Моделирование процессов инструментальной подготовки сервисного обслуживания на основе экспертных оценок Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.91

Ю. Б. Головкин, Р. А. Ярцев, С. Г. Газетдинова

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ СЕРВИСНОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРТНЫХ ОЦЕНОК

Обсуждается методика построения моделей на основе графов с приоритетами, предназначенная для автоматизированной поддержки процесса управления инструментальной подготовкой на предприятиях сервиса. Показана эффективность методики в условиях расхождения экспертных оценок по количеству и номенклатуре инструмента, необходимого для внутреннего потребления.

Ключевые слова: модель, сервис, методика, процесс, граф, экспертная оценка.

Введение. Современное предприятие сервиса — это сложная система, которая характеризуется высоким уровнем технической оснащенности, обеспечивающим эффективное решение задач в сфере производства и оказания услуг. В такой системе особую актуальность приобретает организация бесперебойного снабжения всех процессов необходимыми ресурсами, к которым относятся, в частности, технологическая оснастка и инструмент, подверженные быстрому моральному и физическому износу [1]. Следовательно, правильное планирование инструментальной подготовки является важнейшим фактором обеспечения устойчивой работы предприятия сервиса.

В настоящее время не существует ни готовых программных продуктов, ни методических средств, позволяющих эффективно решать задачу планирования инструментальной подготовки в условиях, когда требуется согласование различных мнений по поводу номенклатуры и количества необходимого инструмента и оснастки.

Согласование различных вариантов плана инструментальной подготовки, предложенных участниками процесса планирования, является весьма трудоемким, при этом составление итогового плана вручную неэффективно. Анализ существующих средств, методов и моделей, используемых для автоматизации процесса планирования и управления системами (см., например, работы [2—9]), показал, что они не позволяют осуществлять обработку противоречивых экспертных оценок и не обеспечивают автоматизированное сопоставление, обобщение и согласование точек зрения отдельных экспертов. В связи с этим был сделан вывод о необходимости разработки новой методики моделирования, позволяющей с помощью компьютерных технологий учитывать мнения различных экспертов по заказу необходимого инструмента и оснастки с последующим устранением возникающих расхождений. Содержание этой методики и обсуждается в настоящей статье.

Планирование инструментальной подготовки производства и сервисного обслуживания. В настоящее время порядок организации инструментальной подготовки на крупном предприятии сервиса предполагает планирование деятельности инструментальных цехов, производящих различные виды инструмента и оснастки, и включает следующие этапы: 1) формирование портфеля заказов; 2) планирование объема трудовых затрат инструментальных цехов; 3) составление и утверждение номенклатурного плана.

Портфель заказов формируется ежемесячно на основании большого числа заявок от подразделений предприятия. Удовлетворить эти заявки в полном объеме инструментальные цехи часто не в состоянии даже при полной загрузке имеющихся мощностей. Поэтому для выявления наиболее важных позиций портфеля заказов составляется номенклатурный план, который содержит заказы на изготовление, ремонт и модернизацию инструмента и оснастки

в следующем месяце и служит своего рода „фильтром", позволяющим обеспечить баланс между потоком заявок и пропускной способностью инструментальных цехов, выражаемой в виде планового объема трудовых затрат.

К недостаткам существующего способа планирования инструментальной подготовки можно отнести: 1) большие потери времени на согласование и коррекцию номенклатурного плана; 2) высокую степень субъективности принимаемых решений; 3) сложность коррекции номенклатурного плана при необходимости изменения планового объема трудовых ресурсов; 4) ручной характер обработки данных. Это обусловливает необходимость автоматизации процесса планирования, что позволит предоставить техническому директору, выступающему в роли лица, принимающего решения (ЛИР), возможность просмотра, доработки и согласования различных вариантов номенклатурного плана, а также коррекции планового объема трудовых затрат.

Иредлагаемая методика моделирования для составления плана инструментальной подготовки должна выступать в качестве теоретической основы для разработки конкретных моделей экспертных оценок и их практической реализации в виде программного обеспечения на языке высокого уровня.

Методика моделирования для составления плана инструментальной подготовки. Ио своему характеру процесс планирования может быть отнесен к классу простых элементарных процессов (ЭИ) как дискретных процессов специального вида, которые целесообразно представлять моделями в виде графов [10, 11]. Разработанная методика основывается на использовании моделей ЭИ, каждая из которых включает в качестве главного компонента так называемый граф элементарного процесса (ГЭИ) — ориентированный граф, вершины которых отображают возможные состояния моделируемого процесса, а дуги — возможные переходы между ними [10, 11].

Для удобства описания методики вводится нормализация графов и соответствующих моделей: ГЭИ первого нормального вида определяется как граф, каждой дуге dk которого, исходящей из произвольной вершины Sj, однозначно соответствуют приоритет n(dk,G), предикат активности ра и слово c(dk,G), состоящее из символов алфавита C; ГЭИ второго нормального вида может быть получен из предыдущего удалением всех недостижимых вершин и дуг. Изначально первый нормальный вид имеют индивидуальные модели ЭИ, которые строятся экспертами и представляют собой исходные данные для моделирования.

Модели, получаемые на основании экспертных данных, называются индивидуальными. Они содержат ГЭИ первого нормального вида и обозначаются как M (см. рис.1). Иредлагает-ся объединить индивидуальные модели в обобщенную модель ЭИ M, включающую:

* N

предикат активности — переменную pa = v pai, где pai — предикат активности инди-

i=1

видуальной модели Mi;

вектор активности — вектор-строку вида pa =[Pa1; Pa2; . . ; Pai; . - PaN\ = [Pai ]1N, который в каждый текущий момент времени указывает на i-активность процесса (т.е. его активность в представлениях i-го эксперта) по каждой из моделей M;

обобщенный граф элементарного процесса (ОГЭИ) — ГЭИ G , включающий начальную

вершину о* = o(G*), вершины Sj* которого (Sj*eO*=O(G*), j= 1, N*, N*=N(G*)) соединены ду-

гами ё к (ёк е А =А(0 ), к= 1, В*, В = В(0 ), причем если В} = ОД ,0 ), то В = £ Б* ).

Для каждой дуги ё к ОГЭП задаются: 1) предикат активности ра(ё к, О ), определяющий активность данной дуги; 2) функция прообраза Г(ё к , О , 0г), принимающая единичное значение в том и только в том случае, если для дуги ё к на индивидуальном ГЭП (ИГЭП) О^ най-

N

дется прообраз, т.е. соответствующая ей дуга й (3 й(йе Л(0г) ^ й ~ й /)); 3) вектор-приоритет

П(й и, О ), хранящий приоритеты всех дуг й на различных ИГЭП, соответствующих й ¿; 4) век* *

тор информационного сопровождения С(й ¿, О ), хранящий символы информационного со* ~ 1 провождения таких дуг; 5) семейство функций развития т — множество вида [т(0 )},

г=1, N, где т( 01) — функция развития приведенной индивидуальной модели М1, определенная на соответствующем графе 01; 6) семейство функций информационного сопровождения е — множество вида [е1(01)}, 1=1, N, где е1(01) — функция информационного сопровождения приведенной индивидуальной модели Ми

Динамические

модели Выходные

Рис. 1

Разработана процедура, позволяющая строить обобщенную модель ЭП на основе предложенных экспертами индивидуальных моделей, устраняя их избыточность и сохраняя различия. Основная идея данной процедуры заключается в том, что так называемые соответствующие вершины и дуги различных индивидуальных моделей объединяются в одну вершину или дугу на обобщенной модели. Реализация процедуры подробно обсуждается в работе [9].

Обобщенная модель в дальнейшем используется для контроля развития ЭП вместо ин-

*

дивидуальных моделей. Это достигается путем восстановления из модели М так называемых

*

1-моделей М1 , эквивалентных индивидуальным моделям М1, приведенным ко второму нор* *

мальному виду. Модели М1 предназначены для построения динамических моделей М1 (1), которые непосредственно служат для контроля развития описываемого ЭП в момент времени 1, обеспечивая лицо, принимающее решения, информацией в виде выходных слов Гг(0.

Для упрощения контроля ЭП разработаны две процедуры преобразования обобщенной модели к специализированным моделям, имеющим второй нормальный вид. В основу одной из этих процедур положен принцип ранжирования экспертов и предложенных ими моделей

по приоритетам, а в основу другой — принцип преобладания коллективного мнения экспертов над индивидуальными мнениями. Использование данных процедур устраняет противоречия, содержащиеся в индивидуальных моделях, без согласования с их авторами.

Применение разработанной методики. Предлагаемый порядок планирования инструментальной подготовки предприятия сервиса и его реализация иллюстрируются общей схемой автоматизированного процесса формирования номенклатурного плана (рис. 2).

Коррекция и выбор окончательного варианта номенклатурного плана

Вывод принятого варианта плана

План W -W +W W 11 ост 11 ост 11 р 11 тр

Да

Выход без решения

Лицо, принимающее решения

С

Данные об имеющихся трудовых ресурсах

' * Ввод АШ* J - Ш- р

- Шр-АШ

Рабочий вариант плана ОУ

Генерация рабочего варианта номенклатурного плана

Базовая модель

т

Коррекция базовой модели

т

Базовый план

Доработка базового варианта

I

Базовый план

Просмотр вариантов и выбор базового варианта (базовой модели)

\

Варианты 1-^

Вариант

Генерация вариантов номенклатурного плана

I

Обобщенная модель

Построение обобщенной модели

* Индивидуальные модели

Специализированная модель Построение специализированной модели

Перевод вариантов плана в модели

ВПЭ 1

ВПЭ 2

ВПЭ N

Эксперт 1

Эксперт 2

Эксперт N

Генерация вариантов плана экспертов

Портфель заказов

Расчетная потребность в инструменте и оснастке

Фактическое наличие в цехе

Данные об имеющихся трудовых ресурсах

Рис. 2

Экспертам предлагается выбрать наиболее важные, по их мнению, позиции перечня инструмента и оснастки для включения в номенклатурный план следующего месяца. Сформированные экспертами варианты плана (ВПЭ) преобразуются в индивидуальные модели на основе ГЭП, объединяемые в обобщенную модель, которая образует базу для генерации

любого из вариантов номенклатурного плана, а также построения специализированных моделей по запросу ЛИР. Выбранный им вариант является базовым и хранится в виде базовой модели. После его доработки формируется рабочий вариант плана, который используется для выбора окончательного варианта номенклатурного плана, осуществляемого ЛИР.

Далее суммарная трудоемкость выполнения заказов Жтр рабочего варианта плана сравнивается с плановым объемом Жр имеющихся в распоряжении трудовых ресурсов (в нормо-часах). Если разность АЖ между Жр и Жтр не меньше нуля, то такой вариант считается приемлемым и ЛПР лишь подтверждает решение о принятии окончательного варианта. Программа при этом вычисляет остаток трудовых ресурсов Жост и осуществляет вывод плана по специальной форме. Если же АЖ <0, что означает недостаток трудовых ресурсов, то рабочий вариант плана неприемлем, и программа сигнализирует об этом управляющему, предлагая принять одно из рекомендуемых решений.

Индивидуальные модели, построенные с помощью предлагаемой методики для экспертов конкретного предприятия, показали избыточность данных более чем на 30 %, которая

*

была устранена построением обобщенной модели М (рис. 3). На основе данной методики был разработан комплекс алгоритмов, программная реализация которого позволила сократить время, расходуемое на принятие решений по номенклатурному плану, более чем на 60 %.

с1*21 (ра21 ,[10,13,13], С*21) с1*20 (ра20,[7,13,13],С*20) С*19 (ра19,[3,13,13],С*19) сГ18 (ра18,[13,10,13],С18) с1*17 (ра17,[4,13,13],С*17) с1*16 (ра16,[13,9,13],С*16) с1*15 (ра15,[2,13,4],С*15) с1*14 (ра14,[13,8,13],С*14) с1*13 (ра13,[9,7,13],С*13) с1*12 (р,,12,[1,6,13],С*12) С*11 (ра11,[13,5,13],С*11) с1*10 (ра10,[13,4,13],С*10) с1*9 (ра9,[8,13,13],С*9)

(ра1,[1,1,1],С*1) с1*22 (ра22,[7,11,11],С*22) с1*24 (ра24, [1,1,1], С*24)

Рис. 3

Заключение. Рассмотренная методика, таким образом, предназначается в первую очередь для автоматизации процесса управления в производственных системах и системах сервисного технического обслуживания, где требуется качественная инструментальная подготовка и возникают разногласия по поводу принимаемых решений. Однако универсальный характер данной методики обеспечивает возможность ее применения и для более широкого класса систем, к которым могут быть отнесены, например, системы библиотечного обслуживания [12, 13].

список литературы

1. Болгов И. В., Агарков А. П. Инфраструктура предприятий сервиса. М.: Изд. центр „Академия", 2008. 288 с.

2. Миронов В. В., Ярцев Р. А. Иерархические процессы и их реализация // Вопросы регулирования и управления в сложных системах: Межвуз. науч. сб. Уфа: УАИ, 1991. С. 46—58.

3. Виссарионов В. С., Газетдинова С. Г., Головкин Ю. Б., Ярцев Р. А. Об алгоритме контроля простого элементарного процесса. СПб, 2006. Деп. в ВИНИТИ, 24.05.06, № 703-В2006.

4. Виссарионов В. С., Газетдинова С. Г., Головкин Ю. Б., Ярцев Р. А. О контроле дискретных процессов специального вида на основе графов с приоритетами // Интеллектуальные системы обработки информации и управления: Сб. статей 2-й регион. зимней школы-семинара аспирантов и молодых ученых. Уфа: Изд-во „Технология", 2007. Т. 1. С. 102—106.

5. Богатырев В. А., Богатырев С. В., Богатырев А. В. Функциональная надежность вычислительных систем с перераспределением запросов // Изв. вузов. Приборостроение. 2012. Т. 55, № 10. С. 53—57.

6. Богатырев В. А. Распределение заданий в многомашинных вычислительных системах // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1986. Т. 29, № 5. С. 43—47.

7. Колбанёв М. О., Татарникова Т. М., Воробьёв А. И. Модель балансировки нагрузки в вычислительном кластере центра обработки данных // Информационно-управляющие системы. 2012. № 3. С. 37—41.

8. Пуха Г. П. Методология формирования и реализации систем интеллектуальной поддержки принятия решений. СПб: СМИО-Пресс, 2012. 337 с.

9. Газетдинова С. Г., Ярцев Р. А. О построении моделей управления на основе графов с приоритетами по методологии экспертных оценок // Вестн. УГАТУ. 2006. Т. 7, № 2 (15). С. 212—222.

10. Миронов В. В., Головкин Ю. Б., Юсупова Н. И. Об автоматной модели динамической ситуации // Управление сложными техническими системами: Межвуз. науч. сб. Уфа: УАИ, 1986. № 9. С. 3—10.

11. Ярцев Р. А. Об автоматизации управления элементарными процессами в сложных системах. Л., 1991. Деп. в ВИНИТИ, 13.02.91, № 739-В91.

12. Кромина Л. А., Ярцев Р. А. Формирование заказа литературы для библиотеки вуза на основе локальных рейтингов изданий как задача исследования операций // Вестн. УГАТУ. Уфа: УГАТУ, 2010. Т. 14, № 5 (40). С. 176—187.

13. Миронов В. В., Ярцев Р. А., Кромина Л. А. Применение общих рейтингов заказываемых изданий при формировании оптимального варианта заказа литературы для вуза // Вестн. НГУ. Серия: информационные технологии: Науч. журн. Новосиб. гос. ун-та. 2012. Т. 10, № 4. С. 5—12.

Сведения об авторах

канд. техн. наук, доцент; Санкт-Петербургский государственный экономический университет, кафедра прикладных информационных технологий; E-mail: comparif@rambler.ru канд. техн. наук, доцент; Уфимский государственный авиационный технический университет, кафедра автоматизированных систем управления; E-mail: rust-66@yandex.ru

канд. техн. наук; Уфимский государственный авиационный технический университет, кафедра автоматизированных систем управления; E-mail: svetlana_gazetdi@mail.ru

Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию

прикладных информационных 28.04.14 г.

технологий

Юрий Борисович Головкин

Рустэм Альбертович Ярцев

Светлана Геннадьевна Газетдинова