Б.И Кудрин, В.К. Буторин, А.В. Щепетов

СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ЗАДАЧАМ МОДЕРНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ И РЕКОНСТРУКЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

 

Изложены системные концепции, позволяющие описать функционирование производственной системы, сформировать требования к составу и структуре анализа, предшествующему разработке, оценке целесообразности и эффективности набора процедур структурно-параметрической адаптации (модернизации технологии и реконструкции производства).

Базовым понятием системного анализа является понятие "жизненного цикла". Обычно, под жизненным циклом производственной системы (ПС) понимают время существования системы, в которое она выполняет функции, определяемые её внешними дополнениями [1]. Внешними дополнениями производственной системы являются:

целевая функция, включающая приоритетно по значимости ранжированные частные или локальные значения ее компонент;

система численных критериев, на основе которых определяется полнота и качество выполнения целевой функции;

допустимые изменения значений входных ресурсов (значения ресурсной функции), требования к выходным параметрам;

заданные законы управления, при помощи которых реализуется целевая функция производственной системы в условиях, когда функционирование системы определяется не только её закономерностями и свойствами по преобразованию входного ресурса в выходной продукт;

законы, по которым формируется реакции системы для компенсации внешних и внутренних помех и возмущений (или адаптацией системы к воздействиям внешней среды).

Мерой качества адаптации производственной системы является выполнение значений целевой функции с точностью до заданных критериев. Рассматривая и анализируя процедуры адаптации, следует уточнить вид и состав компонент, входящих в целевую функцию системы. Традиционные виды представления целевой функции, например, в экономической литературе, связывают с максимизацией прибыли на заданном ограниченном или неограниченном интервале времени. Такое отношение к системным вопросам можно объяснить, на наш взгляд, недостаточным вниманием к системным проблемам и недостаточной квалификацией исследователей.

Основываясь на системных концепциях, выдвинутых и развитых во многих работах [2,3,4], можно утверждать, что целевая функция производственной системы имеет принципиально другой вид − максимизация времени жизненного цикла системы при обязательном выполнении за время ее существования заданных значений критериев. В некоторых работах такой вид целевой функции называют глобальным ее видом. Такое представление целевой функции во многом объясняет и обосновывает целесообразность функций адаптации, причем необходимость выработки и реализации адаптационных процедур обусловлена необходимостью требований по обеспечению живучести системы, связи которых с управляемо­стью и наблюдаемостью приведены на рисунке 1. В теории управления под живучестью системы понимается способность системы выполнять хотя бы минимальный объем заданных функций, в том числе и при внешних воздействиях, не предусмотренных условиями да нормального функцио­нирования. Основываясь, на работах[2,6], производственную или управляемую систему характе­ризует:

 

 

свойство управляемости − возможность при­ведения путем управленческих воздействий из известного текущего состояния в требуемое за­данное состояние за фиксированное время или за заданное конечное число шагов управления (воздействий);

свойство наблюдаемости − возможность полу­чения достоверной информации об управляемой системе за любой интервал времени, предшест­вующий заданному или текущему;

свойство адаптации − изменение структуры и параметров, включая изменение самой структуры управления  для выполнения глобальной и ло­кальной целей, причем, свойство топологической адаптации состоит в пространственно-временном изменении (настройке) структуры производства, то есть технологических агрегатов, транспортных коммуникаций, направления, интенсивности и иных параметров ресурсного, информационного и энергетического характера.

Рассматриваемые в работе [6] и ряде других работ условия, при которых управляемая система может быть полностью или частично управляе­мой, аналогично, полностью или частично на­блюдаемой, не касаются свойств и условий, обес­печивающих максимальный жизненный цикл. Такой подход снижает практическую значимость анализа управляемости и наблюдаемости и, в лучшем случае, применяется только в техниче­ских системах. Предметом отдельных исследова­ний является обеспечение устойчивости управ­ляемой системы при структурно-параметрической и топологической ее адаптации. Видимо, следует руководствоваться рекомендациями, приведен­ными в работе [6], где указывается, что организа­ционно-технические и организационно-технологические системы заведомо устойчивые. Такое предположение базируется на применении в реальном производстве глубоких обратных связей пооперационного контроля, диагностики состояния производства в каждый момент времени и наличии возможности простой компенсации различных неустойчивых технологических и организационных режимов.

Минимальность объема выполняемых функций, видимо, формально представить сложно − такое определение носит скорее содержательный смысл. Очевидно, что при выработке требований и анализе состояния управляемой системы следует учитывать качество выработки и реализации процедур, обеспечивающих ее живучесть.

Практический смысл изложенных выше положений можно пояснить следующим обобщенным алгоритмом. В основу алгоритма должна быть положена корректная информационная модель, проблемно-ориентированная на получение достоверной информации о состоянии производства, включая данные оперативных заданий и данные об отклонениях при их реализации. Причем следует обратить внимание на то, что при разработке информационной модели необходимо выделить из достаточно большого набора данных (например, в цехах комплекса сталь-прокат регистрируется до 1500 параметров только для одного технологического маршрута) минимально необходимый набор данных, на основе которого можно анализировать состояние производства. Установлено, что для задач структурно-параметрической адаптации необходим пооперационный анализ динамики четырех параметров: марка стали, масса стали по операциям и пределам, температура до и после начала технологической операции Химический анализ, на основе которого определяется принадлежность стали к той или иной марке, может быть успешно заменен  идентификатором марки стали. Аналогично, типоразмер проката может быть классифицирован по группам принадлежности (рельсы, легкий профиль, тяжелый профиль, товарная заготовка). Далее, при формировании аналитической информации о состоянии производства, необходима разработка и реализация корректной математической модели, например, приведенной в работе [5] и частично реализованной на ОАО "НкМК". Назначением модели является расчет потерь производства в материальных и экономических параметрах для каждой технологической или транспортной операции, для каждого технологического маршрута. В частности, для цехов комплекса сталь-прокат, при использовании организационно-экономической модели [6], потери производства группируются по следующим признакам:

по технологическим агрегатам, реально находящимся на различных стадиях жизненного цикла (по длительности кампании агрегата);

по транспортным операциям и межопераци­онным перемещениям металлопотока;

по маркам выплавляемых сталей;

но типам технологического передела (разде­ленный передел и горячий транзит металла), ориентированного на общие и уникальные тех­нологические режимы выплавки, проката и об­работки проката;

по классифицируемым состояниям произ­водства (нормальное, нештатное, аварийное), определяемого по внешним и внутренним пока­зателям производства - снабжение, качество исходных материальных и энергетических ре­сурсов, состояние агрегатов и транспортных коммуникаций.

Далее, после применения специальных вы­числительных процедур, формируются пере­счетные значения функции потерь, удельных затрат, приведенных затрат по агрегатам, цехам и участкам, суммарные за любой интервал вре­мени 'экономические параметры производства. Началом реализации выработанных процедур адаптации следует считать выявление предельно допустимых нижних значений индекса живуче­сти, при котором система выполняет предписан­ные ей функции в диапазонах значений, опреде­ляемых заданной системой критериев.

Очевидно, использование базовых концепций теории управления [6] и системных основ пони­мания процедур структурно-параметрической адаптации, позволяет сформулировать базовое положение − модернизация технологии и реконструкция производства являются целенаправлен­ными структурно-параметрическими изменения­ми производства, позволяющими без изменения номенклатуры выпускаемых продуктов (или с требуемыми изменениями) обеспечить выполне­ние заданных внешних ограничений или критери­ев. Можно также считать, что модернизация тех­нологии и реконструкция производства являются частью заданных процедур его адаптации к изме­няющимся внешним и внутренним условиям функционирования. В научно-технической лите­ратуре понятия реконструкции и модернизации необоснованно объединяют, хотя очевидно, что в большинстве случаев модернизация технологии включает процессы параметрических изменений, а реконструкция - структурных.

Анализ, проведенный на ряде металлургиче­ских и угольных предприятий Юга Кузбасса, по­казывает, что невозможность экономически эф­фективной, полной и точной реализации проце­дур адаптации применительно к производствен­ной системе проявляется:

в недостоверных оценках экономической це­лесообразности (или иной, например, социальной необходимости) реструктуризации как принуди­тельному разделению организационно- техноло­гических процессов (на основе внешних, по от­ношению к системе, управленческих решений);

и нецелесообразности действий по разделению единых технологических процессов на состав­ляющие части;

по разделению ее на две и более самостоя­тельные производственные системы (причем, требования по обеспечению необходимой живу­чести и адаптации уже относятся не к системе в целом, а к разделенным ее частям по отдельно­сти).

Обобщая изложенные выше подходы, методы структурно-параметрической адаптации, ориен­тированные на определение целесообразности модернизации технологии и реконструкции про­изводства, можно классифицировать следующим образом:

изменение параметров элементов системы в допустимых технологией пределах (например, технических характеристик агрегатов или выпол­няемых на них технологических операций);

изменение структуры системы (например, по­средством исключения технологических или транспортных элементов из обрабатываемого ма­териального потока или введения новых элемен­тов в технологический процесс);

изменение параметров свойств и характери­стик входных ресурсов, переход на новые виды и типы входных ресурсов, изменение энергетики технологического процесса (например, реализа­ция энергосберегающих технологий, переход на более высококалорийное топливо);

изменение последовательности реализации технологии, введение новых или исключение дей­ствующих материальных транспортных и/или информационных коммуникаций;

введение или исключение организационно-экономических мероприятий, воздействующих на активные элементы, находящиеся в контурах тех­нологического или организационного управления, которые стимулировали бы допустимые техноло­гией и организацией производства изменения;

введение информационных технологий, по­зволяющих реализовать информационное сопро­вождение технологии с учетом новых требований (например, информационная модель, позволяю­щая более точное и достоверное прогнозирова­ние, уменьшение искажений информации, сниже­ние запаздываний, повышение точности анализа и учета);

синтез и декомпозиция функций управления, реализуемых активными элементами системы, изменение структур стратегического, среднесроч­ного или оперативного планирования и управле­ния.

Очевидно, что в реальном производстве, от­дельно каждый вид перечисленной классифика­ции методов адаптации не реализуется. Одни ме­роприятия реализуются постоянно, другие меро­приятия могут носить интервальный характер или быть реакцией на отдельное возмущение, ряд ме­роприятий имеют принципиальное значение и направлены на экономическое выживание ПС. Поскольку необходимость реализации процедур адаптации связано с целью максимизации жиз­ненного цикла производственной системы, то необходимо определить экономическую меру живучести системы и жизненный цикл представить как экономическую размерность.

Эффект от реализации процедур адаптации проявляется в виде:

снижения затрат (материальных, энергетических, информационных) на производство;

повышения качества выходных продуктов, следовательно, в повышении конкурентоспособности;

выполнения целевой функции системы с точностью до заданных критериев.

Прикладными вопросами, на основе которых определяется необходимость модернизации технологии и реконструкция производства, являются, в первую очередь, вопросы, определяющие вклад каждого параметра в затратную функцию [7], анализ которых позволяет принять решение о необходимости либо модернизации технологии (параметрическая адаптация), либо реконструкции производства (структурная адаптация). Важное значение в анализе затратной функции должно уделяться формированию корректных критериев, имеющих не только технологический и экономический, но и организационный смысл. Критерий эффективности структурной или параметрической адаптации должен формироваться в большей степени за счет вход-выходных параметров, чем за счет параметров, определяющих технологию организации производства. Такое положение обусловлено тем, что, например, в металлургическом производстве до 50% затрат определяется стоимостными показателями входных ресурсов.

Изложенные системные концепции позволяют на содержательном, а при необходимости и на количественном уровне, описать функционирование производственной системы, определить запас живучести системы, сформировать требования к составу и структуре анализа, предшествующему разработке, оценке целесообразности и эффективности набора процедур структурно-параметрической адаптации.

 

Литература

1.     Глушков В.М. Развивающиеся системы / В.М. Глушков. – Киев: "Технiка", ИК АН УССР, 1990. − 410с.

2.     Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа / Н.Н. Моисеев. – М.; Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1981. − 488с.

3.     Глушков В.М. Модели динамических систем / В.М. Глушков и др. – Киев: "Технiка", 1990. − 200с.

4.     Кудрин Б.И. Металлургический завод и его системный анализ для проектирования / В.А. Авдеев, Б.И. Кудрин. − М.: Гипромез, 1992. − 104с.

5.     Кудрин Б.И. Модели и алгоритмы оперативного управления / Б.И. Кудрин, В.К.  Буторин,  В.А. Авдеев. − М.: "Электрика", 1999, − 140с.

6.     Воронов А.А Основы теории управления / А.А. Воронов. − М.: Наука, 1997. − 370с.

7.     Катулев А.Н. Исследование операций: принципы принятия решений и обеспечение безопасности / А.Н. Катулев, Н.А. Северцев. − М.: Физико-математическая литература, 2000. − 320с.