Опыт формирования моделей, методов и алгоритмов комплексного планирования и управления материальными потоками в многоуровневых территориально распределенных транспортно-производственных системах

А. В. Воронин Петрозаводский государственный университет

Опыт формирования моделей, методов и алгоритмов комплексного планирования и управления материальными потоками в многоуровневых территориально распределенных транспортно-производственных системах

В последние годы в России активно происходят интеграционные процессы, связанные с укрупнением промышленного производства и созданием групп взаимосвязанных и взаимозависимых предприятий. Одними из наиболее интересных примеров интеграции промышленных предприятий являются лесопромышленный, нефтегазовый, металлургический, горнодобывающий, машиностроительный комплексы [1], [2], [4], [6], [7], при этом назрела острая необходимость модернизации этих комплексов для повышения экономической эффективности их функционирования и формирования добавленной стоимости на территории России [6], [7], [12], [13], [14].

Современные интегрированные структуры представляет собой сложные организационно -экономические, технические и технологические комплексы, предприятия которых могут быть удалены друг от друга на сотни и тысячи километров, а численность персонала варьироваться от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч человек. В условиях территориальной удаленности предприятий значительно возрастает необходимость согласованных действий и оперативного принятия решений, повышения эффективности планирования и управления на уровне всего комплекса и отдельных предприятий [6], [8], [13], [14].

Для решения перечисленных задач можно эффективно использовать средства экономикоматематического моделирования и численные методы решения задач математического программирования с применением информационных технологий [3], [5], [6], [7], [11].

При этом может быть использован многолетний опыт Петрозаводского государственного университета (ПетрГУ) в области формирования моделей, методов и алгоритмов комплексного планирования и управления материальными потоками в многоуровневых территориально распределенных транспортно-производственных системах.

Этот опыт начал формироваться в ПетрГУ в период создания кафедры прикладной математики и кибернетики математического факультета, образованной 6 сентября 1982 г. и выпустившей к настоящему времени более 1000 высоко квалифицированных специалистов в области математического моделирования, оптимального управления, систем автоматизации, информационных технологий. Большинство из них успешно используют полученные знания и навыки на промышленных предприятиях, в коммерческих фирмах, государственных учреждениях, научных институтах Республики Карелия и других регионах РФ. В 1997 году на кафедре была основана научно-педагогическая школа «Математическое моделирование естественно-научных и хозяйственных процессов и систем управления» под руководством профессора Чернецкого В. И. Сейчас школа объединяет уже несколько научных коллективов, ставших самостоятельными научно-педагогическими и научно-производственными подразделениями: кафедру прикладной математики и кибернетики, кафедру математического моделирования систем управления, лабораторию математического моделирования систем управления в лесопромышленном комплексе, Центр ПетрГУ-Метсо Систем Автоматизации [9].

Непрерывность подготовки научно-педагогических кадров обеспечивается за счет работы аспирантуры по специальностям 01.01.09 «Математическая кибернетика» и 05.13.18 «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ». За время существования кафедры ее сотрудники защитили 18 кандидатских диссертаций и 3 докторских диссертации. Это говорит о высоком научном уровне преподавателей кафедры и, как следствие, о высоком уровне подготовки студентов, которые составят элиту технической интеллигенции Республики Карелия.

Научная работа кафедры проводится по следующим направлениям: формирования моделей, методов и алгоритмов комплексного планирования и управления материальными потоками в многоуровневых территориально распределенных транспортно-производственных системах, математическое моделирование процессов управления; методы решения оптимизационных задач и их практические приложения в управлении производством; разработка программного обеспечения для решения задач моделирования систем управления, проектирование автоматизированных рабочих мест и информационных систем.

Экономико-математическое моделирование процессов управления в настоящее время является одним из основных инструментов определения оптимальных параметров функционирования различных экономических систем [6], [8], [10], [11].

Модели, построенные в определенном соответствии с объектом исследования, позволяют составлять прогноз развития объекта и его составных подсистем, изменение основных количественных характеристик. Вертикально-интегрированная структура (ВИС) является многоуровневой иерархической системой, включающей предприятия различных подотраслей и центральные органы управления, некоммерческие союзы, партнерства и организации.

В своей деятельности эти структуры постоянно принимают решения в условиях ограниченности времени, финансовых, трудовых, природных ресурсов, технических средств, технологических возможностей. Методы и средства экономико-математического моделирования в сочетании с использованием вычислительной техники позволяют достаточно эффективно решать задачи планирования и управления как для отдельных предприятий ВИС, так и для всего комплекса в целом.

Очевидно, что подобная структура - весьма специфическая большая экономическая система, свойства которой определяют характер и место задач планирования и управления, особенности их постановки и методов решения (как раздельно, так и в комплексе). Отметим эти особенности: специфичность сырья, конечной продукции и природно-производственных условий и требований к освоению лесных ресурсов; многоцелевой характер задач (ВИС включает относительно экономически самостоятельные объекты, цели которых, как и объекты моделирования, образуют иерархическую систему); значительное влияние "внутренних" и "внешних" факторов неопределенности; наличие комплекса задач и моделей, связанных между собой (невозможно описать ВИС как большую экономическую систему одной моделью); задачи и модели комплекса имеют четко выраженную иерархическую структуру и могут решаться в определенной последовательности (возможно с повторным переходом на более низкий уровень); задачи и модели различаются степенью детализации описания процесса управления ВИС и его подразделениями, решение каждой из них может представлять собой исходную информацию для решения других; информационные связи задач обычно образуют контур, в этом случае возникает проблема декомпозиции комплекса задач; в процессе решения задач имеется возможность расчета экономических оценок ресурсов, технологий и т. д., роль которых в реализации экономических механизмов управления деятельностью ВИС ЛПК чрезвычайно велика.

Исследование структуры и систем управления показывает, что одно из центральных мест в управлении предприятиями комплекса занимают транспортно-производственные задачи. Будучи наиболее важными и, в то же время, наиболее сложными для решения транспортнопроизводственные задачи способны обеспечить наиболее высокий экономический эффект, выявить узкие места и состояние производственной структуры, а также перспективы ее развития.

Вышеизложенное определило постановку и решение в Петрозаводском государственном университете задач экономико-математического моделирования в управлении и планировании работы вертикально-интегрированных структур, рассмотренных в работах [5], [6], [8], [10], [11] и др. Научные и прикладные разработки в этой области известны далеко за пределами Карелии. За двадцать пять лет внедрено в промышленную эксплуатацию более 70 прикладных программных систем. Среди заказчиков - Кондопожский ЦБК, Сегежский ЦБК, ОАО «Карелэнерго», АХК «Кареллеспром», Архангельский ЦБК, Котласский ЦБК, Красноярский и

Усть-Илимский лесопромышленные комплексы, ВНПО «Бумпром» и другие. Ежегодно ведется несколько проектов в рамках выполнения договоров по заказам предприятий и организаций нефтегазовой, целлюлозно-бумажной, химической, энергетической и горно-добывающей отраслей промышленности в Республике Карелия, на Северо-Западе Российской Федерации, в Ставропольском крае, Западной Сибири, Якутии и на Украине (ОАО «Сегежский ЦБК», ОАО «Кондопога», ОАО «Архангельский ЦБК», ОАО «Соломбальский ЦБК», ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «Невинномысский Азот», АК «Алроса», ОАО «Сибур-Тюмень» Полтавский ГОК и др.).

С 1993 года успешно развивается сотрудничество ПетрГУ с финской фирмой АО «Metso Automation» (ранее - «Valmet Automation»). Metso Automation специализируется на производстве и поставках систем управления технологическими процессами, информационных систем, полевых устройств, и услуг, охватывающих все стадии жизненного цикла оборудования и предприятия. Основными заказчиками являются предприятия целлюлозно-бумажной, горнообрабатывающей, энергетической и нефтехимической отраслей промышленности. Продукция Metso Automation поставляется по всему миру. Специалисты кафедры участвовали в реализации проектов «Metso Automation» на территории России в 2001-2002 гг. на ОАО «Сегежский ЦБК», ОАО «Кондопога», АО «Сургутнефтегаз», Полтавский ГОК и др. Сотрудничество кафедры с финской фирмой АО «Metso Automation» вылилось в создание в 2002 году совместного Центра ПетрГУ-Метсо Систем Автоматизации как подразделения Северо -Европейского открытого университета. Возглавляет Центр д.т.н., профессор Воронин А. В. Большинство сотрудников Центра - это выпускники и студенты ПетрГУ, которые используют полученные знания, творческий потенциал и научные разработки кафедры при решении практических задач

К числу научно-практических задач, разработанных кафедрой относятся: задача

оптимальной загрузки оборудования производства беленой сульфатной целлюлозы, задача моделирования течения массы в напорном ящике бумагоделательной машины, задача оптимального планирования работы оборудования цеха гофротары, задача управления ремонтным производством, автоматизированного пономерного учета вагонов, задача учета и анализа расхода энергоресурсов предприятия, задача оптимального размещения рулонов бумаги и картона при погрузке в контейнеры и вагоны, задача совершенствования документооборота и технологии управления системой сбыта энергией, задача оптимального раскроя гофрополотна, задача управления многономенклатурным производством класса ERP -MRP II, задача оптимального распределения заказов бумагоделательных машин ЦБК, задача оптимального управления сбытом продукции, задача определения дифференциальных рент лесосек, задача проектирования технологических транспортных сетей лесопромышленного комплекса и многие другие. Внедрение в промышленное производство разработанных задач принесло предприятиям значительный экономический эффект, и как следствие, положительным образом отразилось на экономике и Республики Карелия, и других регионов Российской Федерации.

Список литературы

1.Булатов А. Ф. Трансформации корпоративных структур / А. Ф. Булатов, И. Р.

Шегельман. - Архангельск: Изд. Дом «Юпитер». - 208 с.

2.Воронин А. В. Интегрированные структуры в лесной промышленности / Воронин А. В.,

Шегельман И. Р. - СПб.: СПбГЛТА, 2003. - 160 с.

3.Воронин А. В. Конкуренция на рынке ИТ-товаров и ИТ-услуг / Воронин А. В., Шегельман

И. Р. - Петрозаводск, Изд-во ПетрГУ, 2010. - 300 с.

4.Воронин А. В. Лесопромышленная интеграция: теория и практика / Воронин А. В., Шегельман

И. Р. - Петрозаводск, Изд-во ПетрГУ, 2009. - 464 с.

5.Воронин А. В. Математические модели и методы в планировании и управлении

предприятием ЦБП / А. В. Воронин, В. А. Кузнецов. - Петрозаводск: ПетрГУ, 2000. - 256 с.

6.Воронин А. В. Модели, методы и алгоритмы комплексного планирования и управления материальными потоками в многоуровневых территориально распределенных транспортно-производственных системах: Дис. ... док. техн. наук. 05.13.01. — СПб, 2005. - 313 с.

6.Воронин А.В. Перспективы развития интегрированных лесопромышленных предприятий//Лесная промышленность. -2003. -№ 3. -С. 6-8.

7.Исследование операций в планировании и управлении предприятием ЛПК / Воронин А.

В., Кузнецов В. А., Патякин В. И., Шегельман И. Р., Базаров С. М. СПб: СПбЛТА, 2001. 48 с.

8.Кафедра прикладной математики и кибернетики. ЦКЪ: http://pmik.petrsu.ru/about.asp

9.Оптимизация в планировании и управлении предприятиями регионального лесопромышленного комплекса / Булатов А. Ф., Воронин А. В., Кузнецов В. А., Пладов В. А., Шегельман И. Р. Петрозаводск: ПетрГУ, 2001. 228 с.

10. Теория и практика принятия оптимальных решений для предприятий лесопромышленного комплекса/ А. В. Воронин, В. А. Кузнецов, И. Р. Шегельман, Л. В. Щеголева. - Петрозаводск: Изд-во ПетрГУ, 2008. - 180.

11.Шегельман И. Р. К вопросу формирования отечественной технологической платформы развития лесного сектора России / И. Р. Шегельман, М. Н. Рудаков // Глобальный научный потенциал. - 2011. - № 9. - С. 104-107.

12.Шегельман И. Р. О проблемах российского ЛПК / И. Р. Шегельман, Ю. В. Смирнов // Промышленный вестник Карелии. - 2011. - № 97. - С. 2-4.

13. Шегельман И. Р. Особенности процессов отраслевой интеграции в системе лесной промышленности регионов России/ Регионализация и глобализация: общественные процессы в России и на Европейском Севере России в ХХ-ХХІ веках / И. Р. Шегельман, М. Н. Рудаков, А. М. Корниенко. - Архангельск: Поморский гос. ун-т, 2007. - С. 285-299 с.