К развитию теории формирования моделей, методов и алгоритмов планирования и управления материальными потоками в многоуровневых территориально распределенных транспортно-производственных системах

Аннотация

А. В. Воронин

  Рассмотрены особенности формирования моделей, методов и алгоритмов планирования и управления материальными потоками в многоуровневых территориально распределенных транспортно-производственных системах. Показаны направления развития теории в этом направлении.

Ключевые слова: алгоритмы, вертикально-интегрированная структура, модели, планирование, управление

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)

В последние годы в России активно происходят интеграционные процессы, связанные с укрупнением промышленного производства и созданием групп взаимосвязанных и взаимозависимых предприятий [1], [2], [3]. Одной из наиболее выраженных тенденций в добывающих и перерабатывающих отраслях является создание территориально-распре-деленных многоуровневых структур, осуществляющих полный цикл производства от заготовки сырья с его комплексным использованием, производством и расширением видов выпускаемой продукции до транспортировки его потребителям [3], [7], [8].
Интересны примеры интеграции промышленных предприятий в лесопромышленном, нефтегазовом, металлургическом, горнодобывающем и машиностроительном комплексах. Основные направления интеграции структур в этих отраслях – увязывание предприятий, входящих в единую технологическую систему, углубление переработки сырья и переделов, создание новых видов продукции и завоевание новых сегментов рынка, интеграция по сходству товарных позиций. Современные интегрированные структуры представляет собой сложные организационно-экономические, технические и технологические комплексы, предприятия которых могут быть удалены друг от друга на сотни и тысячи километров, а численность персонала варьироваться от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч человек. В условиях территориальной удаленности предприятий значительно возрастает необходимость согласованных действий и оперативного принятия решений, повышения эффективности планирования и управления на уровне всего комплекса и отдельных предприятий.
Современные интегрированные структуры представляет собой сложные организационно-экономические, технические и технологические комплексы, предприятия которых могут быть удалены друг от друга на сотни и тысячи километров, а численность персонала варьироваться от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч человек. В условиях территориальной удаленности предприятий значительно возрастает необходимость согласованных действий и оперативного принятия решений, повышения эффективности планирования и управления на уровне всего комплекса и отдельных предприятий [4], [5], [6].
Исследования показывают, что одно из центральных мест в управлении многоуровневых интегрированных структур занимают задачи планирования и управления материально-транспортными потоками. Являясь очень важными и, в то же время, одними из наиболее сложных для решения, эти задачи способны обеспечить высокий экономический эффект, выявить "узкие" места и состояние производственной инфраструктуры, а также перспективы ее развития. Для их решения можно эффективно использовать математическое моделирование и методы оптимизации с применением информационных технологий. Поэтому разработка научных основ формализации и решения комплекса взаимосвязанных задач планирования и управления материальными потоками в многоуровневых территориально-распределенных транспортно-производственных системах является весьма актуальной проблемой.
Следует отметить, что появление многоуровневых интегрированных структур в России привело к возникновению принципиально новой ситуации в решении задач планирования и управления работой предприятий. Распад централизованной плановой экономики и затем 10-летний период децентрализованного хозяйствования многих предприятий в условиях рынка привели к тому, что ранее разработанные математические модели и методы в новых условиях не могут быть использованы для решения задач планирования и управления крупными региональными и межрегиональными многоуровневыми интегрированными структурами. Кроме этого, модернизация производства и использование современных технологий на промышленных предприятиях приводит к необходимости разработки новых математических моделей, а развитие вычислительной техники и программного обеспечения – делает возможным их реализацию. Указанные обстоятельства требуют разработки новых моделей и методов планирования и управления многоуровневых интегрированных структур.
Вышеизложенное определило постановку исследований в области экономико-математического моделирования процессов управления и планирования работы вертикально-интегрированных структур, при которых были решены следующие основные задачи [3], [4], [5]:

• обоснования необходимости решения комплекса взаимосвязанных задач планирования и управления материальными потоками в многоуровневых транспортно-производственных системах;
• описания типовой структуры материальных потоков в многоуровневых интегрированных структурах;
• формирования и исследования класса математических моделей для решения задач планирования и управления материальными потоками, названного классом многоэтапных транспортно-производственных задач (МТПЗ);
• разработки МТПЗ для задачи планирования группы основных производств, соответствующей системе управления производственным процессом верхнего уровня и включающей основные фазы производства – от получения сырья, получения переделов и изготовления различных видов конечной продукции до ее доставки потребителю;
• разработки математических моделей для планирования и управления материальными потоками для основных и вспомогательных производств на различных уровнях иерархии, включая задачи выбора технологий, транспортировки и переработки, развития производственной базы и инфраструктуры, распределения ресурсов и управления основными производствами, планирования и управления сбытом продукции, материального обеспечения, планирования и управления ремонтно-восстановительными потоками;
• разработки рекомендаций по использованию предложенных моделей в организации планирования и управления многоуровневых интегрированных структур, созданию систем поддержки принятия решений на их основе.

Теоретической и методологической основой исследования многоуровневых территориально-распределенных транспортно-производственных систем, материально-транспортных потоков являются методы теории организационных структур, системного анализа, современные стандарты и методы управления производственными процессами и системами.
Исследование производственных процессов, построение математических моделей управления производством и разработка алгоритмов решения соответствующих оптимизационных задач проводятся с использованием методов математического программирования, оптимизации и исследования операций, теории алгоритмов и структур данных.
Для построения автоматизированных систем управления производством и систем поддержки принятия решений использовались современные технологии проектирования информационных систем, методы структурного и объектно-ориентированного программирования, проектирования структур баз данных.
На основании выполненных исследований [4], [5] и др.:

• проведен системный анализ предметной области и выполнено формальное описание проблемы комплексного планирования и управления транспортно-производственных систем, обоснована необходимость решения комплекса взаимосвязанных задач планирования и управления материальными потоками в многоуровневых системах;
• сформулирована постановка многоэтапной транспортно-производственной задачи для решения задач планирования и управления материальными потоками;
• установлены условия существования решения МТПЗ, выявлены особенности математической модели, разработан точный метод решения линейного варианта МТПЗ, основанный на блочной структуре связей между ограничениями с использованием схем двойственной декомпозиции;
• предложен алгоритм поиска субоптимального решения для решения МТПЗ большой размерности, исследован вопрос сходимости алгоритма, установлены оценки точности полученного приближенного решения и критерия завершения работы алгоритма;
• выполнена постановка МТПЗ для задачи планирования группы основных производств, соответствующей системе управления производственным процессом верхнего уровня и включающей основные фазы производства многоуровневых интегрированных структур.
• разработаны математические модели для планирования и управления материальными потоками для основных и вспомогательных производств на различных уровнях иерархии многоуровневых интегрированных структур.

Возможными направлениями дальнейших исследований по разработке и использованию МТПЗ с целью повышения эффективности планирования и управления в многоуровневых интегрированных структурах являются:
1. Теоретические исследования в направлении моделирования и решения МТПЗ:

• разработка моделей для задачи оптимального расходования ресурсов многоуровневых интегрированных структур для важнейших типов ресурсов, включая пар, тепловую и электрическую энергию, транспорт и некоторые переделы;
• разработка моделей, которые обеспечивают учет факторов случайности и неопределенности;
• создание новых методов оценки точности приближенного решения задач, прежде всего — задач дискретной оптимизации;
• разработка более эффективных математических методов точного и приближенного решения дискретных задач условной оптимизации, соответствующих производственным и транспортным модулям МТПЗ.

2. Совершенствование программного обеспечения систем поддержки планирования и управления на основе МТПЗ:

• разработка стандартных библиотек для различных типовых модулей производственных подзадач (распределения ресурсов, раскроев, балансовых оптимизационных моделей и пр.), использование которых упрощает проектирование, разработку и внедрение МТПЗ;
• создание гибкой программной среды (оболочки), которое позволит унифицировать методы решения МТПЗ для различных наборов модулей производственных и транспортных задач.

3. Разработка и реализация организационно-методических мероприятий по подготовке к внедрению систем планирования и управления в многоуровневых интегрированных структурах на основе, комплексов математических моделей, алгоритмов и программ, новых информационных технологий:

• создание отраслевых методик разработки, внедрения и эксплуатации подсистем управления многоуровневых интегрированных структур на основе МТПЗ;
• подготовка предприятий многоуровневых интегрированных структур к использованию сложных комплексов моделей, прежде всего, с точки зрения разработки интегрированной информационной системы многоуровневых интегрированных структур и его предприятий;
• повышение квалификации инженерно-технических кадров и управленческого персонала предприятий и управляющих компаний в области использования математических методов и программных систем для повышения эффективности управления предприятиями.

Список литературы

1.Булатов А. Ф. Трансформации корпоративных структур / А. Ф. Булатов, И. Р. Шегельман. – Архангельск: Изд. Дом «Юпитер». – 208 с.
2.Воронин А. В. Интегрированные структуры в лесной промышленности / Воронин А. В., Шегельман И. Р.  – СПб.: СПбГЛТА, 2003. – 160 с.
3.Воронин А. В. Лесопромышленная интеграция: теория и практика / Воронин А. В., Шегельман И. Р. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2009. – 464 c.
4.Воронин А. В. Модели, методы и алгоритмы комплексного планирования и управления материальными потоками в многоуровневых территориально распределенных транспортно-производственных системах: Дис. … док. техн. наук. 05.13.01. — СПб, 2005. – 313 с.
5.Воронин А. В. Опыт формирования моделей, методов и алгоритмов комплексного планирования и управления материальными потоками в многоуровневых территориально распределенных транспортно-производственных системах / А. В. Воронин // Инженерный вестник Дона [Электронный журнал]. – 2012.  – № 2. URL: http://ivdon.ru/magazine/archive/n2y2012/818/
6.Теория и практика принятия оптимальных решений для предприятий лесопромышленного комплекса/ А. В. Воронин, В. А. Кузнецов, И. Р. Шегельман, Л. В. Щеголева. – Петрозаводск: ПетрГУ, 2008. – 180.
7.Шегельман И. Р. Особенности процессов отраслевой интеграции в системе лесной промышленности регионов России/ Регионализация и глобализация: общественные процессы в России и на Европейском Севере России в XX-XXI веках / И. Р. Шегельман, М. Н. Рудаков, А. М. Корниенко. – Архангельск: Поморский гос. ун-т, 2007. – С. 285-299 c.
8.Шегельман И. Р. Формирование лесопромышленных корпораций в эпоху глобализации экономики / И. Р. Шегельман, М. Н. Рудаков, Корниенко А. М. // Вестник Поморского университета (серия «Гуманитарные и социальные науки»). – 2006. – № 5. – С. 380-384.