Вопросы оптимального управления запасами сырья (на примере химической промышленности РА) тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Вопросы оптимального управления запасами сырья (на примере химической промышленности РА)"

\М о

1 г

ЕРЕВАНСКИЙ ИНСТИТУТ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВ

Аршакян Марета Аршаховпа

Вопросы оптимального управления запасами сырья (на примере химической промышленности РА)

£>/. ао.

0-.00.08 - Экономико-математические методы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Ереван - 1996

Работа выполнена на кафедре "Вычислительные машины и программирование" Ереванского института народного хозяйства.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор экономических наук, профессор Кантарджян С.Л.

доктор экономических наук, профессор Петросян В.Т. кандидат экономических наук, профессор Саргсян С.Д.

Ведущая организация - Ереванский институт

"Пластаолимер"

Защита состоится "Л" txsaA 1996 г. в "/4 "" часов на заседании совместного специализированного совета Ереванского института народного хозяйства и института экономики HAH РА по адресу: г.Ереван-375025, ул.'Налбацдяна-128

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан О" CtnAp^j 1996 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат экономических доцент

Тертерян Г.М.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Химическая промышленность Республики Армения в настоящее время испытывает определенные трудности, связанные с блокадным состоянием Республики. Это касается и ее флагмана НПО "Наирит", руководство которого начиная с 1989 года стало осуществлять дополнительные затраты из-за неритмичной поставки основного сырья, терпело убытки из-за невыполнения обязательств, взятых перед потребителями продукции. Недостаток сырьевых запасов вызывал также перебои в работе не только данного производства, но и нарушал его взаимодействие с другими предприятиями, приводил к огромным убыткам из-за дефицита.

В условиях перехода к рыночной экономике необходимость определения оптимальных запасов сырья для предприятий, занятых в химической промышленности Армении, становится особенно актуальной. Имеется еще множество других причин, в частности, неравномерность потребления и ритмичность производства, наличие случайных факторов, воздействующих на спрос между поставками, на объем поставок, и длительность интервалов между поставками, которые должны учитываться в повседневной работе.

Цель и задачи исследования. Основная цель настоящего исследования заключается в разработке методического подхода для нахождения оптимального размера запасов основного сырья - бутадиена в производстве хлоропреновых каучуков и латексов (наиритов) в НПО "Наирит", продолжающего оставаться единственным предприятием в СНГ, производящим этот строго дефицитный вид химической продукции.

С учетом сформулированной цели в диссертации решены следующие научные задачи:

осуществлена классификация известных из литературы моделей управления запасами, наиболее пригодных к условиям химического производства. Особенность этих моделей состоит в учете ими вероятностного характера спроса и поставок;

- обоснован модельный аппарат, позволяющий предельно упростить характер моделей;

- получены формульные выражения, позволяющие оперативно определять величину капитальных затрат на функционирование складов для хранения легковоспламеняющихся жидкостей;

- проведены практические расчеты по определению стратегии функционирования складских хозяйств в условиях продолжающейся блокады Республики.

Методы исследования. Отличительной особенностью работы в методологическом плане является широкое использование методов корреляционно-регрессионного анализа и других методов математической статистики с методами оптимизации вероятностных моделей.

Научная новизна. Совокупность проведенных работ, их теоретические и практические результаты позволяют с уверенностью заявить, что выполненная работа обладает определенной научной новизной.

Основной научный результат работы в методологическом плане - применение современных методов экономико-математического моделирования на базе средств вычислительной техники. Это потребовало выполнения специальных исследований по содержа; тельной постановке задач, построению вероятностных моделей, разработке алгоритмов решения задач и экономическому анализу полученных результатов.

Практическая значимость работы заключается в разработке и практическом использовании алгоритмов, позволяющих вырабатывать оптимальную стратегию поставки химического сырья в блокадных условиях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных сессиях профессорско-преподавательского состава Ереванского института народного хозяйства (Ереван, 11-14 декабря 1984 г., 25-27 декабря 1986 г., 1988 г., 25-28 декабря 1995 г.) на научном семинаре в Донецком государственном университете (Донецк, 1984), на семинаре III Республиканской школы по математическому моделированию, системному анализу и оптимизации химико-технологических процессов, энерготехнологических и теплоэнергетических аппаратов и систем (26.09-05.10, 1988 г., г.Бердянск).

По результатам выполненного исследования опубликовано 2 статьи и 6 тезисов.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, приложения и содержит 15 рисунков и 11 таблиц.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследуемой проблемы в условиях нестабильного снабжения, сформулирована основная цель и конкретные задачи, решаемые в диссертационной работе, научная новизна, ее теоретическая и практическая значимость.

В первой главе описана проблематика задач управления запасами в химической промышленности. Отмечается, что управление запасами представляет собой проблему, общую для предприятий любого сектора, входящего в народное хозяйство Республики. Задачей управления запасами является определение оптимального уровня запасов сырья, необходимого для

организации наилучшего режима работы системы сырье-производство-продукция.

Управление запасами - область исследования операций, включающая модели и методы, предназначенные для оптимизации запасов, т.е. ресурсов, находящихся на хранение и предназначенных для удовлетворения спроса на эти ресурсы.

Задачи теории управления запасами классифицируются по трем признакам: топологии, временным и информационным характеристикам процесса управления.

Литература по теории управления запасами, в настоящее время, это в основном переводные книги, в которых описываются различные по степени сложности экономико-математические модели управления запасами, которые ориентированны на практическое использование в условиях рыночной экономики.

Регулирование запасов представляет собой процесс преобразования информации о состоянии запасов, выработку и реализацию решений, направленных на ликвидацию нежелательных отклонений в уровне запасов, возникающих в результате работы в нестабильных условиях.

Теория управления запасами в экономике оперирует с такими количественными характеристиками запасов, как оптимальная величина партии поставки, уровень текущего и страхового запасов, время пополнения запасов и т.д.

Поиск оптимальной стратегии управления запасами в нестабильных условиях осуществляется, как правило, при очень жестких представлениях о будущей потребности, что делает прогноз недостаточно надежным и точным (например, внезапная блокада). Вследствие этого предлагается не только решить задачу отыскания оптимальной политики управления запасами, но и определить чувствительность данной системы управления на различные возмущения, т.е. воспользоваться

методами, развитыми в теории автоматического регулирования.

Известно, что в НПО "Наирит" основным сырьем для производства хлоропреновых каучуков и латексов в конце 70-х годов стал производимый в России бутадиен, который доставлялся к месту потребления по железной дороге. Для организации приема и , хранения бутадиена был организован специальный склад, где бутадиен из железнодорожных цистерн передавался в шаровые резервуары. Из последних бутадиен непрерывным потоком поступал в цех хлорирования, а жидкий хлор поступал в этот цех непосредственно с железнодорожных цистерн.

В НПО "Наиркгт" складская система (складирование бутадиена) имеет структуру, изображенную на рис.1.

потребителей __ Г - Пункт хранения Источники сырья

Сырье для потребителей " сырье

Рис.1. Структура складской системы НПО "Наирит"

Годовой грузооборот склада составлял 77000 т., при мощности производства 75000 т. в год.

Емкость склада обеспечивала 8 суточный запас бутадиена при непрерывной работе производства. Очевидно, что оптимальная стратегия пополнения запасов может быть вычислена при помощи соответствующей математической модели. Для этих целей из общего комплекса технических, организационных и экономических факторов, определяющих деятельность предприятия и его связи с народным хозяйством, были выделены наиболее существенные факторы, воздействующие на процесс создания материальных запасов.

Именно поэтому далее в работе описаны известные в литературе классификации моделей управления запасами (МУЗ).

Предлагается классифицировать МУЗ с точки зрения наиболее распространенных систем восстановления запасов, возможных типов решений задач запасов, а также выделить модели, в которых запасы рассматриваются отдельно по каждому наименованию (виду) запасаемых объектов. Типичным примером задачи для отдельного вида запасаемого сырья является модель с использованием формулы расчета объема партии при наличии спроса и предложения. Совместный анализ различных видов запасаемых объектов имеет место тогда,

1) когда наименование (вид) вообще не рассматривается отдельно или

2) каждое наименование (вид) рассматривается детально, но на все виды, вместе взятые, имеется совместное количественное ограничение (например, общая сумма средств, вложенных в запасы разного вида, не должна превышать определенного лимита).

В работе описаны также подходы к классификации моделей, согласно которым предлагается классифицировать модели по математическим методам решения, и по следующим четырем элементам, входящим в расчет:

1. Организационной системе или принципу пополнения запасов;

2. Критерию целесообразности;

3. Набору параметров расчета;

4. Типу информации.

В основу другой классификации МУЗ положены основные элементы модели оптимального управления запасами, в которых выделено шесть таких элементов:

1) система снабжения,

2) спрос на предметы снабжения,

3) возможность пополнения запасов,

4) функции затрат,

5) ограничения,

6) принятая стратегия управления запасами.

В диссертационной работе классификация МУЗ осуществлена с учетом более широкого круга признаков, вариантов и модификаций, связанных с расчетом количественных характеристик запасов и выведены три конкретные модели управления запасами, в которых отражены особенности химической промышленности.

Глава завершается описанием экономических аспектов развития теории управления запасами.

Во второй главе рассматриваются методологические вопросы определения оптимальных запасов сырья в отраслях промышленности с непрерывной физико-химической технологией.

Отмечается, что для всех моделей управления запасами сырья требуется некоторая информация, касающаяся спроса на интересующий вид сырья. В простейшей детерминированной модели нужно знать только один параметр - интенсивность спроса. В других случаях необходимо определить характер процесса, порождаемого спросом, и вид распределения размера требований, с целью обеспечения спроса. Часто бывает нужно предсхазать, как эти показатели будут изменяться в будущем. Для получения приближенных оценок интенсивности спроса " нужно иметь данные о предистории спроса.

Далее в работе описываются экономико-математические модели управления запасами сырья в условиях постоянного. спроса. В частности описаны модели для определения оптимального объема поставки в нормальных условиях, приводятся формульные выражения для вычисления оптимального объема поставки с учетом убытков из-за блокады железной дороги и описываются стохастические модели управления запасами сырья в блокадных условиях. Получены зависимости, позволяющие осуществлять учет убытков из-за излишка или нехватки сырья и учет затрат на хранение и издержек из-за неудовлетворенного спроса. Вторая глава завер-

шается описанием целевых функций для различных моделей управления запасами.

В частности отмечается, что для моделей, в которых процессы, порождаемые спросом и временами поставок, от времени не -зависят (это означает, что средняя интенсивность спроса постоянна), в качестве критерия оптимизации берётся максимум средней годовой прибыли или минимум средних годовых издержек. Целевая функция, оптимум которой отыскивается для случайного спроса, часто изображается в виде математического ожидания общих затрат.

Очевидно, что точность решения задач в большей степени зависит от учета всех издержек содержания запасов на складах и издержек, связанных с функциями управления запасами.

Приводятся аналитические выражения, сформированные в виде целевых функций для случаев, когда: наличие сырья у поставщика в 1-6м периоде ,- а^, потребность в

сырье у потребителя - и объем поставки - х^ являются

переменными величинами.

Очевидно, что эти переменные должны удовлетворять

следующим ограничениям: _

Ч >0; Ц>0; XI > 0; ^ = 1,п) (1)

Для каждого периода 1 должно- выполняться следующее неравенство: . .

т.е. объем поставки не может превышать объем сырья, находящегося у поставщика.

Потребность в сырье у потребителя в 1-ом периоде равна а получает он сырье в количестве х^, причем объем поставки в условиях блокады должен быть намного больше потребности.

Выразив отклонения поставок от потребности в каждом периоде через известные Ь} и неизвестные х) для

первого периода спрос потребителя, получающего сырье в количестве х,, отклонение поставки от потребности составит х, - Ь(.

Во втором периоде спрос потребителя составляет Ь2, он получает сырье в количестве х2. Кроме того, у него может быть на складе остаток от первого периода в количестве х, - Ь^

Таким образом, отклонение поставки от потребности во втором периоде составит:

{х,-Ь,+х2)-Ь2=(х1-|-х2)-(Ь1+Ь2) (3)

В третьем периоде потребность потребителя Ь3, он получает сырье в количестве х3. Кроме того, у него есть на складе остаток от второго периода в количестве

(Х|+Х2)-(Ь,+Ь2).

Таким образом, отклонение поставки от потребности в третьем периоде равно:

(х 1 +.х2) - (Ь, + Ь2) 4- х3-Ь3 = (х ] Ч- х2 -Ь х3) - (Ь, + Ь2 + Ь3) (4)

Рассуждая аналогичным образом отклонение поставки от потребности за п периодов составит

Несоответствие объема поставки потребности для 1-ого периода приведет к тому, что предприятие-потребитель в условиях блокады понесет убытки в размере

Целевая функция задачи представляет собой сумму убытков, полученных в каждом периоде

Издержки, связанные с работой складских систем, играют важную роль при выборе стратегии функционирования. Под стратегией функционирования в диссертационной работе понимается правило, говорящее о том, когда и сколько сырья следует заказывать. На стратегию

функционирования оказывают влияние, очевидно, только издержки, меняющиеся с изменением стратегии функционирования. Издержки, которые не .зависят от применяемой стратегии, не следует учитывать при выборе стратегии функционирования.

Третья глава диссертационной работы посвящена определению оптимальных запасов основного сырья в производстве хлоропреновых каучухов и латексов.

Отмечается, что без четкой организации складского хозяйства невозможно бесперебойное и планомерное снабжение промышленного производства необходимыми материальными ресурсами. Рациональная организация складского хозяйства оказывает непосредственное влияние на экономику предприятий.

Совершенствование складского хозяйства - неотложная и первоочередная задача, решение которой способствует росту эффективности общественного производства.

Для ее решения в работе предлагается использовать экспрессные методы определения капитальных вложений на создание складских помещений в условиях неритмичной поставки сырья.

Приводятся уравнения регрессии, полученные для расчета прейскурантной стоимости шаровых резервуаров для хранения бутадиена (дивинила), используемого в технологической схеме производства хлоропреновых хаучухов и латексов в НПО "Наирит".

Коэффициенты уравнения регрессии вычислялись с помощью программы корреляционного анализа.

В качестве исходных данных использовались материалы по ценам на стандартизированное химическое оборудование.

Отбор осуществляется с учетом конструктивных параметров, которые считались определяющими для шаровых резервуаров, используемых для хранения углеводородных газов, бутана, бутилена, дивинила и пр.

В число последних включены: объем резервуара (х,), давлене (х2), толщина (х3) и масса (х4).

.....Находится зависимость цены от одного из основных

параметров в виде линейной, степенной и гипперболи-ческой функции.

Анализ приведенных уравнений показывает, что на цену шаровых резервуаров наибольшее влияние оказывает их масса и для практических расчетов можно рекомендовать уравнение

1пЦ = -8,66-М,091пх4 р = 0,41% (7)

Именно оно и использовалось при решении практической задачи по определению капиталных , вложений в складские помещения по хранению бутадиена в НПО "Наирит".

Далее в работе описывается разработанная автором модель управления запасами (система критических уровней - "б, Б" стратегия пополнения запасов). Она позволяет полностью охватить весь диапазон возможных случаев, которые возникали в НПО "Наирит" как при его ритмичной работе на проектной мощности, так и при частичном исползовании этих мощностей. Для решения задачи использовались исходные данные по поставкам бутадиена в НПО "Наирит" за период работы с 1987 по 1988 гг.

На основании этих данных был осуществлен анализ закономерностей изменения величины запасов бутадиена в НПО "Наирит". Результаты анализа показали, что поставка и потребление носят случайный характер, т.е. (э.Б) стратегия пополнения запасов, (когда заказать и сколько заказать) здесь вполне приемлема. Блок-схема алгоритма решения задачи приведена на рис.2.

14

Начале»'

{ -

Определение парамеаров • а, Ь, c,/„jt„ к

■ .. I

Определение распределения случайного спроса р(я)

А

. , Вычисление хпц)

P^-'ZP^PjqrPj

QQi-i 11 • % ■ Вычисление ^ду) ~~ у=011,2,...20+1

L(S) = minL(y)

X

Определение граничных значений (s s) и (S S)

X

Вычисление значения D Jvs^D < S-s

Вычисление in (о), in(z), M(z)

Вычисление

aCs;

X

Вычислеьще

L

кон!

ец

J

1 Л

У

7 f

3

Рис.2 Блок-схема алгоритма оптимизации модели управления запасами (система критических уровней (в, Б) стратегия пополнения запасов).

По указанному алгоритму на первом этапе с использованием данных 1987-88 гг. была решена задача определения оптимальных запасов сырья в НПО "Наирит". Результаты расчетов позволяют утверждать, что в случае сохранения условий этих лет годовая экономия от внедрения полученных рекомендаций превысила бы 13 млн.драмов.

Далее в работе решена задача по выработке оптимальной стратегии пополнения запасов с целью выполнения запланированного на 1996 год выпуска 7 тыс. тонн хлоропреновых каучуков и латексов.

Для этого в диссертационной работе при разных значениях параметров дополнительно решены три новые задачи, позволяющие выявить зависимость ожидаемых затрат от издержек на содержание 1 т. сырья, от изменения времени поставки, от изменения накладных расходов.

Результаты этих расчетов сведены в таблицу 1, в которой подчеркнуты возможные значения всех анализируемых параметров (а, к, Л') и указаны оптимальные значения целевой функции при этих значениях.

В диссертационной работе выявлены зависимости ожидаемых затрат от изменения затрат на содержание 1 тонны сырья, от изменения времени поставки и изменения накладных расходов (рис.3 а, б, в).

Результата решения задач по выбору оптимальпой стратегии

на 1996 год

Таблица 1.

Затраты Штраф. Наклад. Стоим. Коэфф. Время Миним. Граничные Окончат.

на сод. потери расход. 1 т дископ- пост. ожид. значения мин.ожид.

1 т на 1 т сырья тиров. затраты запаса затраты

а b к с л Л L(y) s S F(S, D)

драм драм драм драм нед. драм тонн тонн драм

24000 64000 16000 160000 1 1 2011000 600 900 2649000

24000 64000 16000 160000 2 2412000 700 1000 3100800

8000 64000 16000 160000 1 2 1116000 800 1300 1692000

4000 64000 16000 160000 1 2 648480 900 1400 1183200

24000 64000 32000 160000 1 2 2412000 600 1100 3580800

24000 64000 48000 160000 1 2 2412000 600 1200 4060800

24000 64000 16000 160000 1 3 2947200 1000 1300 3684000

Как видно из рис.З(а), при увеличении затрат на содержание 1 т сырья уменьшается величина запаса, но с другой стороны увеличиваются ожидаемые затраты, уменьшается величина т.е. увеличивается число

заказов, а сроки хранения сокращаются.

С увеличением значения параметра а уменьшаются граничные значения запаса, т.е. б и Б.

Из рис.3 (б) видно, что чувствительность складской системы при изменении времени поставки велика.

Чем длительнее время поставки, тем больше значение ожидаемых затрат, т.е. возрастают за это время или затраты на содержание запасов или увеличиваются штрафы при неудовлетворении спроса.

С увеличением значения параметра увеличивается величина запаса - Б, т.е. надо запасать больше сырья, чтобы обеспечить непрерывность производства.

Из рис.3 (в) видно, что с увеличением накладных расходов увеличиваются ожидаемые затраты, увеличивается величина (Б-э), которая приводит к сокращению числа заказов. Изменяются граничные значения запаса (б -нижняя граница запаса убывает, Б - верхняя граница возрастает).

В заключении диссертационной работы сформулированы основные выводы и предложения по проведенному исследованию.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Экспрессные методы оценки стоимости химического оборудования. Журнал "Промышленность Армении" N 9, 1982 (в соавторстве).

2. Экономико-математические модели управления запасами сырья в условиях непрерывного химического производства. Тезисы докладов семинара "Моделирование, идентификация, синтез систем управления в химических и химико-металлургических производствах". Донецкий гос.университет, 1984.

3. Алгоритм решения задач стохастического программирования. Тезисы докладов 6-ой научной сессии профессорско-преподавательского состава ЕрИНХ, 1984.

4. Некоторые проблемы описания спроса в задачах управления запасами. Тезисы докладов 7-ой научной сессии профессорско-преподавательского состава и аспирантов Ереванского института народного хозяйства. В

сб. Ускорение научно-технического прогресса и интенсификация общественного производства. Ереван, 1986.

5. Экономико-математическая модель для определения оптимального объема поставки. Тезисы докладов 9-ой научной сессии профессорско-преподавательского состава и аспирантов Ереванского института народного хозяйства. В сб. Совершенствование хозяйственного механизма и ускорение научно-технического прогресса. Ереван, 1988.

6. Оптимизация поставки бутадиена в НПО "Наирит". Институт газа АН УССР. Киев, 1988.

7. Стохастические задачи запасов. Тезисы докладов 11-ой научной сессии профессорско-преподавательского состава и аспирантов ЕрИНХ. Ереван, 1995.

8. Методика определения общих капитальных затрат на создание и функционирование химико-технологических систем (ХТС). Ежеквартальный реферативный сборник "Депонированные научные работы". Ереван, 1996, N 3 (в соавторстве).

(Всего 1,5 п.л.)

rïlgmpdmmmti qjqgjgmütim3müm gmphUmUud iJüqQnaqmml 4 ijdqof]iu?iumfi giJfmgqUhiudulff L Qqgfcoh üiiqgmijbqinmiluin lmpijinfiio çmfifiUmâmun

:6L|pbm3Um|)

t|üqüinqpmümhri liujipiiubmuvbo piugmiig çmjinjmfi 'Qrjiuídiurjiufip iPqüup gmpümtimumh lmpijintao «s 's» } рггфиЩптдрилци

:Jqomifbqinmilinn 1mpi|tnhrio lulqçliqinn ümZmhi 1qt]ilm3imim gq piuüinmlíiud cJguüii 'Uqg -fíümliZmq inqüligufi gq çm|iUmmmti jiulqiup çmMmZfi :Qpdi|iJublm iTIqliup gmpümtimumli "Impijinhno i|dm?mhfi i^piuq fiupiug -mjigm «s 's» lulqçljquin UmZmln } çm^m?? рчиЗдтттп^п

:pui6qmup Uug gmpnJZmd iJUqgpiudtJiJqg lmmi|hnmh uiZqpmilqgm Umpmq gmfdiuqgçUub 1 gmpçliqinn t|Uqgmnqqmh t|Uqdiufg gmfimijpijcf 1 piujihümSmun

:6i|dqUinqpmilmhi gm^mgpijq ßgmiJg çm]irt]mli 'üdqgb i|dqgp-iuduîim3dmn i^üqgmnqqmhi lulqfidmJiZmq dpmfdiuindtZp çqp i gqüutmdm nijlmui gq guiidiudutimdrngq arjudu 'dqglqljup ijímijnqdbqu gt|imçb 4 gijfmçb gq lqli6minn pmbgm дЦЗтип

rdqgiqbup gmpUmtimumfi lmpi|infno lidmZmfn piudqggmpímtn lmpqdinnct| gq çm^mZfi :dqgpiuGqmup üqdLJmui gmpZudu i^dmZmfn Impijinhrio ijípiuq gq çmJidbmUmliq

:piubümh

-mnmb i|Uqglqbup gmpdmtimum^ L|iiqgUmZmhi ijcîpiuq inZqpmdqgm ügm(d"iudqdmgiuílidm gmhmi|pij¿ :j çm|ulminmfi pnJcTgmmma|Zn

:ögmpuiubminqq ijüqgdijlignl gmhmgçdub q gmhmi|buliiliudqp 'gmhmnqtn-gmpUmJimumh Impi^mho i|dmZmlri i|3piuq } çmjidiftig gmpqd gmfdninunjmgqinm ligmihmZUpTi Л

t|dbmpliqn gmídiun -unjmgqinm dmpmq lulmgminn дтрфлпт gmhmmi|b i|iuçmghqd i|dqggiuidiuim|b 'ingin 'tiufmpqd tiutimgijdo gmfdiudqdmguiílidm gmfirm]pi|6 tfc «0dq6dmq gmpümtimumli Impijinhio iJdmZmhn ijapiut» ilgmftimZdmyfl

рлифифрп

oz