Инструментарий управления высокотехнологичным производством предприятий машиностроения на основе имитационного моделирования тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Инструментарий управления высокотехнологичным производством предприятий машиностроения на основе имитационного моделирования"

На правах рукописи

РЛДАЕВ Антон Евгеньевич

ИНСТРУМЕНТАРИЙ УПРАВЛЕНИЯ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ ПРЕДПРИЯТИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Специальность 08.00.13 - Математические и инструментальные

методы экономики

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

"ио0083б9

1 2 ЯНВ 2012

Санкт-Петербург - 2011

005008369

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Научный руководитель: доктор экономических наук,

профессор Кобзев Владимир Васильевич

Официальные оппоненты: доктор экономических наук,

профессор Медников Михаил Дмитриевич

кандидат экономических наук, Кривчепко Андрей Сергеевич

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет

экономики и финансов

Защита состоится «26» января 2012 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.229.23 в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, г. Санкт-Петербург, Политехническая ул., д.29, 3-й учебный корпус, ауд. 506.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Автореферат разослан «¿3 » декабря 2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.229.23,

доктор экономических наук, профессор Сулоева С.Б.

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертационного исследования. Проблемы внедрения и эффективного использования автоматизированных производств и систем управления на предприятиях машиностроения актуальны и в настоящее время. Сегодня такие производства называют высокотехнологичными, и предназначены они прежде всего для выпуска наукоемкой инновационной продукции, конкурентоспособной на мировых рынках. Проблема заключается не только в недостаточном для модернизации экономики страны уровне технологического развития отечественного машиностроения, в том числе в сфере высоких производственных и информационных технологий. Для решения проблемы автоматизации процессов производства и управления на современном технологическом уровне требуется и качественно новый инструментарий управления производственными системами в виде математических методов и инструментальных средств.

Важно отметить, что в настоящее время мировая и отечественная практика управления высокотехнологичным производством все больше ориентируется на использование имитационного моделирования как средства, обеспечивающего возможность эффективно реагировать на непрерывные изменения спроса. Однако результаты анализа зарубежных и отечественных научных работ по соответствующей тематике свидетельствуют об ограниченности или отсутствии конкретных методических разработок в этой области, пригодных для практического использования в условиях современной бизнес среды на предприятиях машиностроения с целью повышения эффективности их текущей деятельности и обеспечения устойчивого развития на перспективу.

Таким образом, острота проблемы для отечественного машиностроения и недостаточная степень ее научной разработанности позволяют сделать вывод об актуальности выбранной темы диссертационного исследования.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка инструментария управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения на основе имитационного моделирования.

В связи с этим в работе поставлены и решены следующие задачи:

• выполнить анализ состояния, тенденций развития, особенностей управления и моделирования высокотехнологичных производств в машиностроении;

• провести анализ подходов к решению задач управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения с использованием средств имитационного моделирования;

• исследовать процессы выбора и реализации управленческих решений в рамках высокотехнологичного производства предприятия машиностроения;

• разработать комплекс оптимизационных экономико-математических моделей для поддержки принятия управленческих решений в высокотехнологичном производстве предприятия машиностроения;

• разработать комплекс имитационных экономико-математических моделей для поддержки принятия управленческих решений в высокотехнологичном производстве предприятия машиностроения;

• разработать информационную систему, обеспечивающую автоматизацию расчета и ведения статистики показателей, используемых в процессе управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения;

• разработать и реализовать на практическом примере методику организации и оценки экономической эффективности функционирования высокотехнологичного производства предприятия машиностроения с использованием средств имитационного моделирования.

Объектом исследования является предприятие машиностроения, в состав которого входит высокотехнологичное производство.

Предметом исследования являются экономические процессы и явления, протекающие в объекте исследования как экономической системе.

Теоретической и методологической основой диссертационного исследования послужили работы отечественных и зарубежных авторов, нормативно-правовые акты и методические материалы по управлению и экономико-математическому моделированию высокотехнологичного производства предприятий машиностроения. Решение поставленных задач осуществлялось с применением системного анализа, дискретно-событийного имитационного моделирования, методов статистической обработки информации, программных продуктов «AnyLogic», «MatliCAD», «Microsoft Excel».

Научные результаты диссертационного исследования н их научная новизна:

1. разработана концепция (понятия, принципы, подход, классификация факторов, состав задач) управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения на основе имитационного моделирования, отличительной особенностью которой является системное представление объекта с выделением функциональных областей деятельности и применение дискретно-событийного подхода в области имитационного моделирования для решения задач управления объектом на стадиях организационного проектирования и организации функционирования;

2. разработан алгоритм решения задач управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения с использованием средств имитационного моделирования, позволяющий существенно повысить точность результатов, получаемых в процессе экспериментов, и сократить временные затраты на создание имитационных моделей;

3. разработана система показателей для выбора и реализации управленческих решений в рамках высокотехнологичного производства предприятия машиностроения, на основе которой построен комплекс оптимизационных экономико-математических моделей для поддержки принятия управленческих решений в рамках объекта, отличающийся использованием целевых показателей в качестве целевых функций, пригодностью для практического применения, являющийся основой для разработки комплекса имитационных моделей, включающий в себя:

- модель оптимизации пропускной способности элементов производственной структуры в рамках высокотехнологичного производства;

- модель оптимизации пропускной способности производственного участка

комплексной обработки предметов производства;

- модель оптимизации количества оборудования по технологическим зонам распределительного центра.

4. разработан комплекс имитационных экономико-математических моделей для поддержки принятия управленческих решений в рамках высокотехнологичного производства предприятия машиностроения, отличающийся многовариантностью входных параметров, ориентацией выходных параметров на систему показателей для выбора и реализации управленческих решений, возможностью интеграции в автоматизированную систему управления предприятием, включающий в себя:

- модель функционирования элементов производственной структуры в рамках высокотехнологичного производства;

- модель производственного участка с регулируемой технологией производства;

- модель производственного участка с фиксированной технологией производства;

- модель распределительного центра материальных ресурсов и готовой продукции для обслуживания высокотехнологичного производства.

5. разработана информационная система для автоматизированного расчета показателей оценки эффективности управленческих решений, принимаемых в рамках высокотехнологичного производства предприятия машиностроения, отличающаяся возможностью накопления и отображения значений показателей в разрезе функциональных областей деятельности объекта по различным временным периодам;

6. разработана и реализована на практическом примере методика организации и оценки эффективности функционирования высокотехнологичного производства предприятия машиностроения с использованием средств имитационного моделирования, отличающаяся использованием предложенных показателей для выбора и реализации управленческих решений в качестве выходных параметров имитационных моделей.

Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в развитии математических методов анализа экономических систем в части конструирования имитационных моделей в области высокотехнологичного производства предприятий машиностроения.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что представленные в диссертации методические разработки могут быть использованы в деятельности предприятий машиностроения, позволяя повысить экономическую обоснованность принимаемых управленческих решений и на этой основе - эффективность их текущей деятельности и устойчивость развития на перспективу.

Результаты диссертационного исследования нашли практическое применение на предприятиях Санкт-Петербурга ООО «Диалог» и ООО «Палфингер Кран Рус», что подтверждается соответствующими актами о внедрении и использовании.

Материалы диссертационного исследования используются в учебном процессе в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете при подготовке экономистов-менеджеров по специальности «Экономика и управление на предприятиях машиностроения», бакалавров и магистров по направлениям «Менеджмент» и «Экономика» в курсах «Производственный и операционный менеджмент», «Информационные системы в экономике и менеджменте», «Корпоративные информационные системы».

Апробация и достоверность результатов исследования

Основные положения диссертации и результаты исследований были представлены автором и получили одобрение на международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях и семинарах в 2008-2011 гг.

Автор является победителем конкурса грантов для студентов и аспирантов Санкт-Петербурга по теме «Способы повышения эффективности работы складов штучных грузов» (2010 г.), конкурсного отбора на предоставление субсидий молодым ученым, молодым кандидатам наук вузов Санкт-Петербурга по теме «Методы управления высокотехнологичным производством промышленных предприятий на основе имитационного моделирования» (2011 г.), конкурса молодых ученых Санкт-Петербургского государственного политехнического университета на звание «Молодой ученый года» (2011 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ общим объемом 13,91 п.л. (в том числе авторских 10,16 п.л.), из них 5 работ в рецензируемых изданиях.

Структура работы

Диссертационное исследование состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Общий объем работы 192 страницы (из них 171 страница основного текста), включая 39 таблиц, 52 рисунка, список литературы из 140 наименований, I приложение.

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы, сформулированы цели и задачи диссертационной работы, описаны объект и предмет, методологическая база исследования, обоснована его научная новизна и практическая значимость.

В первой главе диссертации проведен анализ существующих методов управления высокотехнологичным производством предприятий машиностроения, разработана концепция управления объектом, а также алгоритм решения задач управления с использованием средств имитационного моделирования.

Во второй главе разработана система показателей для выбора и реализации управленческих решений в рамках объекта, создана информационная система для автоматизации процедур расчета, накопления и отображения статистики показателей.

В третьей главе разработан комплекс оптимизационных, а на его основе -комплекс имитационных моделей для поддержки принятия управленческих решений в рамках объекта.

В четвертой главе разработана методика организации и оценки экономической эффективности функционирования высокотехнологичного производства

предприятия машиностроения, приводятся результаты реализации методики на практическом примере.

В заключении работы излагаются основные выводы и результаты диссертационного исследования.

Основные научные положения и результаты исследования

1. Разработана концепция управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения на основе имитационного моделирования, в рамках которой:

• уточнены основные понятия, относящиеся к исследуемой области;

• сформулированы принципы управления ВП предприятия машиностроения в современных условиях деятельности, характеризующихся интенсивным внедрением концепции «бережливого производства» на предприятиях машиностроения;

• предложен дискретно-событийный подход в области имитационного моделирования (ИМ) для решения задач управления объектом на стадиях организационного проектирования и организации функционирования;

• сформированы состав и последовательность решения задач организационного проектирования и организации функционирования объекта при управлении с использованием средств ИМ.

К основным понятиям, уточненным в рамках концепции, относятся:

• высокотехнологичное производство (ВП) - совокупность подразделений предприятия, оснащенных управляемым средствами вычислительной техники оборудованием для обработки, хранения и транспортировки предметов труда, а также автоматизированной системой управления, обеспечивающей эластичность производственных процессов по отношению к изменениям во внутренней и внешней среде;

• организационное проектирование производственной системы - процесс создания объекта проектирования на виртуальном уровне, заключающийся в разработке рациональных схем соединения в пространстве и во времени всех составляющих производственного процесса - труда, предметов труда и средств труда - в заданных производственных условиях с наилучшими технико-экономическими показателями решения задач, поставленных перед проектируемой системой;

• организация функционирования производственной системы - формирование схем функционирования всех элементов (подсистем) объекта с целью обеспечения его работы в соответствии с требованиями, сформулированными на этапе организационного проектирования.

В процессе разработки концепции рассмотрены общие принципы управления производственными системами, наполненные новым содержанием в соответствии с особенностями ВП, а также с положениями концепции «бережливого» производства, являющейся неотъемлемым элементом организации работы объекта. Таким образом, были сформулированы принципы интегративности, гибкости, адаптивности, надежности, бережливости, автоматичности.

Также при разработке концепции был проведен анализ современных подходов в области ИМ, по результатам которого сделан вывод о предпочтительности дискретно-событийного подхода, в наибольшей степени ориентированного на описание потоковых процессов в производственных системах и обеспечивающего высокую точность при решении задач управления ВП на стадиях организационного проектирования и организации функционирования объекта благодаря высокому уровню детализации моделируемых процессов. Основными элементами указанного подхода являются «заявки», «ресурсы», потоковые диаграммы, «сети».

На основе сформулированных принципов управления объектом разработана структура задач управления ВП, решаемых с использованием выбранного подхода в области ИМ на стадиях организационного проектирования и организации функционирования объекта (рис. 1). Указанные задачи должны формулироваться по различным уровням организационной структуры предприятия в разрезе основных функциональных областей деятельности объекта, выделяемых в концепции «бережливого» производства, составляющей основу организации ВП. Последнее обстоятельство обусловлено важностью учета характеристик не только основных, но также вспомогательных и обслуживающих процессов при оценке эффективности функционирования ВП машиностроительного предприятия.

Рис. I. Структура задач управления ВП машиностроительного предприятия

В процессе формирования перечня задач управления ВП машиностроительного предприятия на стадиях его организационного проектирования и организации функционирования была разработана классификация факторов эффективности функционирования ВП, структура которой представлена на рис. 2. Использование данной классификации факторов эффективности функционирования ВГ1 предприятия машиностроения позволит наиболее точно описывать производственные процессы при решении задач организационного проектирования и организации функционирования, сформулированных в рамках концепции управления объектом.

2. Разработан алгоритм решения задач управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения на стадиях организаци-

онного проектирования п организации функционирования с использованием средств имитационного моделирования.

Блок-схема алгоритма представлена на рис. 3. Предложенный алгоритм обеспечивает наиболее эффективное использование программных средств ИМ при создании имитационных моделей, а также высокую точность получаемых результатов при реализации имитационных экспериментов.

Признак классификации

. По oí ношению к объекту исследовании

2. В зависимости

OI OÓl.Ck'IU И

cyfi'beKia управления

3. По отношению к тсvhoлогическому процессу

4.1 lo фу) но [oí iiliit-ным областям деякчшности

НрСДПрИЯШЯ

5. По уровням opi анимационной С1р\К1\рЫ иредирияiия

6. По составляющим XICMCU i-ной erpvKiypbi ИрСДПрИМШЯ

7. По с 1СИСНИ автоматизации рабочих процессов

Факторы эффективности функционирования высоко icnhojioi ично! о ирои 1НОДС1 ва

Внутренние

ПроИ'ЧЮДС I ncilllliix процессов

Ос ионных операции

Процессов управления

I

Псномшаюлмн.гх операций

Обслуживающих операции

Производства Транспортировки Контроля Складирования 1

i i Í \

11редприятия Цеха Участка Группы рабочих мест

Предмета i руда

Среде i в груда

Лшомашзиро-ванного труда

Живою I руда

Механизированного труда

íyiiioio труда

Рис. 2. Классификация факторов эффективности функционирования ВП предприятия машиностроения

3. Разработана система показателен для выбора и реализации управленческих решений в рамках высокотехнологичного производства предприятия машиностроения, на основе которой построен комплекс оптимизационных экономико-математических моделей для поддержки принятия управленческих решений в рамках объекта.

В качестве целевых показателей, назначаемых в качестве выходных параметров имитационных моделей при решении задач управления ВП предприятия машиностроения, для оценки эффективности управленческих решений на стадиях организационного проектирования и организации функционирования объекта были предложены соответственно показатели чистой приведенной стоимости и рентабельности инвестированного капитала.

Для контроля процессов реализации управленческих решений на стадиях организационного проектирования и организации функционирования предложена система планово-контрольных показателей (ГЖП), взаимосвязанных с целевыми показателями, в состав которой входят (рис. 4):

• коэффициенты расходов - доли различных статей затрат предприятия в выручке от реализации продукции;

• коэффициенты эффективности использования различных групп активов предприятия (основных и оборотных);

• показатели структуры капитала предприятия.

Также в рамках диссертационного исследования предложена иерархическая структура показателей (рис. 5) для управления ВП предприятия машиностроения, предполагающая группировку ТЖП в комплексные показатели для оценки эффективности внедрения управленческих решений как по отдельным функциональным областям деятельности объекта, так и в целом по ВП предприятия машиностроения. Для группировки показателей предлагается использовать методы квалимет-рии, а для определения весовых коэффициентов - методы экспертных оценок, относительных предпочтений и попарных сравнений.

Процедура выбора и реализации управленческих решений в рамках ВП предприятия машиностроения, разработанная на основе созданной системы показателей, представлена на рис. 6.

Комплекс оптимизационных моделей для поддержки принятия решений в рамках ВП предприятия машиностроения на стадиях организационного проектирования и организации функционирования включает в себя:

• модель оптимизации пропускной способности элементов производственной структуры в рамках ВП;

• модель оптимизации пропускной способности производственного участка комплексной обработки предметов производства;

• модель оптимизации количества оборудования по технологическим зонам распределительного центра.

Модель оптимизации пропускной способности производственного участка комплексной обработки предметов производства предполагает определение последовательности запуска партий, а также маршрута движения заготовок по рабочим позициям по критерию минимизации суммарных затрат на обработку и хранение предметов производства в рамках участка. При этом искомыми величинами являются:

• значения {г,,} индексов предметов производства в технологической таре, последовательно поступающих на производственный участок (г,, е [1,м], А -1,N);

• логические переменные {/,?}, идентифицирующие различные стадии технологического процесса по принципу

где N - максимально возможное количество технологической тары, одновременно поступающей на участок, шт.;

п - количество типов предметов производства, поступающих на участок, шт.; т - количество видов оборудования, используемого в рамках участка, шт.;

1, еслиоперация </ над /-м типом предметов производства осуществляется

(1)

/ = 1,/н, / = 1,п, <7 = 1,л',

Рис. 3. Блок-схема алгоритма решения задач управления ВП предприятия машиностроения с использованием средств ИМ

Управленческие решения, принимаемые в процессе организационного проектирования объекта

©

№У -

© 1 +

СЕ

О

1С

Д..,

О

— Ам

г-

©

©

Управленческие решения, принимаемые в ранках организации функционирования объекта

3 /V пер / реал —

©

^пост реая —

©

К IV А проц реал

©

—

1

ОбА/У_ —

0

ТО/У^

©

ВА/У„„

О

до/у^ —

-1

Я„„

\1

©

©

©

I- 1С -I

©

1С -I

до/с

Обозначения показателей:

Л/РК - чистая приведенная стоимость;

Я01С - рентабельность инвестированного капитала;

С1<] - денежный поток за период;

тл- ставка дисконтирования;

/ - порядковый номер периода;

чистая прибыль за период;

Ам - суммарный объем амортизационных отчислений за период;

Vрт - выручка от реализации продукции;

3„ - переменные затраты за период;

Зпжт- постоянные затраты за период;

КАроц - проценты по кредитам;

Н - налоговые отчисления;

1С- объем инвестированного капитала;

ОбА - объем оборотных активов;

ТО- объем текущих обязательств;

ВА - объем внеоборотных активов;

ДО - долгосрочные обязательства.

Рис. 4. Взаимосвязь целевых показателей с элементами системы ПКП

Итоговый показатель деятельности

Ключевые показатели деятельности

Относительные частные показатели деятельности

Абсолютные

частные показатели деятельности

и'„

1

к»

Чп

^Чп

Чп

-

L ^

А-„ =

4« 8К

-—, если -—> О,

Чи

«Г ж,

——, если < 0.

. Ч» °Ч,/

Обозначения параметров:

А'£ - значение итогового показателя деятельности, отражающего эффективность внедрения управленческих решений в рамках В11;

А', - значение /-го ключевого показателя деятельности, отражающего эффективность реализации управленческих [кшешш и конкретной функциональной области деятельности обьекга;

к0 - относительное значите j-m частного показателя деятельности, соответствующего ;-му ключевому показателю;

Чв, чТ " фактические и эталонные (плановые) абсолютные значения j-ro частного показателя деятельности, соответствующего /-му ключевому показателю;

у, - весовой коэффициент, учитывающий значимость М\> ключевого показателя деятельности ири ]рупни-ровке таковых в итоговый показатель;

и'в - весовой коэффициент, учитывающий значимость j-тo частного показателя деятельности при группировке таковых показателей в г-й ключевой показатель;

и - количество ключевых показателей деятельности в рассматриваемой системе;

- количество частных показателей деятельности, соответствующих /'-му ключевому показателю.

Рпс. 5. Иерархическая структура показателей для оценки эффективности внедрения управленческих решений по функциональным областям деятельности объекта

л- - максимально возможное количество операций, осуществляемых над каждым типом предметов производства, шт.

Целевая функция описывается выражением

12К2Х

,Г1 ¡-1

IX Л'К

ы 0-1

2

\~Р

• С". +

Рис. 6. Процедура выбора и реализации управленческих решений в рамках предприятия машиностроения

где с™ - затраты на единицу времени работы /-го вида оборудования при обработке /-го типа предметов производства, руб./мин - формируют статью калькуляции себестоимости продукции, связанную с расходами на содержание и эксплуатацию оборудования;

> с,„„ ~ затраты на хранение единицы технологической тары соответственно с заготовками и готовыми деталями, руб./мин, в течение определенного периода времени в промежуточных стеллажных накопителях на входе и выходе участка -являются компонентой цеховых расходов в структуре себестоимости продукции; и, - вместимость технологической тары для каждого /-го типа предмета производства, шт.;

Тя - длительность обработки /-го типа предметов производства на /-м виде технологического оборудования, мин/шт.; И - ритм обработки поступающих партий деталей, мин;

¿ы - значение элемента матрицы идентификации типа предметов производства, поступающих на обработку;

1, если гй = у;

(3)

[О, если :ь ф /, /) = ЦУ;

')»'> <>,: - значения моментов времени соответственно начала 1-й и завершения .у -й операции обработки деталей технологической тары с порядковым номером И на /'м виде оборудования, мин; в общем случае (для операции с порядковым номером

я)

О, если <] = 1 и Л = 1;

' 1,1

и

IX Л*

в противном случае,

(4)

(5)

Модель разработана с учетом прямых ограничений на логические переменные, а также структурных ограничений по резервированию обрабатывающего оборудования в рамках технологических операций и по длительности обработки партий деталей

£/» = 1, 7 = 1,1«,? = и

1-1

О <2к < /;; 2к - целые; И = 1, /V; О < Ц < 1; - целые, / = / = й/, </ = й.

(6)

4. Построен комплекс имитационных моделей для поддержки принятия управленческих решении в рамках объекта (с использованием дискретно-событийного подхода в программной среде «Апу1^1с»), соответствующих предложенным оптимизационным моделям, включающий в себя:

• модель функционирования элементов производственной структуры в рамках ВП;

• модель производственного участка с регулируемой технологией производства;

• модель производственного участка с фиксированной технологией производства;

• модель распределительного центра материальных ресурсов и готовой продукции для обслуживания ВП.

Решения поставленных задач могут быть найдены путем планирования и реализации простых (прогонов с различными комбинациями входных параметров, задаваемых пользователем вручную) или автоматизированных (перед каждым новым прогоном входные параметры меняются автоматически по заданному алгоритму) имитационных экспериментов. Потоковая диаграмма и фрагмент анимации одной из разработанных имитационных моделей, запущенной в режиме простого эксперимента, показаны соответственно на рис. 7 и 8.

Разработанный комплекс имитационных моделей обеспечивает:

• поддержку принятия управленческих решений на стадиях организационного проектирования и организации функционирования ВП предприятия при однократном или периодическом использовании менеджером проекта;

• эффективное решение задач производственного планирования и диспетчиро-вания на стадии эксплуатации ВП при регулярном использовании плановиком и диспетчером в рамках автоматизированного рабочего места.

Рис. 7. Потоковая диаграмма имитационной модели производственного участка с фиксированной технологией обработки предметов производства (фрагмент)

Кроме того, программная среда «АпуЬс^с», при помощи которой были осуществлены разработки, обеспечивает построение имитационных моделей, взаимодействующих с внешними базами данных, что обуславливает возможность интеграции созданных моделей в автоматизированную систему управления предприятием.

5. Разработана информационная система для автоматизации процедур расчета, накопления и отображения статистики показателей для оценки эффективности управленческих решений в рамках объекта в программе «Апу-включающая в себя:

основную панель для отображения результатов автоматизированного расчета показателей деятельности;

дополнительную панель для отображения динамики изменения расчетных показателей по различным временным периодам;

базу данных (файл программы «Microsoft Excel») для накопления результатов расчета показателей.

миии

» s & ™vbf

■ "X V «л« г-„с s—

!И «» Т! или Tî -V et'..' !М--ч TS., Tg ¡112

m «« Cl — CS— Iii? — C4

Я ........

Сбалансированные манипуляторы

ш f * '

Раст.

г

nptKUKi <Я' i MÜSW

Рис.

Анимация имитационной модели производственного участка, отображаемая в процессе простого эксперимента

6. Разработана методика организации и оценки экономической эффективности функционирования высокотехнологичного производства предприятия машиностроения на основе имитационного моделирования.

Структура методики, представленная на рис. 9, характеризуется последовательностью основных этапов (модулей), каждый из которых связан с определенным научным результатом, сформированным на предшествующих этапах диссертационного исследования.

Разработанная методика была реализована на реальном объекте для решения задачи определения оптимального количества производственного оборудования. С этой целью разработана оптимизационная экономико-математическая модель технологических процессов, а на ее основе - имитационная модель исследуемой системы в программе «АпуЬо§ю». По результатам оптимизационного эксперимента определено оптимальное количество оборудования по критерию максимизации показателя рентабельности инвестированного капитала. Произведено экономическое обоснование управленческого решения по изменению количества оборудования. По результатам простых экспериментов получены плановые

значения элементов системы ПКП для контроля процесса реализации управленческого решения.

Рис. 9. Структура методики организации и оценки экономической эффективности функционирования ВП предприятия машиностроения на основе ИМ

Основные публикации по теме исследования

1. Радаев А.Е., Кобзев В.В. Система показателей для выбора и реализации управленческих решений в высокотехнологичном производстве предприятия машиностроения // Теория и инструментарий развития инновационной экономики в период глобальной рецессии: коллективная монография. СПб.: Изд-во Политехи. ун-та, 2011. с. 346-384 - 0,84 п.л. (0,63 п.л. автора).

2. Радаев А.Е., Кобзев В.В. Имитационное моделирование производственных систем: учеб. пособие. СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2011. 156 с. - 9,75 п.л. (7,32 п.л. автора).

3. Радаев А.Е., Кобзев В.В. Алгоритм решения задач управления промышленными предприятиями на основе имитационного моделирования // Материалы всероссийской научно-практической конференции «Модернизация экономики и общества: региональный аспект» (г. Белокуриха, 20-21 октября 2011 г.). Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2011. с. 233-236.-0,21 п.л. (0,11 п.л. автора).

4. Радаев Л.П., Левенцов В. А. Системы поэтапного имитационного моделирования производственных процессов // Организатор производства, ЛЬ 3(50), сентябрь 2011 г. М.: Экономика и финансы, 2011. с. 30-33. 0,39 п.л. (0,2 п.л. автора).

5. Радаев А.Е., Кобзев В.В. Применение имитационного моделирования при решении задачи минимизации оборотных запасов предприятия // Сборник научных трудов международной научно-практической конференции «Модернизация экономики и формирование технологических платформ» (ИНПРОМ-2011). СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2011. с. 586-589. - 0,12 п.л. (0,06 п.л. автора).

6. Радаев А.Е., Кобзев В.В. Решение задач производственного планирования в рамках технологического участка с использованием имитационного моделирования // Сборник научных трудов международной научно-практической конференции «Инновационная экономика и промышленная политика региона» (ЭКОПРОМ-2011). СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2011. с. 214-217. - 0,12 п.л. (0,06 п.л. автора).

7. Радаев А.Е. Имитационное моделирование динамики оборотных запасов в цепи поставок промышчепных предприятий // Научно-технические ведомости СПбГПУ, ЛЬ 2(119), апрель 2011 г. СПб: Изд-во Политехи, ун-та, 2011. с. 255260. - 0,28 п.л.

8. Радаев А.Е., Кобзев В.В. Методика обоснования структуры парка оборудования для складского комплекса промышленного предприятия па основе имитационного моделирования,'/ Научно-технические ведомости СПбГПУ, ЛЬ 1(114), феврачь 2011 г. СПб: Изд-во Политехи, ун-та, 2011. с. 98-104. 0,38 п.л. (0,19 п.л. автора).

9. Пилипчук С.Ф., Радаев А.Е. О проектировании склада штучных грузов //Логистика и управление цепями поставок, ЛЬ 04(39), август 2010 г. М.: МЦЛ, 2010. с. 21-33. 0,85 п.л. (0,43 п.л. автора).

\0. Пилипчук С.Ф., Радаев А.Е. О системе показателей эффективности работы склада /'Логистика и управление цепями поставок, ЛЬ 06(35), декабрь 2009 г. М.: МЦЛ, 2009. с. 40-53. 0,8 п.л. (0,58 п.л. автора).

Подписано в печать 22.12.2011. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 8535Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812) 550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Радаев, Антон Евгеньевич

Введение.

Г. Разработка концепции управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения на основе имитационного моделирования.

1.1. Обзор и анализ научных разработок по исследуемой тематике . 10 1.2. Описание концепции управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения с использованием имитационного моделирования.

1.3. Алгоритм решения задач управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения с использованием средств имитационного моделирования

2. Разработка, системы показателей для выбора и» реализации управленческих решений в рамках высокотехнологичного производствашредприятия машиностроения.

2.1. Описание системы показателей для выбора и реализации управленческих решений в рамках высокотехнологичного производства предприятия машиностроения.

2.2. Информационная система для расчета и контроля показателей эффективности, управленческих решений в рамках высокотехнологичного производства предприятия машиностроения.

3., Разработка, моделей? для-поддержки принятия управленческих решений, в рамках высокотехнологичного производства предприятия машиностроения-. 64«

3.1. Оптимизационные модели для поддержки принятия управленческих решений в рамках высокотехнологичного производства предприятия машиностроения.

3.1.1. Модель оптимизации пропускной способности элементов производственной структуры в рамках высокотехнологичного производства

3.1.2. Модель оптимизации пропускной способности производственного участка комплексной обработки предметов производства.

3.1.3. Модель оптимизации количества оборудования по технологическим зонам распределительного центра.

3.2. Имитационные модели для поддержки принятия управленческих решений в рамках высокотехнологичного производства

I предприятия машиностроения.-;78;

Ь 3.2.1. Имитационная модель функционирования элементов производственной структуры в рамках высокотехнологично

Г го производства

3.2.2. Имитационнаячмодель производственного участка с рег^-: лируемой технологией производства.

• . • ■ 3.2.3. Имитационная модель производственного участка с фиксированной технологией производства

Ь 3.2.4. Имитационная модель распределительного центра мате-к риальных ресурсов и готовой продукции для обслуживания высокотехнологичного производства

4. Разработка методики организации- и оценки экономической

Г эффективности функционирования^ высокотехнологичного производства предприятия машиностроения с использованием средств имитационного моделирования.

4.1. Описание методики организации и оценки экономической эффективности функционирования высокотехнологичного нро-Iизводства предприятия машиностроения с использованием средств ^имитационного моделирования?.

4.2. Реализация методики организации и оценки экономической з эффективности функционирования высокотехнологичного

I производства предприятия машиностроения на реальном объ . екте\.:.;.:.

Зэключсниб ' 158, Список использованных источников

Диссертация: введение по экономике, на тему "Инструментарий управления высокотехнологичным производством предприятий машиностроения на основе имитационного моделирования"

Актуальность темы диссертационного исследования. Проблемы внедрения и эффективного использования автоматизированных производств и систем управления на предприятиях машиностроения актуальны и в настоящее время. Сегодня такие производства называют высокотехнологичными, и предназначены они прежде всего для выпуска наукоемкой инновационной продукции, конкурентоспособной на мировых рынках. Проблема заключается не только в недостаточном для модернизации экономики страны уровне технологического развития отечественного машиностроения, в том числе в сфере высоких производственных и информационных технологий. Для решения проблемы автоматизации процессов производства и управления на современном технологическом уровне требуется и качественно новый инструментарий управления производственными системами в виде математических методов и инструментальных средств.

Важно отметить, что в настоящее время мировая и отечественная практика управления высокотехнологичным производством все больше ориентируется на использование имитационного моделирования как средства, обеспечивающего возможность эффективно реагировать на непрерывные изменения спроса. Однако результаты анализа зарубежных и отечественных научных работ по соответствующей тематике свидетельствуют об ограниченности или отсутствии конкретных методических разработок в этой области, пригодных для практического использования в условиях современной бизнес среды на предприятиях машиностроения с целью повышения эффективности их текущей деятельности и обеспечения устойчивого развития на перспективу.

Таким образом, острота проблемы для отечественного машиностроения и недостаточная, степень ее научной разработанности позволяют сделать вывод об актуальности выбранной темы диссертационного исследования.

Цель и задачи исследования. Целью исследования является разработка инструментария управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения на основе имитационного моделирования.

В связи с этим в работе поставлены и решены следующие задачи:

• выполнить анализ состояния, тенденций развития, особенностей управления и моделирования высокотехнологичных производств в машиностроении;

• провести анализ подходов к решению задач управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения; с использованием средств имитационного моделирования;

• исследовать процессы выбора и реализации управленческих решений в рамках высокотехнологичного производства предприятия машинострое ния; ' .:'■ . •

• разработать комплекс оптимизационных экономико-математических моделей для' поддержки принятия управленческих решений в высокотехнологичном производстве предприятия машиностроения;

• ■ разработать.комплекс имитационных экономико-математических моделей для поддержки принятия^ управленческих решений в высокотехнологичном производстве предприятия машиностроения;:. •' разработать- информационную систему, обеспечивающую автоматизацию расчета, и ведения статистики показателей,, используемых в процессе управления» высокотехнологичным производством предприятия машиностроения; . .

• разработать, и реализовать на практическом примере методику организации и оценки экономической , эффективности функционирования- высокотехнологичного- производства предприятия машиностроения-: с использованием средств'имитационного моделирования;

Объектом? исследования является предприятие: машиностроения; в со-став^которогошходат.ъысок6технолоп^ое:1фоизв6дств6;:'.

Предметом; исследования« являются экономические процессы и явления, протекающие в объекте исследования как экономической системе.

Теоретической и методологической, основой диссертационного исследования послужили работы отечественных и зарубежных авторов, нормативно-правовые акты и методические материалы по управлению высокотехнологичным производством предприятий' машиностроения: Решение поставленных задач осуществлялось с. применением системного анализа,, экономико-математического и дискретно-событийного имитационного моделирования, методов статистической обработки информации, программных продуктов Апу1^1с, '

Научные результаты диссертационного исследования и их научная новизна:

1. разработана концепция (понятия, принципы, подход, состав задач, классификация факторов) управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения на основе имитационного моделирования, отличительной особенностью которой является^ системное представление объекта с выделением функциональных областей деятельности и применение дискретно-событийного подхода в области имитационного моделирования для решения задач управления объектом на стадиях организационного проектирования и организации функционирования;

2. разработан алгоритм решения задач управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения с использованием средств, имитационного моделирования, позволяющий существенно повысить точность результатов, получаемых в процессе экспериментов, и сократить временные затраты на создание имитационных моделей;

3. разработана система показателей для выбора и реализации управленческих решений в рамках высокотехнологичного производства предприятия машиностроения, на основе которой построен комплекс оптимизационных экономико-математических моделей для поддержки принятия управленческих решений в рамках объекта; отличающийся- использованием целевых показателей в качестве целевых функций, пригодностью для практического применения, являющийся- основой для разработки* комплекса имитационных моделей, включающий в себя:

- модель оптимизации пропускной способности элеменов производственной структуры, в рамках высокотехнологичного производства;

- модель оптимизации пропускной способности производственного участка комплексной обработки предметов!производства;,

- модель оптимизации количества оборудования по>технологическим зонам распределительного центра.

4. разработан комплекс имитационных экономико-математических моделей для поддержки принятия-управленческих решений в рамках высокотехнологичного1 производства предприятия машиностроения, отличающийся многовариантностью входных параметров; ориентацией выходных параметров на систему показателей для выбора и реализации управленческих решений, возможностью интеграции в автоматизированную систему управления-предприятием, включающий в себя:

- модель функционирования элементов производственной структуры в рамках высокотехнологичного производства;

- модель производственного участка с регулируемой технологией производства;

- модель производственного участка с фиксированной технологией производства;

- модель распределительного центра материальных ресурсов и готовой продукции для обслуживания высокотехнологичного производства.

5. разработана информационная система для автоматизированного расчета показателей оценки эффективности управленческих решений, принимаемых в рамках высокотехнологичного производства предприятия машиностроения, отличающаяся возможностью накопления и отображения значений показателей в разрезе функциональных областей деятельности объекта по различным временным периодам;

6. разработана и реализована на практическом примере методика организации и оценки эффективности функционирования высокотехнологичного производства предприятия машиностроения с использованием средств имитационного моделирования, отличающаяся использованием предложенных показателей для выбора и реализации управленческих решений в качестве выходных параметров имитационных моделей.

Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в развитии математических методов анализа экономических систем в части конструирования имитационных моделей в области высокотехнологичного производства предприятий машиностроения.

Практическая значимость полученных результатов заключается в том, что представленные в диссертации методические разработки могут быть использованы В деятельности предприятий машиностроения, ПОЗВОЛЯЯ' повысить экономическую обоснованность принимаемых управленческих решений и на этой основе - эффективность их текущей деятельности и устойчивость развития на перспективу.

Результаты диссертационного исследования нашли практическое применение на предприятиях Санкт-Петербурга ООО «Диалог» и ООО «Палфингер Кран Рус», что подтверждается соответствующими актами о внедрении и использовании.

Материалы диссертационного исследования используются в учебном процессе в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете при подготовке экономистов-менеджеров по специальности «Экономика и управление на предприятиях машиностроения», бакалавров и магистров по направлениям «Менеджмент» и «Экономика» в курсах «Производственный и операционный менеджмент», «Информационные системы в экономике и менеджменте», «Корпоративные информационные системы».

Апробация и достоверность результатов исследования

Основные положения диссертации и результаты исследований были представлены автором и получили одобрение на международных, всероссийских и межвузовских научно-практических конференциях и семинарах в 2008-2011 гг. Результаты исследования докладывались автором и получили одобрение на Межвузовской конференции студентов и аспирантов 12-13 марта 2009 г. «Современные проблемы логистики и управления цепями поставок» (Москва), Международных научно-практических конференциях «Логистика: современные тенденции развития» 16-17 апреля 2009 г. и 15-16 апреля 2010 г. (Санкт-Петербург), научно-практических семинарах «Неделя науки СПбГПУ» 29 ноября - 4 декабря 2009 г. и 5-11 декабря 2011 г. (Санкт-Петербург), Международных научно-практических конференциях «Модернизация экономики и формирование технологических платформ» 2-5 июня 2011 г. (Санкт-Петербург) и «Инновационная экономика и промышленная политика региона» 26 сентября - 1 октября 2011 г. (Санкт-Петербург). Автор является победителем конкурса грантов для студентов и аспирантов Санкт-Петербурга по теме «Способы повышения эффективности работы складов штучных грузов» (2010 г.), конкурсного отбора на предоставление субсидий молодым ученым, молодым кандидатам наук вузов Санкт-Петербурга по теме «Методы управления высокотехнологичным производством промышленных предприятий на основе имитационного моделирования» (2011 г.), конкурса молодых ученых Санкт-Петербургского государственного политехнического университета на звание «Молодой ученый года» (2011 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 10 работ общим объемом 13,91 п.л. (в том числе авторских 10,16 п.л.), из них 5 работ в рецензируемых изданиях.

Структура работы

Диссертационное исследование состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Диссертация: заключение по теме "Математические и инструментальные методы экономики", Радаев, Антон Евгеньевич

Выводы по главе 4:

1. Разработана методика организации и оценки экономической эффективности функционирования ВП предприятия машиностроения* с использованием средств ИМ, предполагающая* формирование задач управления^ объектом1 (в* соответствии с разработанной концепцией управления), их решение с использованием средств ИМ (согласно разработанному алгоритму решения задач), а также контроль процесса реализации сформированной системы показателей (при помощи разработанной системы ПКП).

2. Произведена реализация разработанной методики на реальном объекте (предприятии ООО «Энерго»), по результатам имитационных экспериментов * определено оптимальное количество ПТО в рамках объекта, получены плановые значения элементов системы ПКП для управления объектом в процессе реализации управленческих решений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе диссертационного исследования был разработан инструментарий управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения, использование которого позволяет эффективно решать задачи управления объектом на стадиях организационного проектирования и организации функционирования. При этом в рамках настоящей работы были получены следующие результаты:

1. Проведен обзор и анализ литературных источников в области управления и моделирования высокотехнологичных производств предприятий машиностроения, выявлены проблемы практики и теории, особенности существующих и приоритетные направления дальнейших научных исследований, обоснована актуальность темы и научная новизна настоящего диссертационного исследования.

2. Разработана концепция управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения на основе имитационного моделирования, в рамках которой уточнены основные понятия, сформулированы базовые принципы управления объектом с учетом его специфики, разработана классификация факторов эффективности функционирования объекта, предложен подход в области имитационного моделирования для решения задач управления высокотехнологичным производством, определены состав и последовательность решения данных задач.

3. Разработан алгоритм решения задач управления высокотехнологичным производством предприятия машиностроения с использованием средств имитационного моделирования, включающий в себя процедуры сбора данных, разработки экономико-математических и имитационных моделей, а также планирования и реализации имитационных экспериментов.

4. Разработана многоуровневая система показателей, предусматривающая нормирование и группировку показателей в комплексные элементы более высокого уровня с использованием методов квалиметрии, экспертных оценок и попарных сравнений.

5. Разработан комплекс оптимизационных экономико-математических моделей, а на их основе - комплекс имитационных моделей для поддержки принятия управленческих решений на стадиях организационного проектирования и организации функционирования высокотехнологичного производства предприятия машиностроения.

6. Разработана- информационная система; обеспечивающая автоматизированный расчет, накопление и отображение значений элементов системы планово-контрольных показателей, а также ключевых и итогового показателей для оценки эффективности внедрения управленческих решений по-различным функциональным областям деятельности высокотехнологичного производства предприятия машиностроения:

7. Разработана-и реализована на реальном примере методика организации и оценки экономической эффективности функционирования высокотехнологичного .производства машиностроительного предприятия, предполагающая использование средств имитационного моделирования как для формирования, так и для реализации-управленческих решений в рамках 'объекта:.-;.', ' ■;■■."'.''■'•••'' ' .

Также важно отметить, что разработанный комплекс имитационных моделей пригоден как: для исследовательских целей;, так и для аналитической работы' в практике организационного проектирования и организации функционирования-; высокотехнологичного производства предприятий машиностроения. В частности, указанные модели предполагается внедрить в учебный процесс кафедры экономики и менеджмента в машиностроении в качестве лабораторного практикума по дисциплинам «Экономика предприятия», «Производственный и операционный менеджмен т», «Информационные системы в экономике и менеджменте».