|
Міністерство промислової політики України
Науково – виробнича корпорація
“Київський інститут автоматики”
Прокопенко Тетяна Олександрівна
УДК 681.5+658.5+664.1
ІНТЕЛЕКТУАЛЬНА ІНФОРМАЦІЙНА СИСТЕМА ОЦІНКИ ЕФЕКТИВНОСТІ ПІДПРИЄМСТВ ЦУКРОВОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ
05.13.06 – автоматизовані системи управління
та прогресивні інформаційні технології
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ – 2004
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Черкаському державному технологічному університеті Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник:
Офіційні опоненти:
Провідна установа:
Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор ЛАДАНЮК Анатолій Петрович, Національний університет харчових технологій, завідувач кафедри автоматизації та комп’ютерних технологій.
доктор технічних наук, доцент КУССУЛЬ Наталія Миколаївна, Інститут космічних досліджень НАНУ та НКАУ, завідувач відділу;
кандидат технічних наук, доцент МАНОХА Людмила Юріївна, Національний університет харчових технологій, доцент кафедри інформаційних систем.
Національний технічний університет України “КПІ” Міністерства освіти і науки України, кафедра автоматизованих систем обробки інформації.
Захист відбудеться 29.09.2004 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.818.01 НВК “Київський інститут автоматики” за адресою: 04107, Київ – 107, вул. Нагірна, 22, корп.1, к.219.
Відзиви на автореферат у двох примірниках, засвідчені печаткою установи, просимо надсилати за адресою: 04107, Київ – 107, вул. Нагірна, 22, НВК “КІА”, вченому секретарю.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці НВК “Київський інститут автоматики”.
Автореферат розісланий 27.08.2004 року.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат технічних наук Тронько Л.П.
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Особливості цукрового виробництва та умови динамічного розвитку ринкової економіки вимагають нових підходів до управління: на перший план виходять економічні, ринкові критерії ефективності, підвищуються вимоги до гнучкості управління. Науково-технічний прогрес та динаміка зовнішнього середовища змушують сучасні підприємства перетворюватись у все більш складні системи.
В управлінні сучасним цукровим підприємством гостро постає проблема підвищення ефективності виробництва з максимальним охопленням автоматизацією функцій контролю та управління виробництвом в цілому на основі використання поточної інформації про виробничий процес. Існуючі інформаційні системи не забезпечують функції оперативної оцінки ефективності функціонування цукрового підприємства, а також підготовки рекомендацій в прийнятті управлінських рішень. Тому розробка такої інформаційної системи з використанням інтелектуальних підсистем підтримки прийняття рішень є актуальною проблемою.
Об’єкт дослідження – процес оцінки ефективності функціонування підприємства цукрової промисловості.
Предмет дослідження – інформаційна система оцінки ефективності функціонування цукрового підприємства.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана в рамках науково-дослідної роботи “Еволюційні моделі, методи і засоби підтримки прийняття рішень при створенні віртуальних підприємств” (держ. рег. № 0103U0036860), яка проводилась згідно державного замовлення на науково-технічні праці з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки та координаційного плану Міністерства освіти і науки України.
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є дослідження та розробка інформаційної системи з інтелектуальними підсистемами підтримки прийняття рішень для оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості.
Для реалізації програми досліджень з розробки системи поставлені й вирішені наступні задачі: на основі аналізу предметної області цукрового виробництва та існуючих методів і математичних моделей оцінки ефективності цукрових заводів сформульовано задачу оперативної оцінки ефективності функціонування цукрового підприємства; в результаті визначення показників функціонування підприємства цукрової промисловості сформовано систему критеріїв оперативної оцінки ефективності функціонування цукрового підприємства; розроблено математичні моделі оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості; на підставі проведеного ситуаційного аналізу розроблено методику вибору оптимального набору управлінських рішень, що визначають виробничий процес; розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення інтелектуальної інформаційної системи оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості; розроблено інтелектуальні підсистеми підтримки прийняття рішень на основі багатоагентної сценарно-когнітивної моделі управління складними організаційними системами; проведено імітаційне моделювання оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості на основі цільового сценарію; розроблено функціональну та технічну структури інтелектуальної інформаційної системи оцінки ефективності підприємств цукрової промисловості, яка виступає в якості інтелектуальної підсистеми підтримки прийняття рішень в інтегрованій автоматизованій системі управління виробництвом в цілому; проведено виробничі дослідження на цукрових підприємствах Черкаської області асоціації “Черкасицукор”.
Методи дослідження. Для розв’язання поставленої задачі використовувались методи аналізу ієрархій, якісних методів прийняття рішень, методів теорії нечітких множин, а також методи сценарно-цільового моделювання, що базуються на математичному апараті графів операцій, та сценарно-когнітивний підхід до організації стратегічного управління складними організаційними системами на основі багатоагентної моделі.
Наукова новизна дисертаційних досліджень полягає в наступному: вперше запропоновані математичні моделі для оцінки ефективності функціонування цукрового підприємства, які дозволяють виразити ефективність управління цукровим виробництвом кількісно; встановити логічний зв’язок кількісних значень показників цукрового виробництва з показником, що характеризує ефективність функціонування підприємства в цілому; здійснити оперативну оцінку ефективності функціонування цукрового підприємства та дати рекомендації щодо його поліпшення; запропоновано метод вибору оптимального набору рішень на підставі проведеного ситуаційного аналізу для підприємств цукрової промисловості; розроблено інтелектуальні підсистеми підтримки прийняття рішень на основі багатоагентної сценарно-когнітивної моделі управління складними організаційними системами, яким є сучасне цукрове підприємство; отримано результати імітаційного моделювання оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості; розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення інтелектуальної інформаційної системи оцінки ефективності підприємств цукрової промисловості; створено інтелектуальну інформаційну систему оцінки ефективності підприємств цукрової промисловості, яка виконує функції оперативної оцінки ефективності функціонування підприємства, оперативного збору статистичної інформації, організації інформаційних потоків, а також забезпечення підтримки прийняття рішень з метою об’єктивної оцінки сильних та слабких сторін підприємства та уникнення кризових ситуацій.
Практичне значення дисертаційної роботи полягає в тому, що створено інтелектуальну підсистему підтримки прийняття рішень, яка здійснює оперативну оцінку функціонування цукрового підприємства та виконує функції забезпечення підтримки прийняття рішень, а також визначається як складова частина загальної інтегрованої системи управління цукровим підприємством. Результати роботи впроваджені на підприємствах ВАТ “Смілянський цукрокомбінат” та ВАТ “Пальмирацукор”.
Обґрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Наукові положення, висновки і рекомендації дисертаційної роботи обґрунтовані застосуванням даних натурних експериментів та імітаційного моделювання при побудові математичних моделей оцінки ефективності функціонування цукрового підприємства. Крім того, достовірність наукових результатів підтверджується застосуванням відомих методів аналізу ієрархій, якісних методів прийняття рішень, методів теорії нечітких множин, а також методи сценарно-цільового моделювання, що базуються на математичному апараті графів операцій, та сценарно-когнітивний підхід до організації стратегічного управління складними організаційними системами на основі багатоагентної моделі.
Апробація роботи. Основні результати досліджень доповідались на наукових сесіях наукового товариства ім. Шевченка у Черкасах (2002 – 2003), третій Всеукраїнській конференції молодих науковців “Інформаційні технології в науці, освіті і техніці (ІТОНТ – 2002)” (Черкаси, 2002), V-й Всеукраїнській науково – практичній конференції “Комп’ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та освіті ” (Черкаси, 2003), 69-та наукова конференція молодих вчених, аспірантів та студентів (Київ, НУХТ, 2003), 10-й міжнародній конференції по автоматичному управлінню “Автоматика – 2003”(Севастополь,2003), VII-й міжнародній конференції “Контроль і управління в складних системах (КУСС – 2003)” (Вінниця, 2003).
Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 10 наукових праць, в яких викладено основний зміст виконаних досліджень, з них 4 статті у фахових виданнях, тези доповідей на наукових конференціях.
Структура і об’єм роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, списку літератури з 107 найменувань, 4 додатки. Текст викладено на 152 сторінках, включаючи 37 рисунків, 24 таблиці.
Основні положення, що виносяться на захист: математичні моделі для оцінки ефективності функціонування цукрового підприємства; метод вибору оптимального набору рішень на підставі проведеного ситуаційного аналізу для підприємств цукрової промисловості; методика розробки інтелектуальних підсистем підтримки прийняття рішень на основі багатоагентної сценарно-когнітивної моделі управління складними організаційними системами, якими є сучасні цукрові підприємства; результати імітаційного моделювання оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості в розробленій інтелектуальній інформаційній системі; структура інтелектуальної інформаційної системи оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості.
Особистий внесок здобувача. Особисто автором розроблені наступні положення, які викладені в пункті “Основні положення, що виносяться на захист”. В публікації [1] особистий внесок автора полягає в розробці інтелектуальної інформаційної системи оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості, що виконує функції оперативної оцінки ефективності функціонування цукрового заводу та забезпечує підтримку прийняття управлінських рішень, а також у синтезі бази даних та знань з використанням правил продукцій для критичних виробничих ситуацій. В публікаціях у співавторстві особистий внесок автора полягає в наступному: розробці математичних моделей для оцінки ефективності функціонування цукрового підприємства [2]; розробці структури бази даних інформаційної системи оцінки ефективності цукрових підприємств та методики розробки інтелектуальних підсистем підтримки прийняття рішень на основі багатоагентної сценарно-когнітивної моделі управління складними організаційними системами [3]; розробці інформаційної технології наповнення бази даних інформаційної системи оцінки ефективності цукрових підприємств [4,5]; структура інтелектуальної інформаційної системи оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості [6]; розробці математичних моделей критеріїв оцінки ефективності цукрових підприємств [7]; розробці інтелектуальної інформаційної системи оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості [8,9,10].
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вступ. Показана актуальність роботи з точки зору важливості оперативної оцінки ефективності функціонування підприємства цукрової промисловості при управлінні цукровим виробництвом в сучасних умовах ринкової економіки, та зв’язок роботи з науковими програмами Черкаського державного технологічного університету. Сформульовані мета і задачі досліджень. Визначені наукова новизна та практичне значення одержаних результатів. Вказано на апробацію результатів дисертації та кількість публікацій.
Перший розділ містить аналіз предметної області цукрового виробництва та загальну характеристику задачі оцінювання ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості і постановку задачі досліджень.
Показано, що цукрове виробництво характеризується складністю функціонування технологічного комплексу підприємства, нестійкістю виробничих показників, підвищеною фондоємкістю, залежністю від впливу факторів зовнішнього середовища, тому на сучасному етапі ринкової економіки для стабілізації процесу виробництва, підвищенню конкурентноздатності продукції, збереження та збільшення ємкості внутрішнього ринку, зміцнення експортного потенціалу необхідні нові підходи до процесу управління з використанням сучасних програмно-інформаційних засобів.
Визначено, що існуючі математичні моделі та методи не в повному обсязі оцінюють ефективність виробничого процесу цукрових підприємств. Динаміка розвитку ринкової економіки вимагає розробки нових методів комплексної оцінки ефективності функціонування цукрового підприємства, де на перший план виходять економічні, ринкові критерії ефективності.
Встановлено, що існують науково-технічні умови для створення інтелектуальних підсистем підтримки прийнятті рішень на підприємствах цукрової промисловості, що будуть вбудовані в комплекс програмних засобів та призначені для забезпечення підтримки прийняття управлінських рішень в розроблюваній інтелектуальній інформаційній системі оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості.
Наведений аналіз показав, що існуючі автоматизовані інформаційні системи (АІС) в управлінні виробництвом на підприємствах цукрової промисловості не враховують існування об'єктивної необхідності розширення функціональних можливостей систем управління, їх "інтелектуалізації"; охоплення системами управління не тільки технологічних процесів та комплексів, а й сукупності інших взаємозв'язаних сфер; підсилення взаємозв'язків між персоналом на різних рівнях виробництва, що реалізується в рамках гнучких мереж із динамічним обміном інформацією між користувачами окремих терміналів. Автоматизація виробництва на основі комп’ютерних технологій з охопленням різних задач виробничого процесу життєво необхідна. Для оперативної оцінки ефективності функціонування підприємства необхідна відповідна інтелектуальна інформаційна система, що здатна надати широкі можливості з оперативного збору різноманітної статистичної інформації, швидко видавати інформацію по запитам різних керівних органів, визначати економічну ефективність роботи підприємства в цілому та виступати в якості інтелектуальної підсистеми підтримки прийняття рішень в інтегрованій автоматизованій системі управління виробництвом.
Актуальною проблемою є створення такої інтелектуальної інформаційної системи оцінки ефективності функціонування підприємств цукрової промисловості, яка б координуючи, інтегруючи і направляючи діяльність системи управління підприємством, являлась синтезом планування, обліку, контролю, економічного аналізу, організації інформаційних потоків, а також забезпечувала вибір та прийняття управлінських рішень з метою оптимального використання наявних ресурсів, об’єктивної оцінки сильних та слабких сторін підприємства та уникнення банкрутства та кризових ситуацій. Визначені науково-технічні основи роботи та основні напрямки досліджень.
В другому розділі здійснюється формування комплексу критеріїв оцінки ефективності підприємств цукрової промисловості, інформаційних потоків для оцінки ефективності та побудова математичних моделей оцінки ефективності підприємств цукрової промисловості.
Наводиться класифікація основних показників оцінки ефективності підприємств цукрової промисловості, на підставі яких формується комплекс критеріїв оцінки ефективності. Основними критеріями оцінки ефективності цукрових підприємств визначено: показник обсягу кінцевої продукції (L); прибуток, що отримує цукровий завод від реалізації товарної продукції (P); рентабельність підприємства (R ); прибуток, який приходиться на кожну гривню витрат на отримання товарної продукції (R ).
Процедура оцінки ефективності підприємств цукрової промисловості складається з наступних етапів: А. Визначається комплекс критеріїв оцінки ефективності функціонування цукрового підприємства.
B. Формулюється загальний (глобальний) критерій оцінки ефективності. Глобальний критерій, як правило, розкладається на множину критеріїв наступного рівня, останні розкладаються на свої складові і т.д. доти, поки не одержимо кінцеві (термінальні) критерії. Таким чином, формується ієрархія критеріїв – критеріальне дерево (рис.1).
Рис. 1. Приклад критеріального дерева оцінки ефективності цукрового підприємства
C. Для оцінки ефективності необхідно ранжувати ці критерії . Ранжування і добір виконується за ваговими коефіцієнтами на основі методу аналізу ієрархій із залученням експертів.
D. Критерії оцінки ефективності трактуються як лінгвістичні змінні, що приймають якісні значення (встановлювані експертами і що виражаються словесними формулюваннями типу “низький”, “середній”, “високий” і т.д.). Якісна шкала критерію відображається на кількісну шкалу, на якій кожній лінгвістичній оцінці зіставляється точка, що виражає певне число балів.
E. Формулюється індекс ефективності функціонування цукрового підприємства.
F. Досліджується виробнича ситуація, згідно визначених критеріїв та визначаються рекомендації щодо її поліпшення.
G. Вибір найкращого рішення на основі досліджених альтернатив.
На основі методу аналізу ієрархій здійснюється ранжування та добір критеріїв. Визначимо вагові коефіцієнти вершин дерева, що характеризують важливість (значущість) відповідних критеріїв. Вага критерію  , обчислюється по формулі:
 , (1)
де  - вага батьківської вершини фрагменту,  - число критеріїв нижнього рівня фрагмента дерева. Упорядкувавши їх по спаданню ваги і прийнявши граничне
значення  , отримаємо набір найбільше значимих термінальних критеріїв:  , які перепозначимо відповідно  . Для відібраних термінальних критеріїв  вводиться якісна оціночна шкала, що відбиває рівні оцінки критеріїв, наприклад низький, середній, високий (числові значення рівнів відповідно 1, 2, 3). Формується якісна оціночна шкала за допомогою експертів, що визначаються оцінку кожного з відібраних критеріїв. На основі даної інформації експерти виставляють оцінки від 1 до 3. Відібрані термінальні критерії представляємо у вигляді нечітких множин. Будуються графіки функцій належності для термінальних критеріїв.
Розраховується індекс ефективності функціонування цукрового підприємства ( ), що дорівнює сумі добутків вагових коефіцієнтів критеріїв  (табл. 2.6) на відповідні значення функцій належності  :
 . (2)
Вибір рішень, що визначають процес виробництва, здійснюється шляхом побудови й аналізу спеціального графа - дерева, названого діаграмою ситуацій.
Приклад діаграми ситуацій подано на рис.2 (ситуації, ситуаційні цілі і рішення позначені відповідно  ).
  
Рис. 2. Діаграма ситуацій для фрагменту виробничого процесу цукрового підприємства
Вибір оптимального набору рішень з погляду макроцілей  , що визначають покращення критеріїв виробництва здійснюється на підставі визначення експертних оцінок  , що визначає ступінь впливу наборів рішень на макроціль , Процедура вибору ілюструється табл. 1, рядки якої відповідають наборам  , а стовпці — макроцілям  .
Таблиця 1
Вибір оптимального набору рішень по виробничому процесу
Для кожного рядка (набору рішень)  обчислюється індекс досяжності макроцілсй  :
 . (3)
Набір з максимальним значенням індексу виділяється знаком !. У нашому випадку це набір рішень  .
У третьому розділі на основі сформованих критеріїв та розроблених математичних моделей оцінки ефективності функціонування цукрових підприємств розроблено алгоритмічне та програмне забезпечення інтелектуальної інформаційної системи оцінки ефективності підприємств цукрової промисловості, що реалізує запропоновані в 2-ому розділі методи оцінки виробництва й формування управлінських рішень.
Розглянута модель стратегічного управління на і-му інтервалі функціонує на основі наступної процедури.
- Формується експертна матриця взаємозв'язків між показниками ефективності за правилами когнитивного (концептуального) моделювання.
- Для кожного макрорішення експерт формує вихідні умови – початковий набір значень показників, обумовлений цим макрорішенням.
- На базі матриці взаємозв'язків при встановлених початкових умовах моделюється робота підприємства на і-му інтервалі і визначається прогнозований фінальний стан (у кінцевій точці інтервалу) при даному макрорішенні.
- На основі прогнозованих фінальних станів за всіма макрорішеннями вибирається оптимальне макрорішення, що відповідає прийнятому глобальному критерію.
- Для обраного макрорішення формується графоаналітична (сценарна) модель, що відображає динаміку його виконання.
- Проводиться комп'ютерне моделювання виконання обраного макрорішення, і знаходиться фактичний стан ефективності функціонування підприємства в кінцевій точці і-го інтервалу. Цей стан приймається за початкове для наступного (і+1)-го інтервалу, і всі кроки процедури повторюються вже для (і+1)-го інтервалу.
За своєю архітектурою інформаційна система подається як сукупність взаємозалежних автономних "інтелектуальних" структурних одиниць, що називаються агентами. Модель агента, у свою чергу, складається з двох частин: виконавчої структури і сценарію. Виконавча структура задає набір процесів і інформаційно-матеріальні зв'язки з зовнішнім середовищем і процесами. Сценарій установлює черговість активізації процесів. Виконавча структура визначає потенційно можливе поводження агента, що допускається зв'язками між процесами, між процесами і зовнішнім середовищем, а сценарій накладає обмеження на потенційно можливу поведінку агента. Серед агентів виділяється особливий - режисер, що реалізує перший – четвертий кроки процедури моделювання. Інші агенти виконавчі, вони набудовуються на п'ятому кроці і приводяться в дію на шостому.
Математичний апарат для формального опису агентів складають процесо-ресурсно-объектні графи (прографи), графи операції і мови для відображення перетворень, реалізованих процесами. За допомогою прографів будується модель виконавчої структури агентів, графи операцій використовуються для складання сценарію їхньої роботи. Як прографи, так і графи операцій є модифікаціями мереж Петрі. Перетворення, реалізовані процесами, виражено продукційними правилами (формулами ЯКЩО – ТО).
Імітаційне моделювання оцінки ефективності підприємств цукрової промисловості здійснюється на основі побудови сценарію досягнення цілей – цільового сценарію. Цілі складаються з цільових компонентів (підцілей) і представляються графами типу дерева. Цільовий сценарій визначимо як множину робіт – операцій, що виконуються у заданому порядку.
Переходи між операціями ініціюються подіями, настання яких залежить від значень змінних системи. Операції забезпечують досягнення цілей (підцілей) шляхом перетворення об'єктів, що циркулюють у системі. Як об'єкти виступають проведені через систему інформаційні потоки. При виконанні операцій споживаються (а іноді і формуються) ресурси, що найчастіше виражають у грошовій формі. Переходи, що відбуваються в системі, відбивають сам факт передачі об'єктів від операцій до операцій, а події – передачу конкретних об'єктів.
с с с с с  с с с с с с
  
с  
 
| 
