностью SADT подхода является возможность приведения IDEFO-MO-дели к цветной сети Петри (COLORED PETRI NET, CPN ), /5/. В общем виде сети Петри позволяют построить модели сложных систем в виде соответствующих структур, образованных из элементов двух типов - событий и условий, представляющих собой два непересекающихся множества, а именно, множество мест (позиций) и множество переходов. Формально сеть Петри представляет собой набор
N=[ P,T,F, W,M],
где: Р - множество элементов сети,
называемое позициями;
Т - множество элементов сети, называемое переходами;
F=P*T U Т*Р - отношение инцидентности;
W:F~N - функция кратности дуг;
M:P~N - функция начальной разметки мест, указывающая количество фишек в каждой позиции.
Динамика поведения моделируемой системы отражается в функционировании сети в виде последовательности событий, заключающихся в срабатывании переходов, и приводящих к изменению разметки мест и перемещения фишек.
Для иерархических систем усложняется понятие перехода. Вводятся простые и составные переходы, причем последние позволяют моделировать влияние верхнего уровня сети на нижний.
Для моделирования потоков различной материальной природы фишкам предписывается понятие цвета, причем условия срабатывания переходов и правила изменения разметки задаются логическими функциями предикатами, учитывающими цвета фишек. В качестве основных цветов (характерна) фишек в DESIGN/CPN/WFA приняты —"документ", «задержка», «ресурс», причем внутри каждого основного цвета можно задать несколько подтипов, например, цвет «ресурс» может характеризоваться несколькими типами ресурсов (персонал, оборудование и т.п.), которые в свою очередь, могут характеризоваться скоростью потребления и затратами на применение.
Обобщая возможности методологии SADT+DESIGN/IDEFO + DESIGN/CPN + DESIGN/WFA для целей моделирования можно сделать следующие заключения:
Применение методологии SADT и пакетов программ DESIGN/IDEFO/CPN позволит унифицировать различные блоки модели SADT, распараллелить процесс составления моделей и объединить полученные модули в единую иерархическую, динамическую модель угольной промышленности.
Структуризация, верификация и стратификация метамодели разумеется требует четко очерченного назначения моделей различного уровня, что должно быть предметом предварительного обсуждения и согласования со всеми потенциальными пользователями моделей.
Следует однако заметить, что хотя пакеты программ DESIGN/IDFF+DESIGN/CPN позволяют по уже построенной структурной модели SADT получить ее описание в виде Петри-модели, последняя может быть использована только для моделирования объектов, основной характеристикой которых является совокупность потоков событий и правил их преобразования. Достаточно
сложно моделировать объекты, характеризующиеся дополнительно такими понятиями, как «вектор состояний», «фазовые координаты», «балансовые соотношения», «функционал ст траектории» и т.д. Но именно к последнему классу объектов и относятся экономические объекты. Это обстоятельство вынуждает либо отказываясь от идеологии SADT обращаться к другим средствам моделирования, например/6,7/, либо ограничиваться моделированием только событийной части объекта. И тот, и другой выход не кажется нам разумным. Первый в силу того, что остается «за бортом» весьма эффективная методология SADT/IDEFO , второй в силу того, что функционирование экономических объектов и, следовательно, моделирование их неизбежно связано с различными балансовыми моделями, характеризующимися достаточно сложными зависимостями (матричными, функциональными, интегро-дифференциальными, регрессионными и т.д.) между переменными.
Учитывая эти обстоятельства, нам кажется привлекательной следующая концепция метамоделирования экономических систем.
На первом этапе с помощью метадоло-гии SADT и пакета программ META/SA строятся SA модели различных уровней иерархии, объединяемые в обобщенную, иерархическую SA-модель. Число уровней иерархии диктуется конкретной задачей. Применительно к задаче моделирования экономики угольной промышленности можно в качестве альтернативы рассматривать трехуровневую структуру, включающую отраслевой и региональный уровни и уровень предприятия.
На втором этапе, построенная структурная, иерархическая SA-модель дополняется описанием пространства состояний системы, т.е. указанием наиболее важных переменных, характеризующих поведение систем, а так и ее функциональных и балансовых соотношений между переменными. SA-модель, дополненную функциональными и балансовыми соотношениями, назовем ФБ-моделью.
На третьем этапе ФБ-модель дополняется математическими интегродифферен-циальными соотношениями, описанием логических условий возможных событий и баз правил эволюции системы во времени и/или в пространстве.
ФБ-модель с подобным расширением назовем эволюционно-событийной моделью (ЭС-модель) .ЭС-модель с помощью пакета программ DESIGN/CPN описывается на языке цветных сетей Петри в виде модели ЭС/CPN.
И, наконец, на последнем этапе ЭС/CPN-модель погружается в среду PROOF + GPSS/H образуя анимационноимитационную модель (АИ-модель), которую мы и будем называть метамоделью. Таким образом, МЕТАМОДЕЛЬ это иерархическая SA-модель, имеющая ФБ и ЭС расширения и реализованная средствами PROOF+GPSS/Н/, или им подобными.
Разумеется, программные средства, применяемые на отдельных этапах этой схемы могут быть отличными от предложенных выше. Скажем, вместо ПП META/SA с успехом можно использовать ПП ABC Snap или ПП Graphics 2.0, вместо DESIGN / IDEF ПП ABC Flow Charter 4.0 фирмы Micrografx, а вместо DESIGN/CPN ПП Flow Model ,/10/.
Разумеется, не является незаменимым и GPSS/H. Его, хотя и с определенными издержками, можно заменить так же хорошо известными ПП СИМУЛА или СЛАМ. То же касается и ПП PROOF. Однако, последовательность проектирования имитационной модели от выбора прогоамных комплексов, в целом, зависить не будет.
Реализация этой концепции при применении GPSS/H основана на следующих его возможностях:
• язык GPSS исключительно эффективен при моделировании потоков, причем потоки могут иметь стохастическую и нестационарную природу;
• наличие в GPSS матриц и функций, аналогичным другим языкам, позволяет достаточно просто модели-
ровать балансовые соотношения между потоками различной природы;
• наличие понятия HELP в GPSS позволяет реализовывать сколь угодно сложные вычисления, реализованные в виде программ на языке WATCOM C++ или PASCAL;
• средства анимационного моделирования PROOF позволяют удобно и наглядно представлять результаты моделирования в соответствии с прогнозными сценариями, синхронно с моделированием GPSS/H.
На рис.1 показана схема построения и использования метамодели функционирования угольной промышленности.
В основу метамодели функционирования угольной промышленности можно выбрать блок-схему, показанную на рис. 2. Центральным элементом метамодели являются угледобывающие предприятия, которые могут объединяться по региональному признаку, (для упрощения анализа), по способу добычи (открытые, подземные и т.д.). Предприятия функционируют во времени, перерабатывая одни потоки (К ,Д ,К ,Д ,К ,Т ,Т ,Э и т.д.) в другие (Y ,Y ...Y ; I, I... 1) в соответствии со своим уровнем производства. В качестве основы модели шахты удобно выбрать, разработанную в /2/ схему структурно-статической оценки интегрального показателя «технический уровень угледобычи». Структурная схема имитационной модели, обоснованная в /2/ показана на рис. 3.
Модели шахт и разрезов на следующем уровне иерархии объединяются в интегрированную модель «производитель-транс-порт-потребитель». Принципиальная сторона построения подобных моделей рассмотрена в /2/, где описана информационно-аналитическая система прогнозирования спроса на рынке энергетических углей. Основой модели прогноза является картографическая система, отражающая географическое расположение производителей и потребителей, а так же наличие транспортных связей между ними. Фрагмент модели системы «производитель-транспорт-по-требитель» показан на рис. 4.
ЭКОНОМИЧЕКАЯ ПОЛИТИКА
СТРАТЕГИЧЕСКОЕ
ПЛАНИРОВАНИЕ
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ
(СТАТИСТИКА)
ЭКОНОМИКА РФ
ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИИ
КОМПЛЕКС
УГОЛЬНАЯ
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
111 ш ш
(ШАХТЫ)
ПРОВЕРКА
АДЕКВАТ-
НОСТИ
МОДЕЛЕЙ
У..
ЛГОГНОЧ
СТРУКТУРНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ И ДИНАМИЧЕСКИЕ АНИМАЦИОННО-
МОДЕЛИ 5АХ)Т БАЛАНСОВЫЕ МОДЕЛИ ИМИТАЦИОННЫЕ
(£А-МОДЕЛИ) МОДЕЛИ (ФБ-М ОДЕЛИ) {ЭВОЛЮЦИОННО- МОДЕЛИ
СОБЫТИЙНЫЕ МОДЕЛИ) РНООР+СР&і»
МЕТАМОДЕЛЬ
ТРЕБОВАНИЕ К СТРУКТУРЕ МОДЕЛЕЙ
ТРЕБОВАНИЯ К ТОЧНОСТИ МОДЕЛЕЙ
КЧЧЕСГВЕННАЯ АНАЛИЗ И ПРОГНОЗ ТЕХНИКО- ОЦЕНКА
011ЕНКА, МАКРО- ТЕНДЕНЦИИ ЭКОНОМИЧЕСКИИ СОЦИАЛЬНО-
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗВИТИЯ АНАЛИЗ, ЭКОНОМИЧЕСКИХ
АНАЛИЗ МАРКЕТИНГ ПОСЛЕДСТВИЙ
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, МЕТОДИКИ, АЛГОРИТМЫ
ф ТРЕБОВАНИЯ К АЛГОРИТМАМ Ц
Е
БИЗНЕС-ПЛАНЫ РЕГИОНАЛЬНЫЕ ОТРАСЛЕВЫЕ
предприятий ПРОГРАММЫ ПРОГРАММЫ,
ИНВЕСТИРОВАНИЯ, РЕСТРУКТУРИЗАЦИИ МЕЖОТРАСЛЕВЫЕ ПРОГРАММЫ И СОГЛАШЕНИЯ
ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИИ, ОПТИМИЗАЦИЯ
ПОЛИТИКА
\ ВОЗМОЖНЫЙ СПРОС, ГОДЫ
с т -
р А Н ы
А.
СТРАТЕГИЧЕСКОЕ
ПЛАНИРОВАНИЕ
ПРАВИТЕЛЬСТВО РФ
РОСУГОЛЬ
ВНЕШНИЙ РЫНОК УГЛЯ и АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛА
1
КІ 01
/ 1
ВАЛЮТНЫЕ СРЕДСТВА
ПРЕДПРИЯТИИ
К1 К2
У5
к КОНКУРЕНТНЫЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ
т
ПОТРЕБНОСТИ, ГОДЫ
Р
Е
Г
И
О
н
ы
V V КЗ Н4 Н2
Уб
ИМПОРТ
I ВНУТРЕННИЙ РЫНОК УГЛЯ И АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛА
А
УГОЛЬНАЯ
ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
РФ
А У Г _____
У2
КЗ
1)2
УЗ
К2
Н1
У1 'Л ЕД ОБ ЫВ АЮПШ Е РЕГИОНЫ
НАУЧНЫЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ,
НОВЫЕ
ТЕХНОЛОГИИ.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Т1
РУБЛЕВЫЕ СРЕДСТВА ПРЕДПРИЯТИЙ
Т2
НОВЫЕ РЕКОНСТРУКЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ МОЩНОСТИ (КОНСЕРВАЦИЯ)
Н2
У
СРЕДСТВА ПРОИЗВОДСТВА, МАТЕРИАЛЫ, ОБОРУДОВАНИЕ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И ТРУДОВЫЕ РЕСУРСЫ (ГОДЫ)
Кі
Ті
Т2
Кі ЧИСЛЕННОСТЬ ппп
Ві ДОЛЯ ОРИ ПІР В ППГІ ЗАРАБОТНАЯ ПЛАТА
\ иі /
УРОВЕНЬ КОМПЛЕКСНОЙ МЕХАНИЗАЦИИ ОР ТУ МЕХКОМПЛЕКСОВ УРОВЕНЬ КОМБАЙНОВОЙ X У“Рі(х,иі,и2,г)
ПРОХОДКИ СКОРОСТЬ ПРОВЕДЕНИЯ ВСК.Р. И ПОДГОТОВ ВЫРАБОТОК УРОВЕНЬ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАЛ ЛОКРЕПЛ. ъ=¥2(х,ии\]2,г) ь=¥2(Х^і^2,г) із=гз(х,иі,и2,г)
У-О^ЪЕМ ДОБЫЧИ 11-ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
Ъ\
У1І2
ПАДЕНИЕ ПЛАСТОВ УГОЛ ПАДЕНИЯ ДОЛЯ НАРУШЕННЫХ ПЛАСТОВ КАТЕГОРИЯ ПО ГАЗУ ВОЗРАСТ ШАХТЫ ДОЛЯ ТРУДНООЬРУШАЕМЫХ ПЛАСТОВ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЗАПАСЫ
ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ МОЩНОСТЬ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ЗАПАСЫ ПЛОЩАДЬ ФРОНТА ОР УД ОБЪЕМ ПРОВЕДЕНИЯ ВЫРАБОТОК УД ОБЪЕМ ПОДДЕРЖИВАЕМЫХ ВЫРАБОТОК ДОЛЯ ВСКРЫШНЫХ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВАР.
СРЕДНЯЯ ДЛИНА ЛАВЫ СЕЧЕНИЕ ВСКРЫВАЮЩИХ И ПОДГОТОВ. ВЫР..
Рис. 3. Структура 8А-модели шахты - основного элемента метамодели.
п Г14 /ч
і т*
Ш35
АВТОМОБИЛЬНЫЙ ТРАНСПОРТ 'ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ТРАНСПОРТ "речной ТРАНСПОРТ
Рис.4 . Территориально-распределительная модель “произволитель-транспорт-потребитель” (фрагмент)
Каждый из потоков на этих рисунках моделируется потоком транзактов СРБЗ , при этом источниками материальных и финансовых потоков являются предприятия и банки, что позволяет моделировать, например, влияние инвестиционной и налоговой политики на потоки и, следовательно, на экономические процессы.
Не менее эффективно моделируются в вРЗв и рынки товаров и услуг. Для их моделирования хорошо подходит накопитель СгР8!5. Каждый транзакт, имитирующий тот или иной товар, занимает свою долю рынка (число мест в накопителе) в зависимости от спроса, цены, конкуренции и т.д. Нетрудно предусмотреть зависимость рыночной це-
ны от предложения, от альтернативных источников.
Имеются в GPSS и очень удобные средства для моделирования процессов функционирования предприятий и регионов. В основу модели предприятия можно заложить понятие «блок» GPSS в котором потоки одних транзактов (материалы, оборудование, трудовые ресурсы) преобразуются в другие потоки (уголь, нефть, газ) в соот-ветсвий с определенными закономерностями, определяющихся функциями от потоков, фондов и инвестиций. PROOF анимацию можно использовать для интерактивного отображения моделируемых процессов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Малышев Ю.Н. Угольная промышленность России, ее состояние и перспективы. Журнал «Уголь», №1, 1995 г.
2. Яновский А.Б. Реструктуризация угольной промышленности в условиях перехода к рыночной экономике. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора экономических наук. МГТУ, Москва, 1995 г.
3. Дэвид А.Марка, Клемент Мак Гоуэн. Методология структурного анализа и проектирования. Перевод с английского. Москва, 1993 г., стр.240, иллюстрации.
4. Методология динамического моделирования IDEFO/CPN/WFA; Учебный курс по методологиям IDEF, Метатехнология.Москва, 1995 г.
5. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. Перевод с английского. Москва, Мир, 1984 г., стр.264.
6. Иванов Ю.Н., Токарев В.В., Уздемир А.П. Математическое описание элементов экономики. Москва, ВНИИСИ, 1995 г.
7. Using Proof Animation (Wolverine). Wolverine Software Corporation, 1995, page 374.
8. Thomas J.Schriber An Introduction to Simulation Using GPSS/H, G
John Wile 81 Sons, 1991, ISBN,0-471-04334-6, page 425.
9. Орлов С. Программные продукты поддержки презентаций. Computer World, №39, 1995 год, стр. 28-31.
© Л.А. Бахвалов
