Управление запасами в иерархических структурах с использованием информационных технологий и искусственного интеллекта

В.Н. Миронычев
Начальник сектора ФГУП «РСК «МиГ»,
кандидат технических наук, доцент
Москва

Введение

Целью доклада является повышение эффективности управления поставками запасных частей. Эффективность управления определяется снижением времени и стоимостью поставок ЗЧ. Повысить эффективность можно за счет совершенствования информационного и математического обеспечения логистической поддержки этапа послепродажного обслуживания.

Логистичекая поддержка этапа послепродажного обслуживания включает в себя обеспечение запасными частями заказчика.

Вопросы распределения ЗЧ всегда стояли очень остро, так как являются источником экономии. Данная задача рассматривалась и ранее, но без комплексного учета маршрутов доставки, подчиненности складов, различия в поставщиках. Сложность решения данной задачи заключается в большом объеме информации, которую необходимо запоминать. Поэтому данная задача бала решена с использованием баз данных.

Полученные результаты показали возможность применения предлагаемой системы в различных крупных организациях, использующих логистические подходы.

1. Недостатки существующей системы поставок

Характер недостатков определяется не только человеческим фактором, но существующей иерархической (жестко подчиненной) структурой, которая имеет две параллельные дублирующие ветви – материально-технического снабжения (МТО) и инженерно-авиационной службы (ИАС). Каждая из ветвей Иерархическая, что определяет длительное время поиска ЗЧ, которое составляет до 45 дней. Кроме этого, отсутствием автоматизированной поддержки принятия решения.

Численные результаты анализа существующей системы поставок были получены с использованием системного подхода к моделированию в методологии IDEF0 и стоимостного анализа АВС.

Методология IDEF0 основана на иерархии диаграмм, которые отображают существующие в системе процессы и информацию циркулирующую между этими процессами.

Стоимостной анализ - Activity Based Costing, который расшифровывается как Стоимостной Анализ на Процессах.

Методология IDEF0 позволяет выделить наличие жесткой связи диаграмм по связям между процессами. Имеются 4 вида связей: входо-выходные, управляющие и исполняющие связи. Это позволяет более адекватно моделировать предметную область.

Эти возможности определяют широкое использование данной методологии международными корпорациями, государственными организациями, в том числе Департаментом обороны США, логистическом анализе функционирования организаций. Кроме того, данная методология принята ГОСТОм России.

Для повышения эффективности функционирования системы поставок запасных частей необходимо выполнить реструктуризацию организационной структуры и разработать информационную систему, которая позволит сократить время и стоимость поставок ЗЧ.

2. Направления повышения эффективности системы поставок запасных частей

Решение задачи формально сводиться к решению транспортной задачи линейного программирования, которую и раньше решали. Но при кардинальном изменении организационной структуры организации, область применения данной задачи изменяется. Эти изменения определяются функциями и взаимодействием участников процесса поставок с логистическим центром, а также использованием информационных технологий.

Для того, чтобы свести задачи распределения ЗЧ к решению задачи линейного программирования необходимо выполнить ряд шагов.

Во-первых, на основании полученных заявок на ЗЧ определяется множество складов, с которых может осуществляться поставка ЗЧ.

Во-вторых, для удовлетворения требования задачи ЛП, что число ЗЧ не должно превышать имеющееся, выполняется исключение из рассмотрения тех запасных частей, которые не могут быть поставлены (не на складах), на основании эвристического критерия.

В-третьих, для вычисления значения целевой функции необходимо знать заранее ее составляющие. Этими составляющими являются стоимости возможных маршрутов доставки, которые заранее определяются по алгоритму Флойда.

Только после этого осуществляется решение задачи ЛП симплекс методом.

Все алгоритмы обеспечиваются данными из единой базы данных. Сложность и взаимосвязь данных в БД приводят к необходимости ее концептуального проектирования с оптимизацией. Цель оптимизации в уменьшении затрат на поддержку целостности БД.

Таким образом, предложенные решения позволяют применить метод ЛП к решению задачи распределения ЗЧ с использованием информационных технологий.

3. Новая организационная структура системы запасных частей

Центральной частью новой децентрализованная система поставок запасных частей является логистический центр сервисного обслуживания, на который возложена задачи приема заявок на ЗЧ и организация поиска и доставки ЗЧ. Все участники логистического процесса поставок запасных частей являются равноправными. Это позволяет определить самостоятельно степень участия в поставках запасных частей, кто какие ЗЧ предлагать для поставок и кто будет их доставлять.

Каждый участник имеет базу данных, которая является частью единой распределенной БД. Большое количество участников и многообразие данных приводят к сложности разработки БД. Поэтому необходимо проектировать БД одним из признанных методов проектирования – методом концептуального проектирования.

4. Информационное обеспечение системы поставок

Основой информационного обеспечения (ИО) является базы данных (БД). На рисунке 1 отражены этапы проектирования БД в рамках разработки ИО.

Рисунок 1. Этапы проектирования БД

БД должна адекватно отражать предметную область. Для этого в концептуальном методе использован двойной взгляд на ПО. Один называется от «пользователя» (и осуществляет структуризацию функций управления), Второй взгляд от «предметной области (ПО)» и осуществляет структуризацию данных. Это приводит к разработке двух моделей на каждом этапе проектирования.

Используемый метод имеет 4 этапа проектирования. Первые два этапа наиболее важны, так как являются программно и аппаратно независимыми. Это позволяется результаты проектирования использовать на разных СУБД, и ОС. После их выбора осуществляется дальнейшее проектирование БД.

Основным этапом проектирования является этап инфологического проектирования. Целью этапа является полнота описания предметной области.

4.1. Модель функционирования

Модель функционирования «КАК НАДО» отражает взаимодействие участников перспективной системы поставок ЗЧ. В ней устранены имеющиеся недостатки в существующей системе. Модель показывает отсутствие дублирования процессов поставки ЗЧ. В результате решение задачи поиска ЗЧ и согласование маршрутов поставки с заказчиком составляет менее 2 часов с использованием нового математического обеспечения.

Модель выполнена с применением CASE средства BPwin 4.1. Данное средство позволило согласовать различные взгляды должностных лиц на процессы и объекты ПО.

Рисунок 2. Фрагмент модели функционирования «КАК НАДО»

4.2. Модель данных по IDEF1x

Данная модель реализует взгляд «От ПО» и является объективной. Данная модель выполнена по методология IDEF1X и представляет собой семантический граф. Вершинами которого являются сущности – объекты предметной области, рёбра – связи между ними. Модель обладает широкой классификацией связей между объектами, что позволяет более полно раскрыть взаимосвязь между объектами.

С окончанием разработки данных моделей завершен первый этап проектирования, определяющий первичную формализацию ПО. Данная модель наглядна и понятна разработчику, но имеет сложные алгоритмы контроля целостности данных. Поэтому для снижения сложности данных алгоритмов необходимо выполнить концептуальный этап проектирования.

4.3. Концептуальная модель данных

Концептуальный этап проектирования включает разработку двух моделей. Концептуальная модель данных находиться форме не ниже, чем в третьей нормальной форме по квалификации Кодда. Это позволяет, согласно теории баз данных, получить наименьшую сложность алгоритмов контроля целостности, которые представлены в форме предикатов. Нормализация отношений выполнена алгоритмом синтеза и в качестве критерия использовался минимум отношений в схеме базы данных.

Данная модель получена с помощью CASE средства разработанного на кафедре 34 ВВИА им. Жуковского «Синтез++».

Разработанная модель позволяет реализовать ее на различных СУБД и полностью обеспечивает данными алгоритмы решения задачи распределения ЗЧ. Данные алгоритмы являются составной частью математического обеспечения, которое представляет собой совокупность методов, моделей, алгоритмов обработки информации, циркулирующей в системе.

5. Математическое обеспечение системы поставок запасных частей

Математическое обеспечение (МО) обеспечивает выполнение функциональной составляющей ИС, которая связана с поиском и доставкой ЗЧ за минимальную стоимость и короткое время поставок. Данная постановка задачи явно укладывается в постановку транспортной задачи.

Укрупнённый алгоритм представленный на рисунке 3 показывает логику решения задачи распределения ЗЧ. Для наглядности сверху показаны участники, использующие соответствующие алгоритмы или поставляющие данные для них.

В ходе решения задачи распределения выделяются следующие три основные этапа. На 1 этапе, на основании пришедшей заявки осуществляется поиск складов, имеющих необходимое количество ЗЧ. На 2 этапе осуществляется построение маршрутов доставки найденных ЗЧ со складов. И на третьем этапе осуществляется выбор оптимальных по стоимости и времени вариантов доставки ЗЧ.

Если ЗЧ не возможно поставить, то они либо заказываются на заводах изготовителях, либо ремонтируются. Таким образом, алгоритм заканчивает свою работу.

Рисунок 3. Алгоритм распределения запасных частей

5.1. Алгоритм поиска складов

Поиск складов, с которых будут поставляться ЗЧ можно осуществлять разными методами. Методы ИИ применимы, если имеется возможность представлять знания предметной области дельно от методов работы с ними. Так как данная задача имеет модель объекта – это подчиненность и принадлежность складов организациям и министерствам, а также наличие и условия контрактов на поставку ЗЧ. Данную модель знаний представляем в виде продукционных правил. Тогда обработка этих знаний – вывод осуществляется методом резолюций. Это позволяет осуществлять изменения в подчиненность складов и получать различные множества складов для поиска ЗЧ.

Для случая нехватки ЗЧ требуется определить какой заказчик не будет удовлетворен ЗЧ. Для этого используем показатель исправности авиационной техники. Тогда лишаем ЗЧ того заказчика, у которого показатель Исправности меньше, чем у других. Затем переводим эту ЗЧ на ремонт или изготовление.

В результате работы алгоритма имеем перечень складов с необходимым количеством ЗЧ.

После нахождения складов с ЗЧ определяются маршруты доставки. Алгоритм задачи определения маршрутов, представлен на след СЛ.

5.2. Алгоритм построения маршрутов

Данная задача относится к классу графовых задач. Вершинами является множество складов I, на которых имеются необходимые ЗЧ, множество заказчиков J, которым предназначены ЗЧ, а также множество промежуточных пунктов маршрутов K. Дугами являются транспортные магистрали, которые характеризуются типом технического средства, его стоимостью и временем перевозки.

Задача решается алгоритмом Флойда, который сразу позволяет получить стоимости маршрутов между всеми вершинами графа, показанного на рисунке 4. В результате решения алгоритма получает две матрицы – матрица кратчайших путей маршрута EV и матрица длин кратчайших путей маршрута со стоимостями VW(P, P).

В дальнейшем полученные результаты используются в вычислении целевой функции задачи линейного программирования.

Рисунок 4. Построение и выбор маршрутов доставки ЗЧ (алгоритм Флойда)

5.3. Задача линейного программирования

Постановка задачи показа в стандартном виде для однородных ЗЧ. Для совместного решения задачи на всем множестве ЗЧ используется трехмерная матрица. Заметим, что матрица А – вектор, значениями 0,1. Если Требуется заказчику ЗЧ , то элемент вектора принимает значение 1. иначе 0.

Решение по каждому типу ЗЧ осуществляется независимо. Только целевая функция (ЦФ) объединяет решение.

5.3.1. Целевая функция

Данная функция определяет стоимость доставки ЗЧ. В ней учитывается время доставки как функция срочной и не срочной заявки. Для срочной заявки используются быстрые маршруты (с минимальным временем доставки), как следствие более дорогие.

Смысл их заключается в соблюдении 2 –х основных условий:

1. это то, что суммарное количество ЗЧ, отправляемое из каждого склада, не должно превышать запаса ЗЧ на данном складе.

2. На данном слайде показана целевая функция, значение которой необходимо минимизировать, так как она представляет наибольший интерес в рамках решения транспортной задачи. Условия ограничения решаемой задачи имеют стандартный вид и на данном слайде не представлены.

Целевая функция (ЦФ) представляет собой сумму произведений стоимости поставки ЗЧ данного типа k с данного склада i данному заказчику j на соответствующее количество поставляемых ЗЧ.

Условие ограничения заключается в том, что суммарное количество ЗЧ, отправляемых каждому заказчику из всех складов, должно быть. равно количеству ЗЧ, указанных в заявке.

После решения варианта распределения ЗЧ осуществляется проверка времени доставки ЗЧ на один ЛА. Если разброс во времени больше времени замены, то доставка ЗЧ приходящей первой меняется на более медленный маршрут. В представленной ЦФ взаимосвязь стоимости и времени поставок выражена в показатели стоимости.

Таким образом, полученное распределение ЗЧ, будет экономически выгодным и быстрым. Экспериментальные Результаты поиска ЗЧ приведены на следующем слайде.

5.3.2. Время поиска на складах

Реализация алгоритмов осуществлялась на локальной сети кафедры 101 ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского и РСК МиГ под СУБД Oracle 9.2.0.1.

Из результатов моделирования видно, что время обслуживания заявки в разных системах поставки ЗЧ различается на 2 порядка. Это показывает эффективность предлагаемой системы поставок ЗЧ.

7. Вывод по перспективной системе поставок

Таким образом, предлагаемая система поставок ЗЧ для АТ позволяет наиболее дешёвым образом за минимальное время доставить требуемые ЗЧ заказчику. При этом за время порядка 1-2 часов данная система позволяет решить все вопросы вплоть до согласования полученного распределения ЗЧ с заказчиком. Что позволяет говорить об очевидной эффективности о оперативности функционирования предлагаемой системы поставок, а также обоснованного говорить о её перспективности.

Для реализации данной перспективной системы поставок необходима разработка соответствующе информационной системы, которые позволит облегчить рутинные функции по сбору и подготовки информации для принятия решений должностным лицам.