3.3. Примеры построения моделей организации управления производством

В связи с тем, что в рамках данного учебника показать все моде­ли ОУАП не представляется воз­можным, в качестве примера рас­смотрим принципиальное строение двух моделей. На первой модели в графической форме представлена принципиальная схема организации управления автотранспортным про­изводством (см. рис. 3.1). Данная модель наглядно показывает сущ­ность ОУАП, взаимосвязи ее элементов, целенаправленность каждого из них и системы управления в целом. На принципиальной основе в модели выделено единство системы, процесса и механизма функциониро­вания автотранспортного производ­ства, а также его организации и управления.

Вторая модель позволяет имити­ровать функционирование системы управления перевозочным процес­сом. Как частный случай, в ней представлена априорная оценка эф­фективности функционирования сис­темы управления перевозочным про­цессом в рамках автотранспортного объединения (применительно к реально существующим и проекти­руемым АТО). Эффективность сис­темы управления перевозочным про­цессом оценивается в данном случае с помощью двух комплексов ими­тационных моделей, из которых один имитирует процессы, протекаю­щие в управляющей системе, другой в управляемой¹.

Модель имитации функционирования уп­равляемой системы. С учетом поставленных ограничений и условий модель полностью имитирует функционирование управляемого объекта. По его параметрам и с учетом решений, которые вырабатывает управляю­щая система, а также с учетом времени приня­тия таких решений, модель, в конечном итоге, позволяет определить величину дохода, полу­чаемого в результате деятельности производ­ства.

Модель включает 19 входных переменных (при желании их число может быть уве­личено или уменьшено), описывающих сос­тояние управляемой системы:

число пунктов погрузки грузов и погрузоч­ных постов на каждом пункте;

математическое ожидание времени по­грузки на каждом посту;

число пунктов разгрузки, на которые доставляется груз с каждого пункта погрузки;

математическое ожидание времени раз­грузки на каждом посту;

расстояние перевозок;

математическое ожидание времени безотказной работы и времени восстановления постов погрузки и разгрузки грузов;

число филиалов объединения, обслуживающих имитируемую схему;

время движения автомобилей с каждого филиала до пункта погрузки и разгрузки грузов.

Выходная информации содержит сле­дующие данные: объем доходов филиалов и в целом объединений; объем и расстояние перевозок.

Управляемой переменной является число автомобилей, работающих на каждом марш­руте. Решения, принимаемые управляющей системой, воздействуют на эти переменные, изменяя их в соответствии с ситуациями, возникающими в управляемой системе. В мо­дели предусмотрены следующие шесть ситу­аций, при возникновении которых принима­ются решения.

1. Отказ одного из постов погрузки (к примеру, вышел из строя один авто­погрузчик). При данной ситуации возможны два случая:

время погрузки превышает интервал поступления автомобилей в пункт погрузки. В этом случае очередь автомобилей, ожидаю­щих погрузки, будет расти. Возникает необ­ходимость в переключении части автомобилей, обслуживающих данный пункт погрузки, на другие маршруты. Чем быстрее будут переключены автомобили, тем меньше будут непроизводительные простои в пункте по­грузки, а, следовательно, больше переве­зено грузов;

время погрузки меньше интервала поступ­ления автомобилей. В этом случае режим функционирования системы не нарушается и оставшиеся посты обеспечивают своевремен­ность погрузки поступающих автомобилей.

2. Возобновление функционирования поста погрузки. Данная ситуация возникает тогда, когда пост погрузки после отказа вновь начинает функционировать. В этом случае автомобили, находящиеся в ожидании погрузки на других постах, переключаются на данный пост. Впоследствии автомобили, поступающие в пункт погрузки, равномерно распределяется по всем постам. При этом посты погрузки могут быть не полностью загружены и иметь большие внутрисменные простои. Возникает необходимость в переключении на данный пункт погрузки дополнительного числа автомобилей.

3. Отказ одного из пунктов разгрузки грузов. При данной ситуации автомобили, обслуживающие данный пункт разгрузки, в ожидании переключения их на другие маршруты или возобновления функционирования данного пункта вынуждены простаивать. При этом автомобили могут находиться в простое как груженые (в пункте разгрузки), так и порожние (в пункте погрузки). Чем больше затраты времени на принятие решения по данной ситуации, тем продолжи- тельнее становятся эти простои.

4. Возобновление функционирования пункта разгрузки груза. Данная ситуация как и аналогичная ситуация поста погрузки возникает тогда, когда пункт разгрузки груза после отказа вновь начинает функционировать. Следует отметить, что с началом функционирования пункта доставка груза в него может не возобновиться, если при его отказе все автомобили, обслуживающие данный пункт, были переключены на другие маршруты. В этом случае возникает необходимость в переключении на данный маршрут автомобилей с других маршрутов или в переключении резервных автомобилей (при наличии таковых). Чем быстрее будут переключены автомобили, тем меньше начнется доставка грузов в данный Пункт, а, следовательно, больше будет перевезено грузов по данному маршруту.

5. Возникновение больших очередей в пунктах погрузки. Данная ситуация может иметь место при отказе постов погрузки, а также при неправильном распределении автомобилей по маршрутам. С целью уменьшения непроизводительных простоев автомобилей в ожидании погрузки необходимо часть автомобилей переключить на другие маршруты.

Причем, величина времени непроизводи­тельных простоев пропорциональна времени принятия решения.

6. Число автомобилей в пункт разгрузки прибыло меньше запланированного. При данной ситуации запланированной объем перевозок, а следовательно, ожидаемый доход не будет получен. Возникает необходимость в подключении на данный пункт допол­нительного числа автомобилей (при наличии такой возможности).

При формализации процессов, протекающих в управляемой системе, приняты сле­дующие допущения:

перевозка грузов осуществляется по маят­никовым маршрутам с обратным порожним пробегом (В=0,5);

на каждом маршруте работают автомобили только одной марки;

автомобили в пунктах погрузки и разгруз­ки обслуживаются по мере их прибытия;

на каждом посту погрузки (разгрузки) в данный момент времени обслуживается только один автомобиль;

в каждый пункт разгрузки груз достав­ляется только с одного пункта отправления;

в каждый пункт разгрузки доставляется груз только одной номенклатуры;

время погрузки автомобилей одной и той же марки на всех постах одинаково.

Данные допущения приняты с целью упрощения техники моделирования. Описы­ваемая модель может допускать увеличение числа входящих в нее блоков.

Построение модели и ее алгоритма основано на следующих принципах:

вся моделируемая система рассматривает­ся, как совокупность систем массового обслу­живания, каждая из которых имеет несколько каналов, функционирующих в стационарном режиме, в начальные и конечные периоды, а также периоды воздействия возмущающих факторов; модель имеет блочную структуру;

моделирующий алгоритм основан на повременном моделировании с переменным шагом, который заключается в том, что модель осматривает на каждом шаге моделирования тот элемент системы, состояние на данный момент меняется (элемент находится в особом состоянии);

в качестве шага моделирования принят интервал времени поступления автомобилей в пункт погрузки.

Особыми состояниями являются следую­щие моменты:

приход очередного автомобиля в пункт погрузки грузов;

приход последнего автомобиля данной мо­дели в пункт погрузки из филиала;

отказ поста погрузки грузов;

возобновление функционирования поста погрузки грузов;

отказ пункта разгрузки грузов;

принятие решения по одной из выше­описанных ситуаций;

возобновление функционирования пункта разгрузки грузов;

поступление первого автомобиля из пунк­та разгрузки грузов в пункт погрузки;

окончание времени моделирования.

Модель состоит из 12-ти блоков (рис. 3.3). В целях упрощения на рис. 3.3 исключены подробности, имеющие второсте­пенное значение. Основным из перечисленных блоков является блок имитации погрузки автомобилей в пунктах грузообразования, математический аппарат которого основан на теории массового обслуживания. В данном блоке определяется число обслуженных авто­мобилей в течение имитируемого периода времени в разрезе моделей по каждому маршруту, на которых работают автомо­били автотранспортного объединения. В этом же блоке осуществляется оценка решений, принятых управляющей системой, исходя из оперативности их принятия и качества.

Для определения числа обслуженных автомобилей в блоке имеются специальные счетчики по каждому маршруту. При возник­новении одной из вышеописанных ситуаций блоки, имитирующие эти ситуации, вносят определенные изменения в параметры модели. Так, при отказе одного из пунктов прие­ма груза блок, имитирующий данную ситуа­цию, отключает счетчик, определяющий число обслуженных автомобилей маршрута, пункт разгрузки которого отказал. Этот счетчик не будет работать до тех пор, пока вновь не возобновится функционирование отказавшего пункта разгрузки. Автомобили, обслуживаю­щие данный маршрут, выбывают из системы. Имитация работы этих автомобилей возобнов­ляется только после переключения их на дру­гие маршруты. Чем быстрее будут переклю­чены эти автомобили, т. е. чем быстрее бу­дет принято решение по данной ситуации, тем быстрее начнется имитация работы этих автомобилей. При переключении автомобилей соответствующим образом изменится и интен­сивность работы счетчиков определения числа обслуженных маршрутов, на которые бы­ли переключены автомобили. Изменение ин­тенсивности будет зависеть от числа пе­реключенных автомобилей и от правиль­ности принятого решения при переключении, т. е. от качества решения.

Блок формирования исходных данных

Блок управления моделью

Блок имитации прихода очередного автомобиля в пункт погрузки

Блок имитации обслуживания автомобилей в пункте погрузки

Блок имита-

ции поста погрузки

Блок имитации возобновления функциониро-вания поста погрузки

Блок имита-

ции отказа пункта разгрузки

Блок имитации восстановления функциониро-вания пункта разгрузки

Блок имитации прихода первого автомобиля из пункта разгрузки в пункт погрузки

Блок выбора очередного особого состояния

Блок определения момента прихода очередного автомобиля в имитируемый пункт погрузки

Блок формирования выходных данных на печать

Конец

Рис. 3.3. Структурная схема модели

Аналогичным образом в модели оценивает­ся качество и время принятия решения при других ситуациях.

На основе числа обслуженных автомоби­лей по каждому маршруту в блоке формиро­вания выходных данных определяется объем перевезенного груза по каждой номенклату­ре в разрезе маршрутов и вычисляется ве­личина дохода по каждому филиалу и в це­лом по объединению. При определении объе­ма перевозок в качестве нормативного мас­сива используется грузоподъемность по каж­дой модели автомобилей, а при расчете до­хода — тарифы на перевозки и расстояние перевозок.

На рис. 3.3 показан фрагмент общей струк­туры модели, схема работы которой выгля­дит следующим образом.

Блок формирования исходных данных и особых состояний определяет все необходимые данные и предсказуемые особые состояния.

Приведенные выше все особые состояния предсказуемы, за исключением моментов: при­хода последнего автомобиля в пункт погрузки; выхода последнего автомобиля из авто транспортного объединения; принятия решения.

После подготовки исходных данных и оп­ределения моментов предсказуемых особых состояний управления информация передает­ся в блок управления моделью.

В блоке управления моделью выбирается наименьший по величине момент прибытия очередного автомобиля, в каждый из N пунк­тов отгрузки рассматриваемой системы. Выбранный момент сопоставляется с моментом окончания модельного времени и, если первый окажется больше или равный второму, то управление передается в блок формирования выходных параметров, в противном случае управление передается блоку имитации топ пункта, момент прибытия очередного автомобиля в котором оказался наименьшим Алгоритм работы блока имитации прихода очередного автомобиля для всех пунктов одинаков и отличается лишь параметрами, характеризующими тот или иной пункт погрузки. Это обусловлено тем, что процессы, протекающие во всех пунктах погрузки, идентичны и отличаются лишь интенсивностью их течения, обусловленной величинами параметров, характеризующих каждый пункт Блоки, имитирующие функционирование пунктов погрузки, построены таким образом, что они имеют общий для всех пунктов алгоритм имитации, основанный на моделях массового обслуживания и индивидуальный для каждого пункта погрузки массив переменных. Передача управления тому или иному блоку имитации функционирования пункта погрузки означает, что управление передастся общему для всех блоков алгорит­му, оперирующему массивом переменных того пункта погрузки, который был определен блоком управления.

Управление из блока управления моделью передается в блок имитации прихода в пункт догрузки очередного автомобиля. Затем сле­дующий блок имитирует обслуживание дан­ного автомобиля в пункте погрузки. От блока имитации обслуживания управление передается блоку выбора очередного осо­бого состояния. Данный блок сопоставляет время особых состояний. В случае несовпа­дения момента ни с одним из моментов нас­тупления особых состояний управление пере­дается в блок определения момента прихода очередного автомобиля в имитируемый пункт погрузки. После определения времени прихода очередной цикл имитации начинает­ся с блока управления моделью.

При совпадении времени прихода с одним из моментов наступления особых состояний управление передается в блок имитации соответствующего состояния системы. После Имитации выбранного состояния определя­йся новое значение момента прихода оче­редного автомобиля, и модель приступает к реализации очередного цикла.

Если при сопоставлении в блоке управ­ления времени прибытия автомобиля в оче­редной пункт погрузки с моментом оконча­ния модельного времени окажется, что момент прихода больше или равен моменту Окончания, то, как указывалось, управление передается в блок формирования выходных данных на печать. В данном блоке опреде­ляется объем доходов, расходы на управ­ление и вычисляется критерий эффективности. Полученные данные выдаются на печать, После чего имитация прекращается.

Для практической реализации рассмотренного выше принципа дается формализованное Описание модели и алгоритмы каждого блока.