Научно-методические основы моделирования информационных процессов для обеспечения подготовки специалистов по управлению многоуровневыми производственными системами

Современные производства наукоемкой и высокотехнологической продукции представляет собой сложные системы, включающие подсистему автоматизации планирования и управления, управленческую информационную подсистему, а также интегрированную подсистему автоматизированного проектирования и технологической подготовки производства (САПР/АСТПП). Подобные сложные производственные системы далее будем именовать интегрированными научно-производственными комплексами, для удобства — просто интегрированными производственными комплексами (ИПК).

Комплексный характер функционирования ИПК на основе использования разнообразных прикладных программ, с привлечением на всех этапах жизненного цикла продукции больших инженерных и управленческих коллективов, определяет актуальность единого подхода к организации управления им.

Такой подход должен обеспечивать получение экономического эффекта при сокращении сроков проектирования, технологической подготовки производства (ТПП), выпуска продукции и распределения ресурсов, что не возможно без рационального использования информационных, материальных и людских ресурсов при организации планирования и управления ИПК, без реализации качественно новых производственных проектов путем адаптации и автоматизации выработки управленческих решений.

Принятие решений является составной частью (компонентом) процесса управления производством, носящего ситуационных характер. Ситуации управления представляются как альтернативы, то есть формируют некоторое альтернативное пространство. Это определяет противоречивость процесса принятия решения как чувственного, эмоционального, волевого акта в условиях риска как возможной опасности принять не достаточно эффективное управленческое решение. В связи с этим, актуальным является еще и совершенствование системы поддержки принятия решения (СППР) в обстановке высокой степени неопределенности на основе научно-обоснованного методического и аппаратного обеспечения. В современных условиях это возможно лишь путем создания автоматизированной системы управления производством (АСУП) на основе совершенствованных, наукоемких компьютерных технологий.

В настоящей работе описание и классификация информационных потоков, протекающих в управленческих процессах, в иерархическом виде за счет декомпозиции, их разложения на составные части от комплексов работ до элементарных операций. Следует отметить, что процессу декомпозиции предшествует формирование многоуровневой интегрированной концептуальной модели производственного комплекса на основе анализа его предметной и информационной областей, являющихся материальной основой процесса создания и совершенствования управления ИПК.

Применение современных компьютерных технологий позволяет создать так называемых электронных макетов ИПК, применение которых открывает принципиально новые возможности по управлению разработкой и производством машинных средств проектирования производства, а также по поддержке жизненного цикла продукции на всех этапах ее эксплуатации. Всему процессу создания наукоемких и высокотехнологичных сложных систем сопутствует процесс управления ТПП, производства и постпроизводства и, в связи с этим, также требует научно обоснованных компьютерных технологий поддержки принятия решения [59].

Научная обоснованность таких технологий полагает разработку логических, семиотических, математических и других методов ситуационного моделирования, а также методов имитационного моделирования, корректным представлением которого является формализованная рекуррентная модель. Кроме этого, требуется создание некоторого метода управления компьютерными технологиями проектирования производства, как совокупности предметной и информационной областей. В качестве такого, на наш взгляд достаточно эффективного метода, может выступать так называемый метод индуктивных рассуждений на ДСМ — метод, названный так в честь выдающегося ученого 19 века в области теории логики, логистики и т. д. Д. С. Милля.

Актуальной проблемой является организация подготовки высококвалифицированных специалистов как лиц, принимающих управленческие решения (ЛПР) на различных уровнях иерархии производственного комплекса (процесса). Ее цивилизованное, эффективное решение также невозможно без применения современных компьютерных технологий. Для их научно-обоснованной поддержки в диссертационной работе предлагается совокупность адекватных математических и лингвистических моделей, которые совместно с указанными выше моделями позволяют разработать алгоритм методики подготовки контингента органов управления производством.

Кроме того, следует отметить и необходимость компьютерной поддержки оптимизации процесса распределения ресурсов, как важного фактора достижения положительного экономического эффекта от изменения компьютерных технологий вообще. Так технологии получили название геоинформационных систем — технологий (ГИС — технологий).

И, наконец, лишь перечислим способы методов оценивания компьютерных систем моделирования производственных процессов. К ним относятся такие как: CALS — технологии концепции создания, поддержки и применения единой «информационной модели» на всех этапах жизненного цикла продукциисложные CAD/CAM/CAE системы обучения ЛПРсистемы управления проектами МР, TL, РЕ, РР, PS, CA-SP, ТРР, STRM и т. д. [61].

Таким образом, необходимость повышения эффективности управления современным производством и его технологическими процессами путем организации подготовки высококвалифицированных специалистов, обладающих глубоким пониманием закономерностей протекания информационных процессов в многоуровневых производственных системах управления, при отсутствии обоснованного научно-методического аппарата применения в процессе указанной подготовки информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) определяет основное противоречие и высокую актуальность темы данной диссертационной работы.

С учетом вышеизложенного цель исследования может быть определена как повышение эффективности управления технологическими процессами производства на основе компьютерных технологий.

Исходя из сформулированной выше общей цели исследования, решаемая в диссертационной работе научная задача может быть сформулирована как задача разработки научно-методических положений и рекомендаций по формированию стратегии подготовки высококвалифицированных управленческих специалистов на базе разработанного научно-методического аппарата применения информационных технологий в управлении производственными процессами.

Объектом исследования являются интегрированные комплексы производства наукоемких и высокотехнологичных сложных технических систем.

Предметом исследования являются методы моделирования информационных процессов многоуровневых производственных систем управления ИПК.

Основными результатами, полученными автором в ходе решения сформулированной научной задачи и выносимыми на защиту являются:

1. Семиотическая модель динамических объектов управления.

2. Индуктивный метод компьютерного ситуационного моделирования процессов управления.

3. Алгоритм подготовки лиц, принимающих решение в управленческих процессах производства.

Научная новизна результатов диссертационной работы определяется тем, что с единых позиций концептуального подхода рассмотрена и решена научная задача создания информационной интегрированной среды управления сложными производственными комплексами, основанная на единой системе моделей, различных по структуре и используемым методам, и заключается в том, что:

1) разработаны концептуальные иерархические модели, учитывающие специфику информационных процессов управления современным многоуровневым производством;

2) при разработке методов ситуационного и имитационного моделирования технологических процессов интегрированного производственного комплекса учтены факторы, определяющие характеристики специалистов по его управлению;

3) при разработке лингвистической модели учтены требования к формированию базы данных и знаний реструктурированной системы обучения лиц, принимающих управленческие решения;

4) разработка алгоритма подготовки лиц, принимающих решение в управленческих процессах производства, осуществлена с учетом конечной цели по повышению эффективности и оперативности управления производственным процессом ИПК.

Научная значимость диссертационной работы состоит в том, что в ней разработан комплекс моделей и алгоритмов, позволяющий обоснованно формировать облик многоуровневых производственных систем управления на основе моделирования протекающих в них информационных процессов.

Практическая значимость диссертационной работы определяется тем, что в ней разработано научно-методическое обеспечение компьютерного моделирования информационных процессов многоуровневой производственной системы управления ИПК и подготовки контингента органов управления, которое приводит к повышению эффективности управления производством.

Достоверность основных научных результатов, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обоснованностью исходных данных и принятых ограниченийкорректной постановки научной задачи исследования и выбором апробированных методов ее решения, включающих современные методы кибернетики, системного анализа, линейного программирования, и отвечающих сущности исследуемых процессов, а также сходимостью результатов, полученных в процессе проведения научно-исследовательских экспертных игр, с результатами математического моделирования.

Апробация результатов работы. Основные резульатты работы докладывались и обсуждались на Межведомственных конференциях «Проблемы обеспечения эффективности и устойчивости функционирования сложных технических систем» (г. Серпухов, 2001 — 2003), МНМК «Качество инженерного образования» (г. Брянск, 2002 — 2004).

Реализация результатов диссертационной работы в виде комплекса математических моделей технологического процесса функционирования ИПК, методики подготовки ЛПР в управленческих процессах производства (ВНИИ-АС МПС России), системы управления и организации работы по охране и безопасности труда, научно-методических материалов для обучения требований охраны труда руководителей (ФГУ «ВЦОТ»), при сетевом планировании и организации комплексных поставок ИБАП для объектов железнодорожного транспорта (ООО «АБИТЕХ»), а также в учебный процессе кафедры Серпуховского военного института.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения и списка использованной литературы. Объем работы 125 листов, включая 29 листов таблиц и рисунков.

Выводы по третьему разделу.

Таким образом, в разделе рассмотрен процесс создания обучающей системы ЛПР с применением компьютерных технологий решены следующие частные задачи:

Осуществлено формулирование системы знаний, которая представляет собой циклический, повторяющийся процесс обучения специалистов органов управления производством.

Предложена последовательность реструктурирования обучающей системы, которая включает операции замкнутости, ассоциативности, коммутативности, единого, нулевого и обратного элементов. Их формализация осуществлена на основе алгебры логики.

Разработан алгоритм методики подготовки высококвалифицированных специалистов управления производством.

Представлена методика определения экономического эффекта, основанная на учете устойчивости инвестиционного процесса. Получены соответствующие зависимости, позволяющие оценить риск при реализации инвестиционных вложений и рентабельность инвестиционного проекта.

В решении вышеизложенных процедур заложена собственно методика подготовки лиц принимающих решение в управленческих процессах ИПК.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящей диссертационной работе представлены материалы решения поставленной научной задачи разработки научно-методических положений и рекомендаций по формированию стратегии подготовки высококвалифицированных управленческих специалистов на базе разработанного научно-методического аппарата применения информационных технологий в управлении производственными процессами.

В результате проведенного системного анализа предметной области производственных процессов на базе компьютерного моделирования информационных производственных систем сформированы концептуальные модели современного производства. В них нашли свое отражение следующие формаль-ноопределенные объекты и этапы: формализация концептуальной модели предметной области исследованияформализация концептуальной информационной областиформирование множества атрибутов отношений иерархииформирования множества типов отношений между предметными и информационными объектами и внутри ихформирование методики перехода к алгоритмической моделиинструментальная реализация концептуальной модели. Это модели являются сложными многоуровневыми иерархическими.

Проведен системный анализ предметной и информационной областей производственных комплексов и процессов как предмета концептуального моделирования.

Представлена технология синтаксического и семантического подходов отображения данных об объекте управления и ситуаций его функционирования.

Сформулирована структура и архитектура базы данных структурно-логической организации управления производством, где внедряются две аналогичные по структуре БЗ о ПО исследований и знаний о самой системе ИПК, соответствующей принципам функционально-целевого подхода.

Проведен синтез методов моделирования сложных управленческих систем в различных условиях альтернативного принятия решений.

На основе геоинформационных технологий проведено моделирование распределения ресурсов для динамических процессов функционирования систем в географическом пространстве и времени, в основе которого лежит метод планирования рационального распределения ресурсов между организациями заказчика и подразделениями поставляющими продукцию для обеспечения производственного процесса ИПК. В основе этого метода лежит модель линейного программирования.

В результате проведенного исследования были определены обоснованные положения, которые легли в основу постановки научной задачи исследования.

В результате математического моделирования системы управления и обработки информации производственных процессов получен ряд следующих научных положений.

Обоснована иерархическая модель процесса технологической подготовки производства: обоснованы формы, способы формирования массива содержания ПО, базы данных, обеспечивающих простую эксплуатацию и высокую степень адаптации, возможность ее многократного использования и унификацию формы записи этих данных в памяти ЭВМразработанные программы проектирования могут «перекраиваться» пользователем в зависимости от изменения политико-экономической обстановкиразработан алгоритм, позволяющий определить процедуры для представления модели процесса управления производством, где представляется возможность использования одного предметного содержания (базы данных, инструмента или материала) для различных ПО, а также разработки методики для создания и совершенства программ технологического процесса управления производством.

Проведено семиотическое моделирование динамических объектов, в основе которого заложено ситуационное управление производством, где логически представлены конструктивная, разрешаемая и интегрированная формальная модели, на основе которых обоснован алгоритм семиотического моделирования с приложением ДСМ-метода компьютерных технологий в организации и осуществлении процесса управления производством. Разработан инструментарий совершенства методики для создания программ технологического процесса управления, который не зависит от уровня технических средств.

Построена рекуррентная модель многоуровневой ИГЖ, позволяющая формировать процесс проектирования, сводя последний к выполнению некоторого набора различных примитивов, что дает возможность определить множество функциональных воздействий на комплексы производственной структуры для достижения поставленной цели управления. На ее основе разработан рекуррентный алгоритм оценивания параметров устойчивости систем, позволяющий получить оценки приемлемой точности.

Таким образом, в разделе рассмотрен процесс создания обучающей системы ЛПР с применением компьютерных технологий решены следующие частные задачи:

Осуществлено формулирование системы знаний, которая представляет собой циклический, повторяющийся процесс обучения специалистов органов управления производством.

Предложена последовательность реструктурирования обучающей системы, которая включает операции замкнутости, ассоциативности, коммутативности, единого, нулевого и обратного элементов. Их формализация осуществлена на основе алгебры логики.

Разработан алгоритм методики подготовки высококвалифицированных специалистов управления производством.

Представлена методика определения экономического эффекта, основанная на учете устойчивости инвестиционного процесса. Получены соответствующие зависимости, позволяющие оценить риск при реализации инвестиционных вложений и рентабельность инвестиционного проекта.

В решении вышеизложенных процедур заложена собственно методика подготовки лиц принимающих решение в управленческих процессах ИПК.