Автоматизация систем оптимального управления процессами пополнения запасов материалов при заводском производстве железобетонных изделий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Ткаченко, Виталий Владимирович

• Ткаченко, Виталий Владимирович
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ткаченко, Виталий Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

1. РАЗДЕЛ. ОБЗОР СОСТОЯНИЯ И ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ РЫНКА СОВРЕМЕННОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ.

1.1. Роль и основные виды железобетонных конструкций в современном строительстве.

1.2. Сравнительный анализ типовых методов жилищного строительства.

1.3. Динамика развития современного жилищного строительства РФ.

1.4. Государственные программы в жилищном строительстве и анализ состояния жилищного фонда РФ.

1.5. Выводы и постановка задачи исследования.

2. РАЗДЕЛ. СИНТЕЗ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОТОКА ЗАЯВОК НА ИЗДЕЛИЯ СО СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ.

2.1. Условия проведения экспериментальных исследований.

2.2. Аппроксимация статических распределений аналитическими функциями.

2.3. Выводы по разделу 2.

3. РАЗДЕЛ. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ С УЧЁТОМ ОСОБЕННОСТЕЙ ЖБИ.

3.1. Общие характеристики и оценка потоков в теории массового обслуживания.

3.1.1 Понятия потока заявок и потока обслуживании.

3.1.2 Основные характеристики простейших потоков.

3.2. Классификация систем массового обслуживания.

3.2.1 Одноканальные системы.

3.2.2 Неуправляемые многоканальные системы.

3.2.3 Управляемые многоканальные системы.

3.3. Системы массового обслуживания с конечной емкостью накопителей, понятие предельного режима функционирования.

3.4. Методы минимизации вероятности задержки в обслуживании.

3.4.1 Управление емкостью накопителя.

3.4.2 Управление числом обслуживающих каналов.

3.5. Математическая модель канала обслуживания с учетом гарантированного запаса продукции в предельном режиме функционирования.

3.6. Выводы по разделу 3.

4. РАЗДЕЛ. РАЗРАБОТКА И ОПЫТНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОПТИМАЛЬНОГО

УПРАВЛЕНИЯ ПРЦЕССАМИ ПОПОЛНЕНИЯ ЗАПАСОВ ЖБИ

4.1. Оценка и выбор требуемого уровня автоматизации.

4.2. Выбор требуемых средств реализации.

4.3. Разработка алгоритма функционирования.

4.4. Описание функционирования автоматизированной системы оптимального управления процессами пополнения запасов.

4.5. Результаты опытной эксплуатация автоматизированной системы оптимального управления процессами пополнения запасов ЖБИ.

4.6 Выводы по разделу 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация систем оптимального управления процессами пополнения запасов материалов при заводском производстве железобетонных изделий»

1. Актуальность проблемы

Строительство как одна из основных инвестиционных отраслей оказывает большое влияние на экономику страны в целом. Эффективность капитальных вложений, технологическая структура основных фондов, реконструкция старых и темпы освоения новых производственных мощностей зависят от уровня развития капитального строительства. Основные экономические показатели -материалоемкость, трудоемкость и фондоемкость продукции любой отрасли во многом определяются соответствующими показателями продукции строительства. Чем ниже стоимость зданий и сооружений, тем ниже стоимость пассивной части основных производственных фондов предприятий, тем большая часть общих капитальных вложений может быть направлена, на увеличение активной части фондов, на совершенствование предметов труда.

Широкое применение в строительстве получили сборные железобетонные детали и конструкции, изготовленные на заводах или полигонах и доставляемые на объекты строительства в готовом виде. Применение крупноразмерных железобетонных элементов позволило основную часть работ по возведению зданий и сооружений перенести на завод с высокомеханизированным технологическим процессом, что существенно повысило производительность труда в строительстве.

Сборные железобетонные детали отличаются высоким качеством и долговечностью, не требуют специального ухода во время эксплуатации, их применение сокращает сроки строительства, уменьшает его трудоемкость, сокращает расход леса (так как отпадает необходимость в устройстве подмостей и опалубки) и металла (по сравнению со стальными конструкциями), упрощает производство работ в зимний период.

В настоящее время одной из наиболее остро стоящих проблем является жилищная проблема, однако для ее решения в первую очередь необходимо обеспечить население максимально доступным, с точки зрения стоимости, жильем, также темпы строительства должны быть достаточно высоки, для того чтобы скомпенсировать вывод из эксплуатации ветхого и аварийного жилья. Однако, оценив состояние и динамику развития жилищного сектора Российской Федерации в последние десятилетия, можно сделать вывод, о том, что темпов развития, недостаточно для решения поставленной задачи. В сложившейся ситуации, одним из решений является, проведение дополнительных исследований и внедрение в эксплуатацию новых алгоритмов управления работой предприятий по производству сборного железобетона. Так как показывает практика, схожие проблемы были успешно решены во второй половине прошлого столетия благодаря данному виду строительства.

Поэтому данная задача является актуальной, а при применении современной теоретической базы, и средств автоматизации вполне решаемой, о чем свидетельствуют результаты данной диссертационной работы.

2. Предмет исследований.

Структура оптимальной системы пополнения складских запасов на заводах по производству сборного железобетона, а также ее информационное и программное обеспечение.

3. Цель и основные задачи исследования

Целью работы является повышение эффективности использования складских площадей на заводах сборного железобетона, за счет создания методики комплексного анализа процессов происходящих между производством и объектами строительства, и ее дальнейшая автоматизация.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие задачи

3.1 Провести системный анализ входящих потоков заявок и исходящих потоков обслуживаний и установить законы их распределения.

3.2 Разработать аналитико-имитационную модель системы обслуживания в соответствии со стохастической природой входных и выходных потоков.

3.3 Сформировать критерии интегральной оценки эффективности функционирования модели, на основе графов фазовых состояний и алгоритмов работы системы.

3.4 С учетом сформированных критериев провести анализ технологического процесса производства железобетонных изделий, как объекта управления. Оценить результаты анализа в соответствии с существующими на сегодняшний день методиками расчета эффективности для данной отрасли строительства.

3.5 Разработать систему автоматизации производственных процессов завода ЖБИ на основании критериев интегральной оценки и оценить ее адекватность.

4. Методы исследования

При проведении системного анализа и разработке имитационной модели системы обслуживания использовались: теория графов, методы математического программирования, теория случайных процессов, теория массового обслуживания, имитационное моделирование. Разработка модели технологического процесса и ее последующая автоматизация проводились на основании: теории автоматического управления, методов оптимального управления, анализа и синтеза непрерывных и дискретных систем.

5. Научная новизна

Научную новизну работы составляют

• формализованное описание работы ЖБИ, как системы массового обслуживания, в условиях стохастической неопределенности.

• алгоритм прогнозирования и управления работой системы в предельном режиме, в соответствии с конечным уровнем складских запасов.

• методы поиска компромиссных решений при оценке эффективности функционирования системы по нескольким критериям.

• аналитико-имитационная модель системы, построенная в соответствии, с выведенными критериями оптимальной работы.

6. Практическая значимость работы

Полученные в ходе исследований и разработок данные, позволили эффективно решить проблему оптимального использования складских площадей на заводах сборного железобетона. Что непосредственно влияет на количество номенклатур выпускаемых изделии, и в свою очередь, совместно с автоматизацией процесса приема и управления заявками, позволяет существенно увеличить объемы выпуска необходимых номенклатур изделий, тем самым, создавая предпосылки для решения жилищной проблемы в России.

7. Апробация результатов работы

Сделаны доклады по результатам представленных исследований и получена их положительная оценка на следующих семинарах и конференциях:

Научно-исследовательские конференции Московского Государственного автомобильно-дорожного института (2004 - 2008 г.)

13 Московская международная межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых учёных Москва 2009 г.

Результаты работы были внедрены и используются на ОАО «Моспромстройматериалы».

По материалам диссертации опубликованы 5 статей.

8. На защиту выносятся

Математическая модель потока заявок строительных объектов в изделиях определенных номенклатур

Математическая модель жби как системы массового обслуживания в предельном режиме функционирования с ограничением по ёмкости складских помещений

Автоматизированная система оптимального управления процессами пополнения запасов материалов при заводском производстве железобетонных изделий

9. Структура и объем диссертационной работы

Диссертация содержит введение, 4 главы, общие выводы,

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Ткаченко, Виталий Владимирович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

• С учетом сложившейся на сегодняшний день ситуации в жилищном строительстве, когда объемы вводимого в эксплуатацию жилья почти в два раза меньше объемов эксплуатирующегося ветхого и аварийного жилья, а также учитывая высокую стоимость возводимого жилья. Крайне актуальной является задача, увеличения темпов строительства, а также снижение его стоимости, за счет увеличения доли крупнопанельного строительства в общем объеме.

• Необходимо обеспечить ДСК достаточным объемом работ, так как если ДСК обслуживает один или два объекта строительства, проект является экономически невыгодным, также удаление объектов строительства не должно превышать 200 км. Крупные ДСК, обслуживающие большое количество объектов, необходимо переориентировать на выпуск наиболее часто использующихся при строительстве номенклатур изделий. В свою очередь ДСК должен обеспечивать своевременную поставку изделий в необходимом количестве на объекты строительства. Так как свидетельствует опыт, основным недостатком является факт своевременного отсутствия изделий нужной номенклатуры в необходимом количестве на складах завода.

• Выбор номенклатуры, и сбор статистических данных о запросах изделий строительными объектами позволяет получить аналитические функции представления для каждого типа изделий, а дополнительная оценка, посредством минимизации среднеквадратичного отклонения, выбрать из семейства функций оптимальный вариант, который может быть использован в дальнейшем как теоретическая база для построения систем управления.

• Математическая модель жби как системы массового обслуживания в предельном режиме функционирования с ограничением по ёмкости складских помещений позволяет оценить эффективность работы завода, по выбранным критериям.

• В результате теоретического анализа, разработки мат. модели и критериев эффективности, разработана и испытана система, которая позволяет получить более низкий износ заводского оборудования, более ритмичный поток поставок изделий на строительные объекты и более экономичное использование складских помещений предприятия.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ткаченко, Виталий Владимирович, 2009 год

1. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979.

2. Матвеев В.Ф., Ушаков В.Г. Системы массового обслуживания. М.: Изд-во МГУ, 1984.

3. Советов Б.А., Яковлев С.А. Моделирование систем, М: Высшая школа, 1985.

4. Иголкин В.Н. Об оптимизации одной системы массового обслуживания // Вопросы механики и процессов управления. Вып.15. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1992.

5. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и её инженерные приложения, М: Наука, 1988.

6. Вентцель Е.С. Исследование операций, М:Наука, 1980.

7. Лифшиц А.Л. Статистическое моделирование СМО, М., 1978.

8. Советов Б.А., Яковлев С.А. Моделирование систем, М: Высшая школа, 1985.

9. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика, М: Высшая школа, 2001.

10. Акоф Р., Сасиени М. Основы исследования операций. Пер. с англ. М.: Мир, 1991.

11. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. М.: Мир, 1979.

12. Таха X. Введение в исследование операций. В 2-х книгах. Кн. 2. М.: Мир, 1985.

13. Кофман А., Крюон Р. Массовое обслуживание. Теория и приложения. — М.:Мир, 1995.

14. Башарин Г.П., Бочаров П.П., Коган Я.А. Анализ очередей в вычислительных сетях. — М.: Наука, 1989.

15. Гнеденко Б.В., Коваленко И.Н. Введение в теорию массового обслуживания. —М.: Наука, 1987

16. Федосеев Ю.Н. Методы анализа систем массового обслуживания. М.: Изд. МИФИ, 2002

17. Риордан Дж. Стохастические системы обслуживания. — М.: Связь, 2003.

18. Авен О.И. и др. Оценка качества и оптимизация вычислительных систем. М.: Наука, 2004. - 464 с.

19. Печинкин А.В., Чаплыгин В.В. Стационарные характеристики системы массового обслуживания. Автоматика и телемеханика, 2004

20. Барский Р.Г., Воробьев В. А. Моделирование и оптимизация САУ процессами пополнения запасов раздаточных бункеров: Учебное пособие/МАДИ. 1994 г.

21. Барский Р.Г., Воробьев В. А. Основы синтеза структур системуправления производительностью технологических процессов и производств строительных материалов и их оптимизация // Строительство №8 Изв. Вузов. Новосибирск. 1998

22. Барский Р.Г., Воробьев В. А., Звягин Г.М. Проектирование Автоматизированных систем управления и контроля в строительном производстве. Москва 1999

23. Афанасьев В.А., Шишкин А.И. Методы организации работ в строительстве: Учеб. Пособие,- Петрозаводск: Изд-во Петрозаводск. Ун-та, 1983

24. Соболев В.И. Методы оптимизации проектных решений строительного производства/ Новочерк.гос.техн. ун-т- Новочеркасск, 1999

25. Соболев В.И. Оптимизация строительных процессов/ Ростов н/ Д. Феникс 2006.

26. Барский Р.Г. Математические модели одноканальных систем обслуживания с приоритетом: Сб. научн. Тр. МАДИ 1992

27. Алгоритмы и программы решения задач на графах и сетях / Нечепуренко М.И., Попков В.К., Майнагашев С.М. и др. -Новосибирск: Наука, 1990

28. Ахо А., Хопкрофт Дж., Ульман Дж. Построение и анализ вычислительных алгоритмов. М.: Мир, 1999.

29. Басакер Р., Саати Т. Конечные графы и сети. М.: Наука, 1995.

30. Белов В.В., Воробьев Е.М., Шаталов В.Е. Теория графов. — М.: Высш. шк., 2003

31. Берж К. Теория графов и ее применения. — М.: Изд-во иностр. лит., 2002.

32. Евстигнеев В.А. Применение теории графов в программировании. М.: Наука, 2005.

33. Евстигнеев В.А., Касьянов В.Н. Теория графов: алгоритмы обработки деревьев. Новосибирск: Наука, 1994.

34. Ершов А.П. Введение в теоретическое программирование. Беседы о методе. М.: Наука, 2006.

35. Зыков А.А. Теория конечных графов. Новосибирск: Наука, 1999.

36. Зыков А.А. Основы теории графов. М.: Наука, 1994.

37. Касьянов В.Н. Оптимизирующие преобразования программ. М.: Наука, 1998.

38. Кнут Д. Искусство программирования для ЭВМ. Т. 3. Сортировка и поиск. М.: Мир, 1978.

39. Кристофидес Н. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 2003.

40. Лекции по теории графов. В.А.Емеличев, О.И.Мельников, В.И.Сарванов, Р.И.Тышкевич. М.: Наука, 2000.

41. Майника Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. М.:1. Мир,2001.

42. Ope О. Теория графов. М.: Наука, 1988.

43. Рейнгольд Э., Нивергельт Ю.; Део Н. Комбинаторные алгоритмы. Теория и практика. М.: Мир, 1990.

44. Свами М., Тхуласираман К. Графы, сети и алгоритмы. М.: Мир, 2004.

45. Уилсон Р. Введение в теорию графов. — М.: Мир, 1997.

46. Успенский В.А., Семенов А.Л. Теория алгоритмов: основные понятия и приложения. М.: Наука, 1987.

47. Харари Ф. Теория графов. М.: Мир, 1993.

48. Харари Ф., Палмер Э. Перечисление графов. М.: Мир,1987.

49. Berge С. Graphs (second revised edition), North Holland, Amsterdam - New York - Oxford, 1995.

50. Bondy J.A., Murty U.S.R. Graph theory with applications, North -Holland, New York Amsterdam - Oxford, 1996.

51. Golumbic M.C. Algorithmic graph theory and perfect graphs. -Academic Press, New York, 2000.

52. Toft В., Jensen T.R. Graph colouring problems. John Wiley & Sons, • Inc., 1994.

53. Tutte W.T. Graph Theory. Addison-Wesly, 1994.

54. Бусленко B.H. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем М.:Наука, 1997

55. Ю. Колесов, Ю. Сениченков Моделирование систем. Динамические и гибридные системы М: БХВ-Петербург, 2006

56. Е. Кудрявцев. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. М.: ДМК Пресс, 2003.

57. Ю.Колесов, Ю.Сениченков. Визуальное моделирование (Model Vision Studium). СПб: Мир и Семья, 2000

58. В. Дьяконов. VisSim+Mathcad+MATLAB. Визуальное математическое моделирование М.: СОЛОН-Пресс, 2004.

59. В.Д. Боев. Моделирование систем. Инструментальные средства GPSS World СПб.: БХВ-Петербург, 2004

60. Современное состояние теории исследования операций / Под ред. Н.Н.Моисеева. М.: Главная редакция физико-математической литературы, 1999.

61. Бурков В.Н. Математические основы теории активных систем. М.: Наука, 1995.

62. Кельтон В.Д., Лоу A.M. / Имитационное моделирование, изд. / СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2004.

63. Прицкер А. Введение в имитационное моделирование : Пер. с англ.-М.:Мир, 1997.-646с.

64. Технология системного моделирования / Е.Ф. Аврамчук, А.А. Вавилов, СВ. Емельянов и др.; Под общ. ред. СВ. Емельянова и др.- М: Машиностроение; Берлин: Техник,1988.-520с.

65. Советов Б Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб. для вузов 3-е изд., -М.:Высш.шк„ 2001. -343с.

66. Aksyonov К., Klebanov В., Hrenov A. Computer-aided design system of simulation business process model // Proceedings of the 4th IMACS Symposium on Mathematical Modeling,

67. ARGESIM Report no. 24. -Austria, Vieena University of Technology. 2003. P. 1414-1420.

68. Сходимость вероятностных мер. M.: Наука, 1997.

69. Теория случайных процессов. М. Физматлит, 2003.

70. Лифшиц. Устойчивые распределения, случайные величины и процессы.СПбГУ, 2007.

71. Розанов. Случайные процессы. М.: Наука, издания 1991.

72. Введение в теорию случайных процессов. М.: Наука, 1982

73. Крамер Г., Лидбеттер М. Стационарные случайные процессы. -М.: Мир. 1989 г.

74. Натан А.А. Случайные процессы: Учебное пособие. М.: МФТИ, 1988

75. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения. М.: Высшая школа, 2001.

76. Комени Дж., Снелл Дж. Конечные цепи Маркова. М.: Наука, 1982.

77. Миллер Б.М., Панков А.Р. Теория случайных процессов в примерах и задачах. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002.

78. Климов Г.П., Кузьмин А.Л. Вероятность, процессы, статистика. Задачи с решениями. М.: изд. МГУ, 1985

79. Прохоров А.В., Ушаков В.Г., Ушаков Н.Г. Задачи по теории вероятностей. Основные понятия. Предельные теоремы. Случайные процессы. М.: Наука, 1986.г.

80. И. И. Гихман, А. В. Скороход, М. И. Ядренко . Теория вероятностей и математическая статистика. Киев Высшая школа,1989.

81. И. И. Гихман, А. В. Скороход. Введение в теорию случайных процессов. М.-Наука, 1991.

82. Роберт Л. Круз. Структуры данных и проектирование программ. Бином. Лаборатория знаний 2008 г.

83. В. Грекул, Г. Денищенко, Н. Коровкина. Проектирование информационных систем. Учебное пособие (2-е издание) Интернет-университет информационных технологий 2008 г.

84. Виснадул Б., Гагарина О., Кокорева И. Технология разработки программного обеспечения. Учебное пособие Инфра-М 2008 г.

85. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. М.Мир,2004.

86. С.Макконнелл, Профессиональная разработка программного обеспечения. Символ-Плюс 2007 г.

87. С.Макконнелл, Совершенный код. Символ-Плюс 2006 г.

88. Л. Аткинсон, 3. Сураски., РНР 5. Библиотека профессионала. Символ-Плюс 2006.

89. David Lane, Hugh Е. Williams., Web Database Application with PHP and MySQL, 2nd Edition O'Reilly 2007

90. Котеров Д. В., Костарев А. Ф. РНР 5 В Подлиннике. БХВ-Петербург, 2006 г.

91. Лаура Томсон, Люк Веллинг. Разработка Web-приложений на РНР и MySQL . ДиаСофтЮП, 2003 г.

92. Christopher Cosentino. Advanced РНР for Web Professionals Prentice Hall PTR 2002

93. Рич Боуэн, Аллан Лиска, Дэниэл Лопес Ридруэйо. Apache. Настольная книга администратора. ДиаСофтЮП, 2002 г.

94. Ульман Л. MySQL Руководство по изучению языка. ДМК Пресс; Питер 2004 г.

95. Артеменко Ю.Н. MySQL: Справочник по языку. Диалектика, 2005 год

96. Robert Sheldon, Geoff Moes. Beginning MySQL. Wrox (March 21, 2005);

97. Л. Аткинсон. MySQL. Библиотека профессионала. Диалектика 2002 г. ;

98. Стивен Хольцнер РНР в примерах Диалектика 2004 г. ;

99. Кристиан Дари, Богдан Бринзаре, Филип Черчез-Тоза, Михай Бусика. AJAX и РНР. Разработка динамических веб-приложений. Символ-Плюс, 2006 г.

100. Д. Скляр, А. Трахтенберг. РНР. Рецепты программирования. БХВ-Петербург, 2007 г.

101. Эд Леки-Томпсон, Хьяо Айде-Гудман, Алек Коув, Стивен Д. Новицки. РНР 5 для профессионалов. Вильяме, 2006 г.

102. Люк Веллинг, Лора Томсон. Разработка Web-приложений с помощью РНР и MySQL . Вильяме, 2007 г.1. Листинг кода