Разработка и исследование методов, средств и моделей для оптимизации технологических и организационных процессов

Актуальность темы

исследования. Требования рынка вынуждают производителей модернизировать продукцию и оптимизировать производство, в первую очередь, по критерию стоимости при соблюдении требований к качеству, определенных государственными и международными стандартами. Для решения задач оптимального управления производственными процессами (технологическими и организационными) требуются их математические модели в виде многопараметрических функций качества и устойчивые к шумовым воздействиям (робастные) методы их оптимизации. Технологические процессы являются сложными стохастическими динамическими процессами, протекающими в условиях воздействия неконтролируемых факторов. Получение их моделей (формализация) представляет значительную сложность даже в простейших случаях.

Оптимизация многопараметрических функций является чрезвычайно трудоемкой задачей, поэтому для ее упрощения используются ортогональные матрицы силы т, в которых представлены относительно небольшим числом строк все возможные комбинации уровней любых ш факторов из общего их числа? Однако, на настоящее время неизвестны алгоритмы генерации ортогональных матриц произвольной силы, а известный алгоритм генерации матриц силы 2 оказался некорректным.

Используемые в проектировании производств модели учитывают, как правило, только расходы, связанные с технологическими процессами, хотя значительная часть расходов предприятия идет на организационные процессы на предприятии, связанные с выпуском продукции необходимого уровня качества, включая затраты на «скрытое производство». Важное значение при этом имеют проблемы определения периодичности внесения изменений в нормативную документацию предприятия и оптимальной численности подразделений, особенно в условиях внедрения и сертификации систем качества (СК) предприятий. Поэтому задача формализации (получения математических моделей) технологических и организационных бизнес-процессов, описывающих функционирование производства в виде стоимостных многопараметрических функций качества, разработки методов и средств их оптимизации является актуальной.

Цель настоящего исследования заключается в разработке и исследовании методов формализации (получения математических моделей) технологических и организационных бизнес-процессов, описывающих функционирование производства в виде стоимостных многопараметрических функций качества, методов и средств их оптимизации для решения задач управления качеством по экономическому критерию.

В соответствии с поставленной целью в диссертационной работе решаются следующие задачи:

• формулировка единого стоимостного критерия эффективности управления технологическими и организационными процессами предприятия, разработка метода получения знаний экспертов и вывода математической модели;

• разработка алгоритма генерации ортогональных матриц произвольной силы для произвольного количества факторов и их уровней и доказательство их корректности и эффективности, разработка на этой базе экспертной системы (ЭС);

• формализация процесса документооборота путем разработки его математической модели, разработка методики оптимизации процесса актуализации нормативных документов.

Объектами исследования являются технологические и организационные процессы при управлении качеством продукции на предприятии, методы проектирования технологии, методы генерации ортогональных матриц, методы представления знаний экспертов об оптимизируемом процессе.

Использовались методы робастного проектирования, методы теории планирования эксперимента, статистические методы, теория вероятностей и случайных процессов, методы оптимизации, а также международные и государственные нормативные документы.

Научная нощизна диссертационной работы заключается в создании единой технологии формализации и оптимизации технологических и организационных процессов на предприятии и инструментария ее реализации (в виде системы взаимосвязанных методик, моделей, алгоритмов и программ) для управления качеством. На защиту выносятся:

• единый стоимостной критерий качества и метод его оптимизации;

• эффективный метод получения знаний экспертов и вывода значений многопараметрической функции стоимости, позволяющий сократить объем требуемой от экспертов информации и сложность последующей оптимизации;

• алгоритмы генерации ортогональных матриц произвольной силы для произвольного количества факторов и их уровней, что позволяет проводить матричные эксперименты при произвольных параметрах матриц и значительно сократить их объем;

• математическая модель документооборота и методика оптимизации процесса актуализации нормативных документов (стандарты, законодательные акты и т. д.).

Практическая значимость работы определена возможностью использования ее результатов для управления бизнес-процессами предприятия. При этом разработанные формальные методы позволяют производить комплексную оптимизацию как технологических, так и организационных процессов предприятия по экономическому критерию. Приведенные в диссертационной работе методы оптимизации на основе предложенных формальных представлений реализованы программно, разработан прототип предлагаемой экспертной системы.

Реализация результатов работы. Разработаны и внедрены методики, алгоритмы и пакеты прикладных программ, реализующие данные методики и позволяющие автоматизировать процесс управления качеством продукции по экономическому критерию путем прогноза и оптимизации технологических и организационных расходов предприятия, а именно:

• ЭС, позволяющая производить оптимизацию технологической прибыли предприятия на основе получения знаний экспертов, вывода математической модели и последующей оптимизации методом, аналогичным методу Тагути (МТ). Система внедрена на ОАО ТКЗ «Красный Котельщик»;

• автоматизированная система статистического учета и анализа данных по входному контролю и действиям с несоответствующей продукцией, позволяющая проследить причины и величину издержек, являющихся расходами на «скрытое производство», на всех основных этапах жизненного цикла продукции, и на основании проделанного анализа выработать соответствующие управляющие решения. Система внедрена и используется в отделе Систем управления и сертификации ОАО «Красный Котельщик»;

• программа, реализующая автоматизированный расчет предполагаемых расходов на сертификацию выпускаемой предприятием продукции, внедренная в Органе по сертификации продукции и услуг Таганрогского центра стандартизации и метрологии, а также в Управлении труда администрации Астраханской области;

• методики расчета затрат на реализацию жизненного цикла стандарта предприятия (ЖЦ СТП), а также расходов предприятия, связанных с изменением структуры организации, внедренные на ОАО «Красный Котельщик» в виде СТП. Методики реализованы программно.

Результаты работы используются в учебном процессе в Таганрогском радиотехническом университете при проведении занятий по курсам «Управление качеством», «Квалиметрия и управление качеством», «Сертификация».

Апробация работы. Полученные результаты обсуждались на: научно-методической конференции «Методологические проблемы качества обучения и обучения качеству» (Украина, Харьков, 1997), 4-й Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы технических измерений» (Москва, 1998), 1-й Международной научно-практической конференции «Проблемы регионального управления, права и инновационных процессов в образовании» (Таганрог, 1999), Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-2000 (Москва, 2000), 3-й Всероссийской научной конференции «Новые информационные технологии, разработка и аспекты применения» (Таганрог, 2000), научно-технических конференциях ТРТУ (Таганрог, 1998;2001гг.), на 3-й Международной конференции «Computer Science and Information Technologies, Ufa, Russia, 2001» CSIT-2001 (Уфа, Россия, 2001).

Публикации. По результатам исследования опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 119 страницах машинописного текста, содержит 8 рисунков, 10 таблиц, 7 приложений на 80 страницах. Список библиографических источников содержит 122 наименования.

4.5. Выводы по главе.

Таким образом, в настоящей главе в плане реализации предложенного в главе 2 подхода разработаны методы, модели и средства для формализации и оптимизации организационных процессов в управлении качеством на предприятии, связанных с учетом, оптимизацией и прогнозированием затрат предприятия на внедрение, сертификацию и поддержание СК предприятия, а также с сертификацией продукции.

В разделе 4.1 настоящей главы рассмотрен документооборот предприятия с точки зрения менеджмента качестваразработаны алгоритм, реализующий ЖЦ документации предприятия на примере СТП, и методика оценки затрат на реализацию ЖЦ СТПполучена математическая модель процесса актуализации СТПрассчитаны оптимальный интервал времени между внесениями изменений в СТП в форме пакета и оптимальное количество заявок, входящих в пакет. Полученные в результате оптимизации формулы апробированы на данных конкретного предприятиярекомендованы конкретные сроки внесения изменений. Следует однако, отметить, что приведенные рассуждения не относятся к ситуациям, когда вносимые в СТП изменения носят жизненно важный характер для предприятия, и затраты на их осуществление несоизмеримы с потерями, которые предприятие может понести в связи с задержкой этих изменений, причем данные потери не всегда являются непосредственно материальными (это может быть, например, утрата имиджа предприятия). Поскольку предложенный подход к формализации документооборота основан на универсальных стандартах, сделан вывод о возможности применения данного подхода для формализации любой нормативной документации, в том числе и законодательных актов.

В разделе 4.2 с целью оптимизации организационных расходов предприятия в той их части, которая связана с изменением структуры организации при внедрении, сертификации и поддержании СК предприятия, разработана методика определения трудоемкости работ, выполняемых подразделением, отвечающим за качество. Разработанная методика подтверждена примером расчета трудоемкости работ подразделения, а также расчетом численности его сотрудников. При этом использовались данные, полученные в результате исследования работы подразделения, ответственного.

115 за качество на таганрогском промышленном предприятии ОАО ТКЗ «Красный Котельщик» — отдела систем управления и сертификации (ОСУ и С).

В разделе 4.3 рассмотрен метод формализации учета неявных производственных издержек (расходов на «скрытое производство), а также способ автоматизации данного процесса. Данная система внедрена в ОСУиС ОАО ТКЗ «Красный Котельщик». В разделе 4.4 рассмотрен подход к автоматизации учета расходов на сертификацию выпускаемой предприятием продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Результатом настоящей диссертационной работы явились разработка и исследование методов формализации (получения математических моделей) технологических и организационных бизнес-процессов, описывающих функционирование производства в виде стоимостных многопараметрических функций качества, методов и средств их оптимизации для решения задач управления качеством по экономическому критерию.

На основании изложенных в диссертационной работе теоретических исследований и анализа практических результатов можно сделать следующие выводы.

1. Сформулированный стоимостной критерий управления качеством позволяет оптимизировать расходы, связанные со всеми сторонами деятельности предприятия, включая организационную, в отличие от применявшихся ранее подходов, ориентированных в основном на оптимизацию технологии. Предложенный критерий позволяет осуществлять оптимизацию управления качеством поэтапно, вначале оптимизируя технологические расходы, а затем организационные при выбранной технологии.

2. Проведенное исследование характера зависимости основных производственно-экономических показателей качества продукции от влияющих факторов позволило сделать выводы о монотонности и сепарабельности этих зависимостей, а также о монотонности или унимодальности функции обобщенного стоимостного показателя качества, что позволяет достаточно просто проводить ее оптимизацию. Выявленный характер зависимости показателей качества от факторов влияния позволил сделать вывод, что решение задачи оптимизации для такого вида функций не потребует значительных переборов, и может быть получено, в частности, методами, аналогичными МТ. Данные методы используют в качестве целевой функции стоимостную функцию (функцию потерь), основаны на применении ортогональных матриц и достаточно просты для реализации.

3. Предложенный в диссертационной работе метод получения математической модели, представляющей зависимость выходных (стоимостных) параметров описываемого процесса от входных, с помощью экспертного опроса позволяет уменьшить расходы на построение модели по сравнению с методами, основанными на проведении экспериментов. Произведенная оценка погрешности предложенного в работе метода оптимизации в сравнении с МТ показала достаточно приемлемые результаты (менее чем 10%-я ошибка приближенных значений относительно точной модели и получение того же оптимума, что и при использовании в МТ точной модели).

4. Разработанные алгоритмы генерации ортогональных и квазиортогональных матриц для произвольного количества факторов и их уровней, а также произвольной силы, позволяют автоматизировать процесс получения таких матриц. При этом использование ортогональных матриц позволяет значительно сократить объем вычислительного эксперимента, что ведет к существенной экономии затрат.

Приведенные в пп. 1−4 теоретические результаты подготовили условия для реализации ЭС, настраиваемой на конкретное производство и позволяющей производить оптимизацию технологической прибыли предприятия путем получения математической модели производственного процесса на основе экспертных представлений, а также оптимизации полученной модели методом, аналогичным МТ. Данная система была реализована программно и внедрена на ОАО «Красный Котельщик».

5. Произведенная в диссертационной работе формализация документооборота предприятия в виде алгоритма, реализующего ЖЦ нормативной документации на примере СТП, позволила разработать методику оценки затрат на реализацию ЖЦ СТП, необходимую при оценке и оптимизации затрат на качество в условиях внедрения и сертификации СК предприятия, и внедрить ее в виде СТП на таганрогском промышленном предприятии ОАО ТКЗ «Красный Котельщик». На основании этой методики была получена математическую модель процесса актуализации СТП. Были рассчитаны оптимальный интервал времени между внесениями изменений в СТП в форме пакета и оптимальное количество заявок, входящих в пакет. Полученные в результате оптимизации формулы апробированы на данных предприятия ОАО ТКЗ «Красный Котельщик. Разработанная методика была реализована программно и может быть использована при формализации и оптимизации процесса актуализации любых нормативных документов, включая законодательные акты, как местные, так и федеральные.

6. Проведена формализация организационных процессов, связанных с изменением структуры предприятия при внедрении, сертификации и функционировании CK, была разработана и программно реализована методика определения трудоемкости работ, выполняемых подразделением, отвечающим за качество. Методика подтверждена примером расчета трудоемкости работ отдела систем управления и сертификации (ОСУиС) ОАО ТКЗ «Красный Котельщик», а также расчетом численности сотрудников этого подразделения, и внедрена на данном предприятии в виде СТП. Данная методика является универсальной и может использоваться при автоматизации процесса прогнозирования и оценки затрат предприятия на качество произвольного предприятия.

7. Разработанная автоматизированная система статистического анализа данных по контролю и действиям с несоответствующей продукцией позволяет проследить величину и проанализировать причины неявных производственных издержек предприятия на всех основных этапах ЖЦ продукции, а также сделать на основании этого анализа соответствующие выводы и рекомендовать необходимые предупреждающие и корректирующие действия. Данная система внедрена в ОСУиС ОАО ТКЗ «Красный Котельщик».

8. Рассмотренный в диссертационной работе подход позволяет автоматизировать процесс учета расходов на сертификацию выпускаемой предприятием продукции. Практическая реализация данного подхода выполнена в виде разработанного программного обеспечения,.

119 автоматизирующего расчет затрат на сертификацию продукции. Данный программный продукт является универсальным и может использоваться при прогнозировании расходов на качество любого предприятия. Программа внедрена в органе по сертификации таганрогского центра по стандартизации и сертификации.