Управление открытостью
системы планирования производства
промышленного предприятия
А.Н. Данилов,
проф., к.т.н., доц., dan@pstu.ru,
ПНИПУ, Г. Пермь
Рассматривается постановка задачи управления синергетической
открытостью системы планирования производства, под которой понимается
способность системы быстро реагировать на требования внешних потребителей
продукции за счет организации и самоорганизации производственных структур и
процессов технологической подготовки производства. Вводится оценка
синергетической открытости системы планирования, зависящая от горизонтов и
периодов перепланирования производства на различных уровнях иерархии принятия
решений. Приведён демонстрационный пример.
The
statement of the problem management synergistic openness production planning
system, which is understood as the system's ability to respond quickly to the
demands of external consumers of production due to the organization and
self-organization of production structures and processes of technological
preparation of production, is considered. The open assessment of synergistic
planning system, depending on the horizons and rescheduling production periods
at different levels of decision-making hierarchy is introduced. An demo.
Введение
Одной из важнейших составляющих процесса управления
производством является планирование. Его ведущая роль в принятии управленческих
решений определяется тем, что в ходе планирования ставятся цели и
распределяются ресурсы оперирующей системы. Планирование является непрерывным
процессом в силу двух следующих причин. Первая – возможность достижения цели и
потребность в установлении новых целей. Вторая – неопределенность будущего,
постоянные изменения в окружающем мире, что требует корректировки целей,
согласование их с реальностью. Рассматривать процесс планирования производства
целиком не представляется возможным, поэтому выделяют уровни производственного
планирования, которые характеризуются горизонтом планирования и периодом
перепланирования [1, 2].
1. Оценка синергетической открытости системы планирования
Современные промышленные предприятия,
функционирующие в меняющихся рыночных условиях, можно рассматривать с различных
точек зрения, анализируя, например, экономику, технологическую платформу или
процесс планирования, организации и контроля хода производства. Почти всегда
такой сложный объект как крупное промышленное предприятие рассматривается как
иерархическая структура, так или иначе упорядоченная на каждом из уровней.
Поэтому в качестве меры упорядоченности удобно использовать энтропию, которая,
как известно, пропорциональна логарифму статистического веса, равному числу
микросостояний системы. При этом под микросостоянием системы понимается один из
возможных вариантов взаимодействия всех элементов системы в некоторый момент
времени. Управление крупным промышленным предприятием предусматривает
постоянный и интенсивный обмен, в том числе информационный, с внешним миром.
Такие производственные системы принято называть «открытыми» или «диссипативными».
Как отмечено в [3] применение синергетического подхода показало, что в сложных
открытых системах, при определенных условиях, возможны процессы
самоорганизации, то есть возникновение устойчивых состояний организованности и
поддержание порядка в системе. Попытки исследовать поведение сложной системы
через изучение процессов взаимодействия всех её элементов (например, участников
производственной деятельности) на микроуровне бесперспективны. В связи с этим логично исследовать поведение
системы на макроуровне, управляя ее упорядоченностью путем снижения или
повышения энтропии. Во втором случае можно создавать условия для самоорганизации
системы и обоснованно ожидать появления новых структур, приводящих к новому
устойчивому состоянию системы. Можно, также, управлять порядком системы путем
добавления в нее отрицательной энтропии (негэнтропии),
то есть целенаправленно создавать новые структуры, тем самым снижая энтропию
системы. Процессы дезорганизации и организации обычно протекают
одновременно, увеличивая или снижая суммарную энтропию всей системы. Чем больше
энтропия системы, тем меньше ее упорядоченность. Как показано в первой главе,
для повышения организованности сложной производственной системы необходимо
оказать на нее дополнительное внешнее воздействие, т.е. увеличить степень
открытости, которой будет соответствовать новый более высокий критический
уровень организации или новое метастабильное состояние сложной системы. В результате
этого в системе будут преобладать процессы упорядочения, увеличивающие порядок
до нового критического уровня, при котором система займет новое равновесное
состояние.
Как отмечено в [4], размыкание системы приводит к
увеличению порядка и самоорганизации системы, а замыкание – к дезорганизации.
Однако, размыкая производственную систему с целью ее самоорганизации,
необходимо обосновать возможную степень ее открытости, т.к. превышение
допустимого порога может привести к тому, что система, не успев самоорганизоваться, разрушится.
Поэтому возникает острая проблема обоснования механизмов повышения степени открытости
производственной системы при учете влияния конъюнктуры рынка и интересов
производителей.
Введём параметр, характеризующий «гибкость»
планирования на каждом структурном уровне СПП:
. (1)
Отметим,
что параметр 
характеризует
возможную скорость внесения изменений в i–й календарный план производства. Очевидно, что 
. Если 
, то изменений в плане нет, а если 
, то изменения плана происходят практически мгновенно. В том
случае, когда руководство предприятия стремится к большей открытости для
внешних потребителей, то 
должно стремиться к
нулю (как только приходит новый заказ на предприятие, так сразу корректируется
ГКПП). Однако это влечет изменение в ОПП и ССЗ, т.е. 
и 
также должны
стремиться к нулю, что обычно невозможно с позиций организации процесса
производства. Другими словами, как уже отмечалось, параметры должны быть
согласованы между собой (например, 
). При этом очевидно, что данные параметры
целесообразно выбирать примерно равными между собой, чтобы обеспечить их
согласованность, не завышая производственные затраты. Следует отметить, что
любое уменьшение параметров связано с
дополнительными издержками производства. Поэтому руководство предприятия стремится сохранять эти параметры как можно ближе к 1, т.е.
реже прибегать к процедуре перепланирования производства.
Предположим, что на предприятии сложилась СПП,
характеризующаяся некоторым распределением параметров . Как показано выше, степень
открытости системы однозначно определяет значение энтропии этой системы в
равновесном состоянии. Отметим, что для абсолютно замкнутых
систем значение энтропии будет максимальным, а для абсолютно открытых –
минимальным. Требования рынка продукции обусловливают необходимость
большей открытости и, соответственно, модернизации СПП. Для обеспечения устойчивого
перехода СПП в новое равновесное состояние необходимо оценить степень
открытости системы 
. Для оценки в данный момент
времени может быть предложена следующая формула:
. (2)
Формула (2) показывает, что степень открытости
системы определяется «гибкостью» календарного планирования, причем на самом
«узком» уровне. Введение множителя 
в формулу (2)
позволяет учитывать масштаб предприятия и тип производства (машиностроительное,
металлургическое и т.д.), т.е. учет параметра дает возможность
учесть характер производственной деятельности предприятия при оценке степени
открытости ее СПП.
При увеличении открытость системы
возрастает за счет поступления новой полезной информации
и энтропия снижается, а упорядоченность СПП повышается. Однако если степень
открытости будет очень высокой, например информация о перепланировании будет
поступать ежесуточно, то СПП будет не успевать подстраиваться, что приведет к дезорганизации всей системы
управления. Поэтому для каждого конкретного производства необходимо
обосновывать степень открытости СПП путем выбора оптимального значения , которое зависит от большого числа параметров,
характеризующих производство: номенклатуры и масштаба производства, вида
применяемого оборудования, имеющихся производственных мощностей, используемых
технологий и т.д.
2. Постановка задачи управления синергетической
открытостью системы планирования
Рассмотрим следующая постановка
задачи управления синергетической открытостью системы планирования производства
(СПП), под которой понимается способность системы быстро реагировать на
требования внешних потребителей продукции за счет организации и самоорганизации
производственных структур и процессов технологической подготовки производства.
Найти
такой оптимальный процесс планирования 
), 
,
при котором
(3)
и выполняются ограничения:
в виде равенств:
, i = 2,3,4, 
(4)
и неравенств:
на скорость возрастания степени
синергетической открытости
, 
, (5)
на ресурсы
, 
, 
(6)
а также краевые
условия
(7)
Здесь 
– заданная допустимая
скорость повышения открытости системы, 
– заданные значения
ресурсов предприятия, 
– степень открытости системы в начальный момент времени, 
– желаемая степень открытости системы.
Следует отметить, что
задача (3) – (7) является частным случаем задачи на быстродействие [5], в
которой определяется наименьшее время достижения материальной точкой заданного
положения. В данном случае определяется оптимальное время перехода
производственной системы в новое состояние, задаваемое желаемым уровнем
открытости, при ограничении на устойчивость системы и ресурсы предприятия.
3. Демонстрационный пример
Рассмотрим пример управления синергетической
открытостью производственной системы планирования путем оптимального распределения
параметров , влияющих на степень открытости СПП.
Пусть заданы следующие исходные данные:
года, 
год, 
год, 
месяца, 
месяца, 
неделя, 
неделя, 
дня.
По формуле (1) получим: 
; 
; 
; 
.
Используя формулу (2) можно оценить степень
открытости данной СПП в рассматриваемый момент времени: 
.
Видно, что рассматриваемая
СПП с позиций системного подхода:
1) не обладает согласованностью параметров (
,
), что обязательно вызовет конфликт между уровнем ГКПП
и реализацией ССЗ, т.е. между требуемыми сроками выполнения заказов и
возможностями производства;
2) степень открытости этой системы определяется
гибкостью системы оперативного управления, которая в данном случае является
«узким местом» системы управления производством;
3) система тактического планирования обладает
чрезмерной «гибкостью», что приводит к необоснованным материальным затратам.
Для повышения степени открытости рассматриваемой
СПП с целью более «гибкого» реагирования на пожелания заказчиков рассмотрим
следующую задачу, являющейся частным случаем задачи (3) – (7).
Пусть задана некоторая производственная система,
характеризующаяся следующими параметрами СПП: 
; 
; 
; 
; 
.
Требуется найти минимальное время
Т,
за которое можно повысить степень открытости данной системы на 50%, при
ограничениях на скорость изменения параметров 
, т.е.
. (8)
Эти ограничения связаны с ресурсами предприятия,
возможностями модернизации производства и т.п. При этом, как было отмечено
выше, желательно, чтобы в момент времени Т параметры были приблизительно
одинаковыми.
Будем считать, что 
(при модернизации СПП бизнес–цели не изменяются). Предположим, что заданы
следующие критические скорости изменения параметров системы планирования:
; 
; 
, которые соответствуют возможностям предприятия при
модернизации системы управления за счет повышения гибкости производственного
планирования. При этом обеспечивается гарантированное качество продукции.
Исходя из соотношения (4.2), можно записать:
, 
, 
(9)
Предполагая монотонность по времени функций 
и учитывая ограничения
(4.8), из (4.9) следует, что
.
Из анализа исходных данных видно, что максимальное
значение 
достигается при i = 4, т.е.
максимальная скорость изменения степени открытости системы равна 
. Используя исходные данные, получим ее оценку 
.
Теперь, подставляя это значение в выражение для
требуемого значения параметра открытости системы в момент времени T
(
) и используя соотношение 
, получим минимальное время Т,
за которое можно повысить степень открытости системы до требуемого значения
:
(года).
Следует отметить, что при найденной скорости
изменения открытости системы не произойдет никаких разрушительных процессов
(вследствие выполнения ограничений на ресурсы предприятия). При этом в момент
времени T параметры системы
производственного планирования примут
следующие значения:
; 
; 
, которые близки к согласованным.
Для достижения этих параметров достаточно снизить 
до 2-х месяцев,
значение 
до 1 рабочего дня и
понизить горизонт планирования на тактическом уровне (
) до 2 месяцев.
Отметим, что в приведенном примере после
модернизации СПП «узким» местом планирования вместо оперативного уровня становится
стратегический, который определяет взаимодействие с заказчиками. Другими словами, те обязательства, которые будут включены в ГКПП,
предприятие способно выполнить за счет «гибкости» перепланирования на
тактическом и оперативном уровнях управления производством. Этот факт
является очень важным с точки зрения управления производством, так как
показывает, что производство готово к быстрому реагированию на конъюнктуру
рынка продукции и любые изменения ГКПП не вызовут остановки производства или
снижения качества продукции.
Следует также отметить, что снижение значения до 1 рабочего дня
потребует серьезной реорганизации процесса подготовки производства и процесса
оперативного управления производством. Для того, чтобы
в течение одного рабочего дня обеспечить планирование и производство продукции,
необходимо провести автоматизацию составления сменно-суточных заданий и иметь
современный станочный парк с квалифицированными рабочими. Это
несомненно требует серьезных ресурсных вложений в производство. Однако при этом
резко возрастает конкурентоспособность предприятия за счет более быстрого
реагирования на требования внешних потребителей и
произведенные инвестиции окупаются за достаточно короткий период.
Литература
1. Гаврилов Д.А. Управление
производством на базе стандарта MRP-II. –СПб.: Питер,
2003. – 352с.
2. Производственный
менеджмент: Учебник. /Под ред. В.А.Козловского. – М.: ИНФА-М, 2003. – 574с.
3. Хакен Г. Информация и
самоорганизация. Макроскопический подход к сложным системам. – М.: КомКнига, 2005.– 248 с.
4. Шаповалов В.И. Основы
теории упорядочения и самоорганизации.– М.: Фирма «Испо-Сервис»,
2005. – 296с
5. Алексеев В.М., Тихомиров
В.М., Фомин С.В. Оптимальное управление. – М.: Наука, 1979. – 435 с.