Основний зміст роботи

Вступ. Показана актуальність роботи з точки зору важливості проблеми оперативного оптимального управління ТК молочного заводу з урахуванням роботи підсистем для розвитку молочного виробництва України; звўязок роботи з науковими програмами Українського державного університету харчових технологій. Сформульовані мета і задача досліджень. Визначені наукова новизна та практичне значення одержаних результатів. Вказано на апробацію результатів дисертації та кількість публікацій.

Перший розділ присвячений аналізу особливостей ТК молочного заводу як обўєкта управління і постановці задачі досліджень.

Виходячи з методології системного аналізу, технологічний комплекс молочного заводу визначено як складну технологічну та організаційно-економічну систему, що складається з великої кількості взаємозвўязаних підсистем. Дана оцінка ТК молокозаводу згідно з існуючою класифікацією технологічних комплексів.

Особливістю молочного виробництва є насамперед те, що для нього характерна широка номенклатура продукції, що випускається, асортимент і кількість окремих видів якого може вимагати змін із-за обўєктивних факторів (зміни якості сировини, що надходить на підприємство, зміни попиту, стану обладнання тощо) в умовах переробки швидкопсувної сировини та напівфабрикатів. Таким чином, для молокозаводу особливу роль має визначення ефективної стратегії управління виробництвом. Це можливо в умовах своєчасної та обўєктивної інформації про стан виробництва. Особливої уваги при створенні систем управління ТК надано методам та алгоритмам координації роботи підсистем у зв'язку з чітко визначеною концепцією створення комп'ютерно-інтегрованого виробництва.

Проведений аналіз робіт показав, що відомі методи розробки структури КІСУ не враховують специфіки управління ТК молочного заводу, котрий складається з підсистем, кількість яких та зв'язки між ними визначають складність задачі управління та витрати на її розв'язання. Тому визначення кількості підсистем в ТК є одним з визначальних етапів створення КІСУ.

Отже, в результаті виконання роботи необхідно сформувати умови сумісності задач оптимізації роботи підсистем ТК молочного заводу та їх координації, коректності та існування рішень для оперативного управління. Розроблені алгоритми повинні враховувати дефіцит часу розв'язання задач, бути збіжними та стійкими відносно похибок обчислень. Функціональна структура КІСУ повинна бути орієнтована на використання ПТК на основі мікропроцесорних контролерів та ПЕОМ.

Визначені науково-технічні основи цієї роботи та основні напрямки досліджень.

Другий розділ присвячений техніко-економічному аналізу процесу функціонування ТК молочного заводу.

В результаті аналізу технологічний комплекс молочного заводу визначено як складну організаційно-технічну систему взаємопов'язаних елементів, які спільно функціонують для досягнення основної мети ѕ забезпечення отримання максимального прибутку в межах певних витрат на виробництво та обсягів реалізації молочної продукції, отже, існує необхідність вирішення питань оптимізації використання виробничих потужностей, матеріальних, трудових і фінансових ресурсів. Суттєвими особливостями молокозаводу є наявність значної кількості підсистем, зв'язаних між собою складними структурними та функціональними відношеннями:

— визначення та застосування критеріїв оптимальності для управління підсистемами;

— присутність та вирішення задач оптимізації роботи підсистем;

— наявність ієрархічної структури, як показника узагальнених задач підприємства в цілому, та обмежених задач окремих підсистем.

Використовуючи системний підхід до проведення аналізу функціональної та організаційної структури молочного виробництва виділено ланку “цех”, що є підсистемою в загальній системі виробництва, оскільки реалізує на технологічному рівні основну виробничу функцію ѕ випуск молочної продукції. Ціль виділеної підсистеми повністю узгоджена з ціллю системи в цілому.

На основі аналізу ТК молочного заводу побудована структурна схема виробництва на прикладі ВАТ “Галактон”, що складається з підсистем, пов'язаних між собою складними матеріальними потоками.

В результаті проведеної оцінки ефективності використання моделі за важливістю вирішуваних задач та здатності моделі передбачати результати, було обрано та розроблено графову модель структури ТК молочного заводу на прикладі ВАТ “ГАЛАКТОН”, і виділені вершини, що характеризуються складністю прийняття рішень. При цьому в кожній вершині виникають задачі оптимального управління технологічними процесами, що зводяться до загальнозаводської задачі отримання максимального прибутку підприємством.

Визначено, що для розв'язання задачі координації роботи керованих підсистем ТК молокозаводу як критерій оптимізації, виходячи з основної мети підприємства, доцільно використати прибуток, отриманий від реалізації продукції за певний проміжок часу:

                                        (1)

де n ѕ кількість одиниць асортименту; x_j ѕ обсяг випущеної продукції одного асортименту; Ц_j — ціна одиниці продукції даного асортименту;  ѕ сумарні витрати на виробництво одиниці асортименту продукції.

В третьому розділі формалізована постановка основних задач управління ТК молокозаводу і зроблено їхній розподіл між цехами та дільницями підприємства з урахуванням прийнятих критеріїв оптимальності та особливостей виробництва. В результаті експериментальних досліджень технологічного комплексу молочного заводу розроблена імітаційна модель процесу планування виробництва молочних продуктів на міському молочному заводі та проведена параметрична оптимізація моделей з використанням експериментальних даних.

При виробленні молочних продуктів на молочному заводі економічні процеси планування та аналізу виробництва продукції представлено у вигляді ряду послідовних задач, що вирішуються за допомогою лінійного та динамічного програмування. До них відносяться задачі: складання рецептур молочних продуктів, планування асортименту продукції, що виробляється, розподіл виробничої програми виготовлення продукції по цехах; визначення послідовності приготування молочних продуктів при встановленому змінному завданні виробництва продукції тощо.

Розглянуто математичні методи та алгоритми управління ТК молокозаводу. Більшість з перелічених задач розв'язується за допомогою симплексного методу на різних етапах планування виробництва молочних продуктів. Крім того, використовуються модель лінійного програмування транспортного типу та співвідношення, запропоновані Беллманом, а також логічні умови і правила, сформовані за допомогою експертів.

Для визначення оптимального плану асортиментної задачі міського молочного заводу використана наступна модель лінійного програмування: знайти максимум цільової функції:

                                                          (2)

при обмеженнях:                                                                     (3)

де x_j — кількість молочного продукту j, що виробляється; a_ij ѕ витрата і-го виду ресурсу (сировини і матеріалів, виробничої потужності, трудових ресурсів на одиницю j-го виду продукції в процесі виробництва; b_i — величина наявного ресурсу і-го виду; n — кількість молочних продуктів, що виробляється; m — кількість ресурсів; П_j — прибуток, що отримується від виробництва j-го виду молочного продукту.

розрахунок рецептури молочної продукції зводиться до вирішення задачі лінійного програмування, що представлена такою математичною моделлю.

Цільова функція характеризує умови, при яких суміш для молочної продукції має мінімальну собівартість:

                                                             (4)

при виконанні наступних технологічних умов:

                                                    (5)

де x_j — кількість одиниць j-го продукту, що входить до складу суміші; a_ij — коефіцієнт матриці, що означає вміст елемента і в одиниці j-го продукту (сировини); с_j — оптова ціна одиниці j-го продукту (сировини); n — кількість вихідних видів сировини, можливих для використання при складанні суміші; N_j — допустима норма введення в суміш j-го виду продукту (сировини).

Ще одною важливою задачею оптимізації є оптимальне використання виробничих ресурсів міського молочного заводу. Мета аналізу розподілу завдання полягає у визначенні резервів зниження експлуатаційних витрат, здійснених при виконанні виробничої програми виробництва молочної продукції, шляхом перерозподілу завдання по виробництву молочної продукції між виробничими лініями одного цеху. Розрахунки аналізу розподілу можна провести, використовуючи модель лінійного програмування транспортного типу для пастеризаційних установок або симплексного методу для автоматів розливу. Тоді мінімум цільової функції, що відповідає випуску продукції з найменшими сумарними експлуатаційними затратами, запишеться рівнянням:

                                                   (6)

при обмеженнях

                                                           (7)

де  — обўєм виробництва j-го виду молочної продукції на i-тій виробничій лінії;  — потужність для виготовлення молочної продукції на i-тій виробничій лінії;  — обўєм виробництва j-го виду молочної продукції;  — обўєм фіктивного виробництва (невикористана потужність виробничих ліній);  — експлуатаційні витрати на 1 т j-го виду молочної продукції,

що виробляється на i-тій виробничій лінії, в грн.

Враховуючи те, що розглянуті задачі мають різні цільові функції, сформуємо критерій для оцінки функціонування ТК молочного заводу за звітний період, що показує формування сумарного прибутку на певному проміжку часу Т:

,                       (8)

де n ѕ кількість одиниць асортименту; x_j ѕ обсяг випущеної продукції одного асортименту; Ц_j ѕ ціна одиниці продукції даного асортименту; С_і — оптова ціна одиниці і-го продукту (сировини); З_і — експлуатаційні затрати на 1 т j-го виду молочної продукції, в грн.; Т — звітний період часу.

Розроблена структурна схема молочного заводу з переліком основних задач управління підприємством.

При застосуванні перелічених вище задач оптимізації та координації їх роботи можна стверджувати, що додатковий прибуток підприємства буде становити близько 25000 грн./добу.

Четвертий розділ присвячено розробці функціональної структури компўютерно-інтегрованої системи управління молочним заводом, що має три рівні управління і об'єднує різні підрозділи підприємства з метою отримання максимального прибутку від реалізації (Рис.1).

В результаті проведеного аналізу особливостей виробництва молочної продукції, пропонується застосування розроблених для молочного підприємства розподілених інтелектуальних підсистем прийняття рішень, що забезпечують розв'язок глобальної задачі управління та ієрархічну оптимізацію локальних задач при використанні компўютерно-інтегрованої системи управління ТК молочного заводу (Рис.2).

Аналіз існуючих розробок показав, що для забезпечення максимальної ефективності функціонування створюваної системи необхідно розробити підсистеми забезпечення надійності та живучості із своєю функціональною, технічною, організаційною структурами та виконанням специфічних функцій — діагностики, реконфігурації, рестарту тощо. При цьому визначено надійність інтелектуальних і експертних систем Н_ІЕ як суму зовнішніх і внутрішніх факторів надійності:

                                      (9)

де Н_m — технічна надійність; Н_ер — ергономічна надійність; Н_ек — екологічна надійність, Н_п — надійність програмного забезпечення; Н_і — інформаційна надійність; Н_н — непередбачувані, екстремальні, додаткові фактори надійності.

Для підвищення безпеки, надійності та живучості КІСУ з використанням інтелектуальних підсистем прийняття рішень пропонується застосування таких методів: використання більш надійних комплектуючих виробів; покращення умов експлуатації; введення структурної надлишковості; інтенсифікація технічного обслуговування; поглиблення технічного діагностування.

Ефективність функціонування розробленої КІСУ залежить від рівня спеціалізованого інформаційного і програмного забезпечення системи, включаючи комплекс управляючих технологічних програм для технологічних модулів, стану інструмента, оснащення, наявності необхідних матеріалів, комплектуючих виробів тощо.

Враховуючи вимоги щодо програмного забезпечення, а також постановку задачі управління, пропонується використання засобів обўєктно-орієнтованого підходу, що базуються на описі класів і обўєктів, що дозволяють спростити процес розробки математичного та програмного забезпечення складних технологічних комплексів.

На основі сформульованих алгоритмів і правил розроблено програмне забезпечення інтелектуальних підсистем прийняття рішень для ТК молочного заводу, із застосуванням засобів обўєктно-орієнтованого підходу, зокрема продукту Borland Delphi, що використовує мову програмування Object Pascal.

В пўятому розділі проведено вибір технічного забезпечення рівнів управління та робочих станцій компўютерно-інтегрованої системи управління ТК молочного заводу. На основі порівняльного аналізу зроблено висновок про доцільність побудови компўютерно-інтегрованої системи молочного виробництва на базі програмно-технічного комплексу, що складається з МПК МODICON TSX MIСRO-3722 фірми Schneider Group та персональної ЕОМ.

Мережею нижнього рівня, що зўєднує контролери, які управляють основними ТП молочного виробництва, є мережа FIPWAY. Дана мережа є спеціальною адаптацією WorldFIP протоколу, реалізованого фірмою Schneider. Для зўєднання технологічних РС в мережу виробництва пропонується використання мережі Ethernet, яка має специфікацію 10BASE2

За результатами аналізу та при врахуванні особливостей обўєкта зроблено висновок про доцільність використання SCADA-програми “Factory View” для створення КІСУ ТК молокозаводу, оскільки даний програмний комплекс повністю задовольняє техніко-економічним показникам створюваної системи автоматизованого виробництва.

Розроблено мікропроцесорну автоматизовану систему управління, яка забезпечує автоматизоване управління технологічними процесами виробництва молочних продуктів на дієтділянці, що є складовою цільномолочного цеху і одною з головних підсистем ТК молокозаводу. Розроблена МАСУ є складовою частиною компўютерно-інтегрованої системи управління молочного виробництва, і побудована на базі програмно-технічного комплексу, що складається з МПК МODICON TSX MIСRO-3722 фірми Schneider Group та персональної ЕОМ з використанням SCADA-програми “Factory View”.