С.А.
Искра,
с.н.с., к.т.н., iskra@ipu.rssi.ru
ИПУ РАН, г. Москва
Рассматривается задача
маршрутизации для управления цепями поставок SCM в рамках транспортной
логистики. Предлагается механизм моделирования транспортных маршрутов для
распределенных сетевых объектов с помощью структурированных автоматов с последующей
проверкой на корректность выполнения путем построения эквивалентной сети Петри
со сдерживающими дугами.
Is
routing for supply chain management (SCM) within the transport logistics. A
mechanism of modeling transport routes for distributed network objects using
structured finite automaton and then validate the correctness of the fulfillment
by building the equivalent Petri nets with restraining arcs.
Управление цепями поставок Supply Chain Management (SCM) является одной из важнейших задач транспортной логистики для
современного производства с распределенной сетевой структурой. Системы SCM предназначены
для автоматизации и управления всеми этапами снабжения предприятия и для контроля
всего потока продукции. Они позволяют лучше удовлетворить спрос на продукцию
компании и значительно снизить затраты на логистику и закупки.
SCM охватывает весь
цикл закупки сырья, производства и распространения товара. Исследователи, как
правило, выделяют шесть основных областей, на которых сосредоточено управление
цепочками поставок: производство, поставки, месторасположение, запасы, транспортировка
и информация.
Система SCM может
помочь определить оптимальный объем транспортируемой продукции, а также поддерживать
процесс принятия соответствующих тактических решений о производственных
мощностях и расширении транспортного парка — основываясь на данных о спросе на
продукцию и предложении от поставщиков.
Системы SCM могут
оказаться полезными при разработке маркетологами ценовой политики — в определении
себестоимости продукции. Поскольку система SCM покрывает весь процесс
преобразования сырья и материалов в конечный продукт, фактически возникает
возможность оценки добавленной стоимости, которая была создана в ходе
производства, а также разделения прямых и косвенных затрат.
В составе SCM-системы
можно условно выделить две подсистемы:
· SCP (Supply Chain
Planning) — планирование цепочек поставок. Основу SCP составляют системы для
расширенного планирования и формирования календарных графиков. В SCP также
входят системы для совместной разработки прогнозов. Помимо решения задач
оперативного управления, SCP-системы позволяют осуществлять стратегическое
планирование структуры цепочки поставок: разрабатывать планы сети поставок,
моделировать различные ситуации, оценивать уровень выполнения операций,
сравнивать плановые и текущие показатели.
· SCE (Supply Chain
Execution) — исполнение цепочек поставок в режиме реального времени.
· SCP/SCE-системы
поставляются и как самостоятельные решения, и в составе комплексных ERP-систем.
В
качестве объекта управления выбрана транспортная сеть, как типичного
распределенного объекта с задачей SCM (управление цепями
поставок) в рамках транспортной логистики. Исходную информацию по обслуживанию
сети можно условно разделить на две части: статическую - характеристики
оборудования, поставляемых ресурсов (например, топлива), технологические схемы
работы, сообщения и т.п. и динамическую - алгоритмы маршрутизации. Алгоритмы -
логически самая сложная часть информации по обслуживанию и, как показывает
опыт, их удобно задавать в виде графов разного вида. Графы являются компактной
и наглядной формой задания, однако сложность диспетчерского обслуживания для
достаточно разветвленной сети в современных
системах управления реального времени (СУ РВ) резко возросла. При этом,
наряду с ростом количества программно-логических алгоритмов диспетчиризации,
возрастает их сложность и степень "интерактивности", выражающаяся в
увеличении интенсивности использования диспетчера и другого персонала в
принятии решений на отдельных шагах алгоритма. Это требует компактного и
наглядного представления всей структуры выполняемых маршрутов обслуживания и одновременно
подробного представления отдельных исполняемых частей (фрагментов) маршрута.
Согласно
предлагаемой технологии пользователь последовательно детализирует описание
маршрута, разбивая его на блоки и устанавливая между ними связи по определенным
правилам. При такой технологии на любом этапе проектирования маршрут можно
представить как совокупность определенных подмаршрутов, связанных между собой.
Каждый подмаршрут можно, в свою очередь, также детализировать. Например, если
необходимо описать маршрут, состоящий из двух альтернативных подмаршрутов, то
пользователь должен описать два соответствующих блока-маршурта, имеющих общие
начало и конец, и указать, что они альтернативны друг другу. Такое описание
дает возможность "видеть" на каждом шаге детализации весь маршрут в
целом, что позволяет постоянно при принятии решения по детализации очередного
блока делать умозрительный анализ на полноту и функциональное соответствие
варианта детализации с маршрутом в целом.
Использование
графовых форм представления маршрутов в системах с интерактивным управлением
ими выдвигает новые требования к их описаниям. Описания в виде графов при
интерактивном исполнении должны обеспечивать возможности:
· иерархического
представления маршрутов;
· использования на самом
нижнем уровне иерархии простых линейных последовательностей вершин (состояний,
ситуаций, стадий);
· текстового (формального)
описания структуры переходов между простыми линейными структурами.
В
докладе предлагается в качестве модели транспортных маршрутов для задачи SCM
использовать структурированные автоматы (СА) [1], в которой выполняются перечисленные
выше требования.
Моделирование
начинается с декомпозиции общей транспортной сети предприятия на участки, закрепленные за теми
или иными технологическими службами (например, обеспечение топливом или
ремонтное обслуживание) общего производственного процесса. Поскольку декомпозиция объекта на отдельные моделируемые участки
носит субъективный характер, строго не регламентируется, и производится с целью
удобства представления всей структуры сети
и её обслуживания, то возможны различные варианты сочленения моделей
фрагментов транспортных маршрутов.
Поскольку
технология контроля выполнения транспортных маршрутов предполагает визуальное наблюдение,
то естественно потребовать:
· каждая
"часть" должна иметь начало и
конец;
· соединение
"частей" в сложные структуры допускается только через эти выделенные
элементы;
· соединение частей
осуществляется на основе операции совмещения.
Аналогично
простым структурированным автоматам [1] вводятся операции совмещения,
самосовмещения фрагментов маршрутов и
три операции соединения фрагментов между собой: последовательное соединение
(конкатенация), обозначение - (*), разветвление (альтернатива) – (Ñ) и
цикл (итерация) – (
После
этого вводятся средства описания СА в виде композиционной формы, которая
представляет собой совокупность множества исходных фрагментов - базиса разложения
- и формулы, задающей последовательность применения операций образования
конкатенации, альтернатив и циклов к фрагментам из базиса. Формула составляется
из обозначений фрагментов базиса, знаков операций и скобок.
Пример
транспортной сети в виде графа приведен на рис. 1. Маршруты обслуживающего
транспорта представляют собой пути на графе.
Моделирующий автомат образован из линейных фрагментов S1,
..., S7, а порядок их композиции задается формулой Fi .
рис. 1 Представление транспортной сети в
виде СА
F1 =
где S1: 1 – 2 – 3 (цифрами
обозначены терминальные вершины)
S2: S5 Ñ S6
S3: S7 * 10
S4: S8 Ñ S9
При следующей итерации могут быть раскрыты оставшиеся фрагменты:
S5: 3 – 4 – 5 – 7
S6: 3 – 6 – 7
S7: 7 – 8 – 9 – 7 – 10
S8: 10 – 11 – 12 – 1
S9: 10 – 13 – 1
И
соответственно формула может выглядеть следующим образом:
F2 =
Модель
каждого сформированного фрагмента на любом уровне иерархии может быть
представлена в виде СА и отображаться для пользователя как соответствующая формула
и базис составляющих её более простых фрагментов.
На
первом этапе декомпозиции диспетчер может представить данную сеть в виде
формулы из цепочки фрагментов. В принципе базис может быть образован даже не из
фрагментов, а из компонент, важно, чтобы были определены начальное и
заключительное состояния, что для компонент выполняется, однако, не всякая компонента
допускает представленное в виде линейных фрагментов. Различные формулы одного и
того же графа обладают различной выразительностью с точки зрения визуального
контроля их исполнения.
Таким
образом, с помощью формул и базиса разложения возможно представить транспортную
сеть любой сложности в виде СА.
Для
моделирования корректного выполнения маршрутов целесообразно использовать сети
Петри со сдерживающими дугами [2], в которых позициям соответствуют конкретные
терминальные объекты обслуживания сети. А переходам – собственно маршруты между
этими объектами. Тогда для проверки правильности составления маршрутов
достаточно проверить построенную сеть на безопасность или в более общем случае на
k-ограниченность [2]. На рис.2 представлен пример моделирующей сети для
СА из рис.1 (сдерживающие дуги показаны дугами с маленькими кружками на концах)
для условных переходов и однократного прохождения цикла. Для альтернативных
переходов введены дополнительные генерирующие метки позиции (обозначены как f). Благодаря сдерживающим
дугам легко интерпретировать альтернативные переходы и однократное (например)
прохождение циклического фрагмента маршрута.
рис. 2 Моделирующая СА сеть
С помощью системы моделирования в рамках СУ РВ
возможно осуществить расчет и оптимизации маршрутов движения по доставке запланированных
объемов продукции на терминальные объекты, с учетом всевозможных правил и
ограничений доставки. Кроме этого значительно сокращается время на планирование
маршрутов, планирование графика доставок и их автоматизированного оповещения.
Таким образом, использование автоматного моделирования
для SCM-решений в рамках задач транспортной логистики
позволяет компактно представлять маршрутную сеть объекта управления и
оперативно осуществлять её мониторинг.
Литература
1. Прангишвили И.В.,
Амбарцумян А.А. Научные основы
построения АСУ ТП сложных энергетических систем. М.
«Наука», 1992.
2.
Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование
систем. М. Мир, 1984.