Анализ и оптимизация транспортной производственной системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Якубовская, Наталья Николаевна

• Якубовская, Наталья Николаевна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Якубовская, Наталья Николаевна

Введение.

1 Аналитический обзор методов оптимального управления транспортной системой промышленного химико-технологического предприятия. Постановка задачи оптимизации транспортной производственной системы.

2 Методы решения задач управления транспортной системой.

2.1 Методы определения оптимальных путей в транспортной сети.

2.2 Методы решения транспортной задачи.

2.3 Венгерский метод.

2.4 Итерационные методы для нелинейных транспортных задач.

3 Математическое моделирование производственных операций транспортной системы.

3.1 Модель перемещения транспортных средств между пунктами транспортной сети.

3.2 Модель назначения группы транспортных средств для выполнения транспортировки.

4 Программное обеспечение для оптимизации транспортной производственной системы.

4.1 Программа нахождения возможного количества транспортных средств.

4.2 Программа определения оптимальных путей в транспортной сети.

4.3 Программа решения транспортной задачи.

4.4 Программа решения задачи о назначениях.

5 Сведение задачи синтеза химико-технологической системы к транспортной задаче.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ и оптимизация транспортной производственной системы»

Российская экономика в значительной степени перешла на рыночные принципы организации и управления производствами и производственными процессами. Поэтому вопросы конкуренции, максимизации прибыли и/или минимизации затрат являются чрезвычайно актуальными.

Важной статьей затрат промышленных химико-технологических предприятий являются транспортные расходы на перекачку сырья, полуфабрикатов, продуктов, пара, воды, перемещение других материальных и энергетических ресурсов. Например, в нефтеперерабатывающей промышленности они составляют до 17% всех расходов на выпуск продукции [1]. Максимальная экономия транспортных расходов приведет к росту прибыли, а значит, и к увеличению конкурентоспособности конкретного предприятия.

Экономия транспортных расходов, как и в целом, снижение издержек -это стратегия создания конкурентных преимуществ, которая является одним из основных направлений стратегического управления. Модели стратегического управления имеют цель описать и объяснить возможности промышленных предприятий в конкурентной борьбе. Основой любой модели стратегического управления являются процедуры описания организации производства, операционный менеджмент, управление большими производственными структурами и качеством продукции.

Источниками конкурентных преимуществ являются: оптимизация внутрипроизводственных связей, оптимизация деятельности предприятия во времени, интеграция распределительных сетей и др. Математическую основу моделей составляют аппарат теории вероятностей, математическая статистика, методы исследования операций и методы принятия решений. Необходимо отметить, что эти модели являются абстрактными, имеют большую размерность, носят главным образом качественный характер, что затрудняет получение аналитических решений [28].

Отсюда следует, что основная идея настоящей научной работы заключается в исследовании взаимосвязей качественных оценок стратегического управления и формализованных количественных математических подходов на примере решения сложной производственной задачи оптимизации транспортной производственной системы (ТПС) с использованием методов системного анализа [14-17].

Целью диссертации является оптимизация транспортной производственной системы химико-технологического предприятия. Для ее достижения: выполнена постановка задачи оптимизации транспортной производственной системы;

- построены математические модели транспортной системы и элементарных транспортных операций;

- выбраны методы и алгоритмы решения задачи оптимизации транспортной системы;

- разработаны комплексы компьютерных программ для оптимизации транспортной производственной системы.

Основные научные результаты диссертации:

- математические модели транспортной производственной системы для оценки эффективности перемещения между пунктами транспортной сети и для оценки целесообразности назначения группы транспортных средств (ТС), выполняющих заданную транспортировку;

- алгоритм и программа, реализующая метод динамического программирования для решения транспортной задачи, которые удовлетворяют марковскому свойству;

- итерационные алгоритмы для нелинейной задачи оптимизации транспортной производственной системы;

- методику построения оптимальной химико-технологической системы производства дизельных топлив, использующую разработанные алгоритмы оптимизации транспортной системы.

Разработанная математическая модель оперативного управления ТПС и ее программная реализация позволяют оценить затраты при планировании транспортировок, что дает резерв экономии ресурсов.

Универсальность разработанных алгоритмов и программ показана на примере построения оптимальной химико-технологической системы производства дизельных топлив.

Диссертационная работа состоит из пяти глав.

В первой главе на основании аналитического обзора методов оптимального управления транспортной системой промышленного химико-технологического предприятия представлена постановка нелинейной задачи управления транспортной производственной системой и ее декомпозиция на отдельные задачи, согласно которой сначала решается подзадача определения оптимальных путей перемещения ресурсов, затем строится матрица затрат на транспортировку. На матрице затрат решается транспортная задача. Полученное решение транспортной задачи используется для формирования матрицы цен назначений и решается задача о назначениях, которая является решением задачи оптимального оперативного управления ТПС. Общая задача оптимизации решается путем последовательного решения отдельных подзадач.

Вторая глава посвящена методам определения оптимальных путей в транспортной сети. Показано, что для определения оптимальных путей в транспортной сети, представленной в виде неориентированного графа, следует использовать метод Дейкстры или метод динамического программирования. Трудоемкость обоих методов примерно одинаковая и заложена одна и та же вычислительная идея: прямой путь из / в у может оказаться «дороже», чем обходной путь через промежуточные вершины. В качестве унифицированного был выбран один метод динамического программирования.

Далее в главе дается анализ методов решения транспортной задачи.

Это методы определения начального плана транспортировок, позволяющие выбрать начальное приближение для решения транспортной задачи случайным образом: метод северо-западного угла и метод наименьшего элемента.

Метод потенциалов позволяет улучшить начальное приближенное решение и довести его до оптимального. Усовершенствование решения производится с помощью циклических перестановок на таблице транспортировок, которые сокращают суммарную стоимость транспортировок.

Дополнительные трудности возникают, когда стоимость транспортировки зависит от плана поставки нелинейным образом. В этом случае общий критерий оптимизации также нелинейный.

Один из методов решения такой задачи является сведение нелинейной задачи к некоторой последовательности линейных задач, для которых существует метод потенциалов. Рассмотрен и другой возможный подход к решению транспортной задачи с нелинейным критерием, а именно -последовательные приближения в рамках динамического программирования. Для решения задачи о назначениях рассмотрен венгерский метод. Приведены итерационные методы для поиска оптимума в нелинейных задачах.

Третья глава посвящена математическому моделированию производственных операций транспортной системы.

В качестве основных производственных операций транспортных систем рассматриваются две основные операции: перемещение из пункта к в пункт / в составе пути из /-го пункта транспортной сети в у-ый пункт перемещения и назначение р-ой группы транспортных средств для выполнения ^-ой транспортировки. Для их оценки разработаны соответствующие математические модели.

В четвертой главе представлен комплекс программ системы оптимального оперативного управления: программа нахождения возможного количества транспортных средств, программа для определения оптимальных путей в транспортной сети, программа решения транспортной задачи и приведены новые алгоритм и программа для решения задачи, удовлетворяющие марковскому свойству, а также программа решения задачи о назначениях.

В пятой главе показано, как на примере задачи синтеза химико-технологической системы компаундирования топлив нефтеперерабатывающего предприятия показана, эта задача может быть сведена к транспортной и получено ее оптимальное решение.

Результаты диссертации докладывались на международных и всероссийских научных конференциях: научная конференция «ММТТ-19» (2006г., г. Воронеж), XI Международная открытая научная конференция «Современные проблемы автоматизации в прикладных задачах» (2006г., г. Воронеж).

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Якубовская H.H., Викторов В.К., Лисицын Н.В., Кузичкин Н.В. Синтез системы оперативного управления транспортировкой материальных ресурсов. В сборнике Современные проблемы информатизации в прикладных задачах, №4, Воронеж: Научная книга, 2005. - с. 144-147.

2. Якубовская H.H. Логическая концепция организации работы транспортного хозяйства нефтеперерабатывающего предприятия. В сборнике Интеллектуализация предприятий нефтехимического комплекса: экономика, менеджмент, технология, инновации, образование. - СПб: СПб ГИЭУ, 2006. -с.390-392.

3. Якубовская H.H., Викторов В.К., Лисицын Н.В. Задача оперативного управления транспортной производственной системой //Проблемы управления. 2006. №1,-с. 44-46.

4. Якубовская H.H., Викторов В.К., Лисицын Н.В. Оценка затрат на перемещение ресурсов в транспортной сети (тезисы). ММТТ-19. Воронеж. Воронежская государственная технологическая академия. 2006. - с. 141-142.

5. Якубовская H.H., Викторов В.К., Лисицын Н.В., Кузичкин Н.В. Алгоритм для решения транспортной задачи методом динамического программирования //Системы управления и информационные технологии, №1, 2006. - с.24-26.

6. Викторов В.К., Ананченко И.В., Якубовская H.H. Новый алгоритм определения минимальной цены транспортировки товара. Программная реализация разработанного алгоритма в среде Delphi. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки №5886 от 27.03.06 г. Отраслевой фонд алгоритмов и программ. Федеральное агентство по образованию.

7. Якубовская H.H. Динамическое программирование для транспортной задачи с двумя пунктами потребления // Химическая промышленность, т.83, №5, 2006. - с.245-250.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Якубовская, Наталья Николаевна

Выводы

1. На основании анализа транспортной производственной системы определены пути повышения ее эффективности за счет оптимизации структуры и параметров.

2. На основании изучения совокупности бизнес-процессов получена формализованная структура транспортной производственной системы.

3. В результате анализа объекта исследования сформулирована задача оптимального оперативного управления транспортной производственной системой химико-технологического предприятия, в соответствии с которой общая задача управления декомпозируется на три отдельных задачи: определения оптимальных путей в транспортной сети, собственно транспортную задачу и задачу назначения транспортных средств для оптимальной реализации транспортировок.

4. Разработан комплекс алгоритмов и программ для решения задачи оптимизации ТПС, внедренный в промышленную эксплуатацию в цехе №21 ООО «ПО«Киришинефтеоргсинтез».

5. На основании анализа алгоритма, реализующего метод динамического программирования для решения транспортной задачи, показано, что замкнутая транспортная задача не обладает марковским свойством, поскольку в ходе итерационного решения не удовлетворяется требование равенства количества ресурсов, которое должно быть перемещено из данного источника, заданному их числу. Разработаны новые алгоритм и программа для решения задачи, удовлетворяющие марковскому свойству.

6. На примере построения оптимальной химико-технологической системы производства дизельных топлив показано, как задача синтеза этой ХТС сводится к транспортной задаче, что подтверждает универсальность разработанных алгоритмов и программ.

Заключение

1. Исследована задача компаундирования дизельных топлив химико-технологического предприятия и представлено ее формальное описание, в соответствии с которым процессы производства полуфабрикатов и конечных продуктов в потоке описываются уравнениями, аналогичными уравнениям в задаче оптимизации ТПС.

2. Показано, что решение задачи компаундирования дизельных топлив может быть осуществлено с помощью методов математического программирования, используемых для решения задачи оптимизации ТПС, представленных в настоящей работе, что позволит произвести модернизацию технологической схемы действующего производства для повышения его эффективности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Якубовская, Наталья Николаевна, 2006 год

1. Сомов В.Е. Стратегическое управление нефтеперерабатывающими предприятиями. - СПб: Химиздат, 1999. - 264с.

2. Ансофф И. Стратегическое управление. М.: Экономика, 1989. - 519с.

3. Ефимов B.C. Стратегия бизнеса. М.: - Финпресс, 1998. - 192с.

4. Ефремов B.C. Классические модели стратегического анализа и планирования: модель Шелл/DPM. Менеджмент в России и за рубежом, сентябрь-октябрь, 1997.-с.62-68.

5. Маркова В.Д., Кузнецова С.А. Стратегический менеджмент. М.: ИНФРА-М, 1999.-90с.

6. Захаров Г.Н. Формирование экономического механизма устойчивогоразвития нефтехимического предприятия: Дис.канд. экон. наук. С

7. Петербургский государственный инженерно-экономический университет, 2002. -183 с.

8. Лисицын Н.В. Оптимизация нефтеперерабатывающего производства. -СПб: ХИМИЗДАТ, 2003. 184 с.

9. Локтаев C.B., Лисицын Н.В. Управление организационными системами. СПб, Химиздат, 2005, -586 с.

10. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.-488 с.

11. Перцовский М.И., Белышев П. А. Комплексная автоматизация промышленного предприятия на примере системы учета и контроля ресурсов нефтедобывающего и нефтепереррабатывающего предприятий, //Мир компьютерной автоматизации, № 6, 2002. с.44-49.

12. Волкова В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа. СПб: СПбГТУ, 2003.-520 с.

13. Юдицкий С.А. Технология целевого моделирования бизнес-систем //Приборы и системы управления, №10, 2000. с.76-81.

14. Юдицкий С.А. Сценарно-целевой подход к системному анализу //Автоматика и телемеханика, №4, 2001. с. 163-175.

15. Якубовская H.H., Викторов В.К., Лисицын Н.В. Задача оперативного управления транспортной производственной системой //Проблемы управления. 2006. №1. с. 44-46.

16. Якубовская H.H., Викторов В.К., Лисицын Н.В. Оценка затрат на перемещение ресурсов в транспортной сети (тезисы). ММТТ-19. Воронеж. Воронежская государственная технологическая академия. 2006. с. 141-142.

17. Корягин М.Е. Конкуренция транспортных потоков //Автоматика и телемеханика, №3, 2006. с. 143-151.

18. Кутыркин С.Б., Волчков С.А., Балахонова Н.В. Повышение качества предприятия с помощью информационных систем класса ERP //Методы менеджмента качества, №4, 2000. 8с.

19. Кнопов А.П., Пепеляев В.А. О некоторых непрерывных моделях управления запасами//Кибернетика и системный анализ, №3, 2005.-с. 175178.

20. Галушко В.Г. Об одной модели учета потерь при транспортировке скоропортящихся грузов //Проблемы управления и информатики, №3, 2005. сЛ 23-127.

21. Юдин Д.Б., Гольштейн Е.Г. Задача и методы линейного программирования. М.: Советское радио, 1964. - 736с.

22. Кофман А. Введение в прикладную комбинаторику. М.: Наука, 1975. -479с.

23. Голыитейн Е.Г., Юдин Д.Б. Задачи линейного программирования транспортного типа. М.: Советское радио, 1969. с.53-56.

24. Кузнецов A.B., Сакович В.А., Холод Н.И. Высшая математика. Минск: Высшая школа, 2004. - 436с.

25. Туревский И.С. Экономика и управление автотранспортным предприятием. М.: Высшая школа, 2005. - 211с.

26. Александров Н.И. Методы и модели стратегического интегрированногоуправления социально-экономическими системами: Дис. докт. экон.наук. СПб государственный университет, 1997. 350с.

27. Лукинский B.C. и др. Логистика автомобильного транспорта. М.: Финстат, 2004.-368с.

28. Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. М.: Мир, 1975.-536 с.

29. Гилл Ф., Мюррей У., Райт М. Практическая оптимизация. М.: Мир, 1985509 с.

30. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике: в 2-х книгах. Кн. 1. М.: Мир, 1986. -352 с.

31. Реклейтис Г., Рейвиндран А., Рэгсдел К. Оптимизация в технике: в 2-х кн. Кн. 2. М.: Мир, 1986.-320 с.

32. Розенброк X., Стори С. Вычислительные методы для инженеров-химиков. М.: Мир, 1968.-444 с.

33. Карманов В.Г. Математическое программирование. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001.-264 с.

34. Козлов В.Н., Колесников Д.Н., Сиднев А.Г. Решение задач математического программирования. СПб: СПбГТУ, 1992. -112 с.

35. Калиткин H.H. Численные методы. М.: Наука, 1978. -512 с.

36. Рейгольд Э., Нивергельд Ю., Део Н. Комбинаторные алгоритмы. Теория и практика. М.: Мир, 1980. - 476с.

37. Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Построение и анализ вычислительных алгоритмов. М.: Мир, 1979. - 536с.

38. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. М.: Наука, 1965. - 458с.

39. Романовский И.В. Алгоритм решения экстремальных задач. М.: Наука, 1977.-352с.

40. Хедли Дж. Нелинейное и динамическое программирование. М.: Мир, 1967.-506с.

41. Триус Е.Б. Задача математического программирования транспортного типа. М.: Сов. радио, 1967. с.81-82.

42. Миронов A.A., Цурков В.И. Замкнутые транспортные модели с минимаксным критерием // АиТ, №3, 2002. с.50-61.

43. Хачатурян Н.К. О решениях типа бегущей волны в одной транспортной модели // АиТ, №3,2003. с.137-149.

44. Авен О.И., Ловецкий С.Е., Моисеенко Г.Е. Оптимизация транспортных потоков. М.: Наука, 1985. с.110.

45. Хеллман О. Введение в теорию оптимального поиска. М.: Наука, 1985. с.9-22.

46. Рубенштейн М.И., Сергеев С.И. Математические модели и методы решения задач минимизации транспортных затрат в производственных системах // Итоги науки и техники. Сер. Организация управления транспортом. Т. 12. -М.: ВИНИТИ, 1992. с.3-90.

47. Кравцов М.К., Лукшин Е.В. О целочисленных вершинах многогранника трехиндексной аксиальной транспортной задачи // АиТ, №3. 2004. с.71-79.

48. Афраймович Л.Г., Прилуцкий М.Х. Многоиндексные задачи распределния ресурсов в иерархических системах//АиТ, №6, 2006. с. 194205.

49. Борисов В.И., Гор А.И., Дехтяр Б.А. и др. Автомобиль «Волга» ГАЗ-24. -М.: Машиностроение, 1975. 252с.

50. Якубовская H.H., Викторов В.К., Лисицын Н.В., Кузичкин Н.В. Алгоритм для решения транспортной задачи методом динамического программирования //Системы управления и информационные технологии, №1, 2006. с.24-26.

51. Лисицын Н.В. Оптимизация процессов разделения-смешения //ТОХТ. 2003. Т. 37. №3.-с. 319-323.

52. Сомов В.Е., Садчиков И.А., Шершун В.Г. и др. Стратегические приоритеты российских нефтеперерабатывающих предприятий. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2002. -292 с.

53. Залищевский Г.Д., Поздяев В.В., Лисицын Н.В., Кузичкин Н.В. Оптимальное компаундирование дизельных топлив //Нефтепереработка и нефтехимия. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2002. № 4. -с. 10-14.

54. Лисицын Н.В., Поздяев В.В., Кузичкин Н.В. Оптимальное смешение дизельных топлив //Тезисы докладов конференции «Математические методы в технике и технологиях» ММТТ-15. Тамбов, 2002. Т. 6. -с. 63-65.

55. Кособокова Э.М., Березинец П. А. К разработке стратегии энергосбережения на предприятиях нефтепереработки. //Химия и технология топлив и масел, № 1, 2001.-е. 6-8.

56. Лисицын Н.В., Кузичкин Н.В. Комплекс для получения топливных смесей //Свидетельство на полезную модель № 26350. Офиц. бюл. российского агенства по патентам и товарным знакам «Изобретения. Полезные модели». Москва, № 33, 2002. -с.413.

57. Логинов С.А., Капустин В.М., Луговской А.И. и др. Промышленное производство высококачественных дизельных топлив с содержанием серы 0,035 и 0,05 //Нефтепереработка и нефтехимия. М.: ЦНИИТЭнефтехим, № 11, 2001.-е. 57-61.

58. Вентцель Е.С. Элементы динамического программирования. -М.: Наука, 1964.-176с.

59. Ховард P.A. Динамическое программирование и марковские процессы. -М.: Мир.-192с.

60. Голубков Е.П. Технология принятия управленческих решений. -М.: «Дело и сервис», 2005. -544с.

61. Хемди А.Т. Введение в исследование операций. -М.: Изд. «Вильяме»,2005.-912с.

62. Кнут Д.Э. Искусство программирования, т.1. Основные алгоритмы. -М.: Изд. «Вильяме», 2000. -720с.

63. Кнут Д.Э. Искусство программирования, т.2. Получисленные алгоритмы. -М.: Изд. «Вильяме», 2000. -832с.

64. Кнут Д.Э. Искусство программирования, т.З. Сортировка и поиск. -М.: Изд. «Вильяме», 2000. -720с.

65. Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р. Алгоритмы: построение и анализ. -М.: МЦНМО. 2000. -960с.

66. Шень А. Программирование: Теоремы и задачи. -М.: МЦНМО, 2004. -296с.

67. Альфред В.А., Хопкрофт Д., Ульман Д.Д. Структуры данных и алгоритмы. М.: Изд. «Вильяме», 2000. - 384с.

68. Андреева Т.А. Программирование на языке Paskal. -M.: Интернет-университет ИТ, Бином, 2006. -240с.

69. Безменов H.A. Turbo Paskal 7.0. Руководство программиста. -М.: Эксмо,2006.-160с.

70. Доменский М.С. Алгоритмизация и программирование на Turbo Paskal. -СПб: Питер, 2004.-237с.

71. Коффман Э.Б. Turbo Paskal. -M.: Изд. «Вильяме», 2002. -896с.

72. Warren R. Learn Object Paskal with Delphi. Wordware Publisting inc. -400p.75. http: www.petroleumrefining.com.

73. Якубовская Н.Н. Динамическое программирование для транспортной задачи с двумя пунктами потребления, т.83. Химическая промышленность, №5, 2006. -с.245-250.

74. Adams С., Peter J.F., at al. Inrestigation of Soybean Oil as a Dissel Fuel Extender: Endurance Tests. //JA OCS, 1983,1574-1579 pp.