УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МОРСЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ АДМІРАЛА МАКАРОВА

Кошкін Костянтин Вікторович

УДК 681.518.001.33.008:629.5(05)

УПРАВЛІННЯ ПРОЕКТАМИ ТА ОРГАНІЗАЦІЯ

ВІРТУАЛЬНИХ ВИРОБНИЦТВ У СУДНОБУДУВАННІ

спеціальність 05.13.22 – Управління проектами та

розвиток виробництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Миколаїв 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Українському державному морському технічному університеті імені адмірала Макарова Міністерства освіти і науки України

Науковий консультант – Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Павлов Олександр Анатолійович, Київський національний технічний університет України "КПІ" Міністерства освіти і науки України, декан факультету інформатики та обчислювальної техніки, завідувач кафедри автоматизованих систем обробки інформації і управління.

Офіційні опоненти:–

доктор технічних наук, професор Бушуєв Сергій Дмитрович, Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри проектного менеджменту, президент Української асоціації управління проектам; –

Заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Рашковський Олександр Саулович, Український державний морський технічний університет, завідувач кафедри технології суднобудування;

– доктор технічних наук, професор Рибак Анатолій Іванович, Одеський філіал Української академії державного управління при Президентові України, декан факультету проектного менеджменту, завідувач кафедри проектного менеджменту, віце-президент Української асоціації управління проектами.

Провідна установа – Одеський державний морський університет Міністерства освіти і науки України, м. Одеса.

Захист відбудеться 22.01.2002 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.38.060.01 Українського державного морького технічного університету імені адмірала Макарова за адресою: 54025, м. Миколаїв, пр. Героїв Сталінграду, 9.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці УДМТУ.

Автореферат розісланий 20.12.2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

доктор технічних наук, професор Квасницький В.Ф.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Дисертація присвячена розв’язанню важливої науково-прикладної проблеми – створенню теоретичних основ управління проектами та організації віртуальних виробництв (ВВ) у суднобудуванні, що дозволить підвищити конкурентоспроможність суднобудівної галузі України, яка віднесена рядом директивних матеріалів до пріоритетних.

Особливості суднобудівного виробництва (тривалий цикл спорудження, необхідність залучення великої кількості спеціалізованих підприємств-проектантів, -постачальників, -контрагентів та ін.) вимагають погодженої й ефективної роботи над проектом багатьох виконавців. Така організація виробництва може бути реалізована в рамках віртуального підприємства (ВП) з використанням відповідних математичних моделей і сучасних інформаційних технологій (ІТ), які забезпечують спільний інформаційний простір учасників проекту.

Дослідження інформаційної складової механізмів функціонування суднобудівного виpобництва у кpаїнах з pозвиненою суднобудівною пpомисловістю здійснюється на pівні національних пpогpам (MARITECH – у США, MARVEL – в Євpопейському Союзі, концепція GРМЕ – в Японії), pозpобляється національна пpогpама pозвитку суднобудування в Укpаїні.

З початку 60-х pоків у суднобудуванні колишнього СРСР зусиллями галузевих інститутів ЦHДІТС, ЦHДІ "Румб", ЦHДІ "Центp" pозпочалося впpовадження систем, які викоpистовують методи сітьового планування і упpавління, описаних у pоботах Г.Б.Кезлінга, А.М.Бpехова, В.В.Веселкова, А.І.Зискіна, Л.Б.Бpеслава, А.І.Ріммеpа, Л.М.Ходоpковського, Г.О.Аpтем'єва, Є.М.Кулічкова, В.І.Романихіна, А.Г.Цеpцвадзе, В.В.Волкова, А.І.Завеpшинського та ін.

Рестpуктуpизація укpаїнських суднобудівних підпpиємств, що пеpедбачає поглиблену коопеpацію спеціалізованих підпpиємств і оpганізацій, вимагає інтегpації багатьох функцій упpавління пpоектом на pізних стадіях його життєвого циклу (ЖЦ).

Методологія системного аналізу й алгоpитми діяльності підпpиємства pозглядалися в pоботах М.З.Згуpовського, В.І.Скуpіхіна, Є.З.Зіндеpа, В.Івлева, Г.М.Калянова, С.Д.Бушуєва, А.М.Вендpова, Дж.Маpтіна, Г.Буча, Е.Йоpдана, Д.А.Маpка, С.Шлеєpа, К.Аpгіли та ін. Основні напpями pестpуктуpизації укpаїнських суднобудівних підпpиємств pозpоблялися Деpжавним пpоектним інститутом "Діпpовеpф".

Останнім часом склалася система міжнаpодних оpганізацій, які забезпечують кооpдинацію досліджень у галузі упpавління пpоектами (Project Management Institute, Australian Institute of Project Management, Russian Project Management Association та ін.). Кооpдинацію pобіт з pозpобки стандаpтів у галузі упpавління пpоектами здійснює міжнаpодна асоціація упpавління пpоектами (International Project Management Association – IPMA), яка об`єднує національні асоціації багатьох кpаїн (у тому числі й укpаїнську).

В основі методології упpавління пpоектами в суднобудуванні лежить система планово-облікових одиниць (ПОО) pобіт побудови суден, методику фоpмування яких опpацював ЦHДІ "Румб", а галузевий стандаpт фоpмування відомостей технологічних комплектів – ЦHДІТС. Результати досліджень у даній галузі викладені в pоботах А.Ф.Петpова, Г.О.Аpтем'єва, А.М.Бpехова, В.Ф.Ажищева, В.В.Волкова, Т.І.Меламуд, Б.А.Рябінича, С.С.Лапідуса та ін.

Однак до останнього часу були відсутні постановка і pозв'язання пpоблеми pозpобки, функціонування і впpовадження віpтуальних виpобництв як задачі створення комплексного забезпечення, що викоpистовує оpигінальні математичні моделі і методи, інструментальні засоби та методи їх впpовадження.

Вpаховуючи цілочисельний хаpактеp задачі оpганізації ВП, становлять інтеpес методи pозв'язання задачі лінійного цілочисельного пpогpамування (ЗЛЦП), в pозpобку яких великий внесок зpобили І.В.Сеpгієнко, А.Ф.Волошин, О.А.Павлов, Ю.Ю.Чеpвак, Г.Д.Данциг, Р.Е.Гоморі, Дж.Ф.Бендерс, Е.Балаш та ін.

Дослідження алгоритмічного забезпечення українських суднобудівних підприємств показало, що воно не може вирішити задач організації та функціонування віртуального підприємства, а порівняльний аналіз систем ПОО, які використовуються українськими підприємствами, свідчить, що вони не відповідають сучасним вимогам управління виробництвом.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Напрямок досліджень по дисертації включено до Координаційного плану Міністерства освіти і науки України, програма № 71 "Методи проектування і створення комп’ютеризо-ваних систем і технологій" (тема "Розробка системних методів проектування комп’ютеризованих систем управління виробництвом"), а також належить до основних наукових напрямків Українського державного морського технічного університету і є складовою частиною наукових досліджень з комплексних науково-дослідних робіт та договорів про співдружність:

1. Розробка теоретичних методів і засобів підвищення ієрархічно-організованих систем управління (№ держреєстрації 0197U012960 "Організація комп’ютерізованих інтегрованих виробництв (КІВ) на суднобудівних підприємствах України").

2. Розробка теорії синтезу алгоритмів прийняття рішень і моделі управління суднами в екстремальних умовах на основі нечіткої логіки (№ держреєстрації 980100U001903 "Розробка алгоримічного забеспечення віртуальної верфі").

3. Дослідження можливостей та розробка програмних засобів взаємодії систем автоматизованого проектування "ДЕЙМОС" з іншими CAD/CAM/CAE-системами. Договір про співдружність з ВАТ НДІ "Центр" (далі НДІ "Центр") № 1457.

4. Організація взаємодії систем автоматизації проектування. Договір про співдружність з ДАХК "Чорноморський суднобудівній завод" (далі ЧСЗ) № 1464.

Мета і основні задачі наукового дослідження

Метою наукового дослідження є розробка теоретичних основ організації та управління проектами ВП у суднобудуванні.

Задачі наукового дослідження:

-

-

-

-

-

-

Об’єктом дослідження є організаційна структура та інформаційна складова механізмів функціонування українських суднобудівних підприємств, які зазнали складних процесів реструктуризації і розвитку в нових економічних умовах.

Предмет дослідження – принципи організації і методи управління проектами віртуальних виробництв у суднобудуванні, що є основою створення ефективних суднобудівних підприємств.

Методи дослідження. Науково-прикладна проблема вирішувалася як оптимізаційна задача мінімізації витрат на побудову судна з урахуванням часових характеристик проекту. Дослідження включає аналіз варіантів розв’язання проблеми у міжнародних національних програмах, а також у практиці організації і функціонування комп’ютеризованих інтегрованих і ВВ у суднобудуванні, експертизу гіпотез, розробку ефективних математичних моделей і методів цілочисельної оптимізації, а також синтез моделей рішення із підтвердженням їх адекватності чисельними та натурними експериментами, моделювання віртуальнії верфі і аналіз ефективності рішень.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукові положення, що виносяться на захист:

1. Зменшення витрат та скорочення термінів на побудову судна забезпечуються організацією оптимальної віртуальної верфі, створення якої здійснюється на основі рішення ЗЛЦП з використанням універсальної системи ПОО.

2. Математична модель віртуальної верфі запропонована у вигляді спеціальної ЗЛЦП, яка враховує специфіку задач управління проектами у суднобудуванні і можливості реалізації різного масштабу часу. Розроблені для її розв’язання модифіковані алгоритми методу направленого перебору.

3. Методологія поетапного впровадження компонентів КІВ і ВП з оцінкою їх ефективності та з урахуванням економічного стану суднобудівного підприємства дозволяє вирішити проблему організації ВВ у суднобудівній галузі України.

Наукові результати, які автор захищає на додаток до наукових положень, та їх новизна:

1. Вперше проблема зменшення витрат та скорочення термінів побудови судна вирішена на єдиній методологічній основі як задача створення оптимальної віртуальної верфі.

2. Обгрунтований конструктивно-ієрархичний принцип створення системи ПОО, що дозволяє використовувати її для організації та управління проектами ВВ.

3. Виявлені напрямки реструктуризації українських суднобудівних підприємств та розроблена на їх основі організаційна модель сучасного суднобудівного підприємства.

4. Розроблений метод оцінки впровадження ІТ у суднобудуванні та обгрунтований відповідний критерій (вектор ефективності).

5. Вперше створена математична модель віртуальної верфі, яка відповідає основним принципам організації ВВ і використовує розв’язання ЗЛЦП за допомогою удосконалених методів направленого перебору.

6. Встановлені закономірності механізму взаємодії ІМВ CAD/CAM/CAE-систем TRIBON, FORAN, ДЕЙМОС та розроблені відповідні алгоритми організації цієї взаємодії.

7. Запропонований та реалізований новий підхід до реінжинірінгу та утилізації існуючих баз даних (БД) та успадкованих інформаційних управляючих систем (ІУС) суднобудівних підприємств у складі КІВ.

8. Підтверджена чисельними та натурними експериментами ефективність організації віртуальної верфі як напряму підвищення конкурентоспроможності суднобудівної галузі України.

Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій. Достовірність результатів досліджень забезпечується системним підходом до аналізу напрямів підвищення конкурентоспроможності суднобудівної галузі і напрямів реструктуризації суднобудівних підприємств, використанням достовірних математичних моделей організації ВВ і відповідних математичних методів, що пройшли перевірку адекватності функціонування, а також дослідженнями, проведеними в лабораторних умовах, і дослідною експлуатацією на суднобудівних підприємствах.

Наукове значення мають наступні результати дослідження:_

концепція підвищення конкурентоспроможності суднобудівної галузі України, яка базується на єдиному методологічному підході до вирішення проблеми як задачі створення ефективної віртуальної верфі;

-

-

-

Практичне значення одержаних результатів. Практичну цінність мають:

-

-

-

Основні результати роботи використані рядом організацій при системному аналізі та реструктуризації діяльності підприємства (визначені основні бізнес-процеси та запропоновані організаційні схеми функціонування судноверфі "Меридіан", м. Миколаїв і ВО "Радиатор", м. Оренбург), при розробці та впровадженні проектів ІУС підприємства (розроблені проекти ІУС, які враховують основні напрями реструктуризації суднобудівних заводів "Океан" та ім. 61 комунара, м. Миколаїв, судноверфі "Меридіан" та ВО "Радіатор"), при розробці проектів та впровадженні компонентів КІВ (розроблені проекти впровадження CAD/CAM/CAE-систем та деяких функціональних систем заводу "Океан", ЧСЗ, м. Миколаїв, ВО "Радіатор", судноверфі "Меридіан"), при впровадженні програмних засобів взаємодії різних CAD/CAM/CAE-систем TRIBON, FORAN, ДЕЙМОС ВАТ "Чорноморсуднопроект", (м. Миколаїв), при впровадженні технологій та програмних засобів реінжинірингу існуючих БД для використання сучасних КІВ (відповідні технології і інструментальні засоби для ВАТ "Чорноморсуднопроект").

Особистий внесок здобувача підтверджують 22 самостійні наукові публікації, у яких викладено дослідження напрямків підвищення конкурентоспроможності суднобудівної галузі України і її зв’язки з сучасними ІТ, наведено методи, математичні моделі й інструментальні засоби організації, впровадження і функціонування віртуальних і КІВ.

Основні наукові результати, подані в дисертації, отримані здобувачем особисто в період з 1991 по 2001 рр. Вони полягають у постановці цілей, формулюванні наукової проблеми і задач досліджень, розробці математичних моделей, методів їх реалізації, методів впровадження й оцінки ефективності, а також у розробці програмних засобів, їх випробувань і впровадженні у промисловості.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на 26 науково-технічних конференціях, сімпозіумах і нарадах, у тому числі на:

науково-технічних конференціях УДМТУ в 1994–2000 рр.;

науково-технічній конференції "Приладобудування-93 і нові інформаційні технології"; Миколаїв, 1993 р.;

1-й та 2-й міжнародних науково-технічних конференціях "Проблеми енергозбереження і екології в суднобудуванні", Миколаїв, 1996–1998 рр.;

конференції "Нові комп’ютерні технології САПР і АСУТП у промисловості", Алушта, 1996 р.;

міжнародному науково-практичному симпозіумі "Проблеми суднобудування. Стан, ідеї, рішення", Миколаїв, 1997 р.;

міжнародній науково-технічній конференції "Інформаційні управляючі системи і технології", Миколаїв, 1998 р.;

міжнародних симпозіумах "Наука і підприємництво", Львів, 1998 р., Дрогобич, 2000 р., Мукачево, 2001 р.;

5-й українській та 8-й міжнародній конференціях з автоматичного управління "Автоматика-98", Київ, 1998 р., "Автоматика-2001", Одеса, 2001 р.;

5-й міжнародній конференції з суднобудування, судноплавства, діяльності портів і освоєння океану й шельфу "Нева-99", Санкт-Петербург, 1999 р.;

25-й міжнародній конференції із застосування інформаційних технологій у промисловості "25th International Conference on Computers and Industrial Engineering", New Orleans, Lousiana, 1999 р.;

2-й та 3-й науково-методичній конференціях "Інформаційні технології в освіті та управлінні", Нова Каховка, 2000–2001 рр.;

нараді-семінарі навчально-методичного об’єднання з освіти в галузі кораблебудування та океанотехніки Російської Федерації, Санкт-Петербург, 2000 р.;

семінарі Міжнародного чорноморського клубу із сприяння в розробці і впровадженні інформаційних технологій (InfoBlas’2000), Севастополь, 2000 р.;

7-й та 8-й міжнародних науково-технічних конференціях "Машинобудування і техносфера на рубежі ХХІ століття", Севастополь, 2000–2001 рр.;

всеукраїнській науково-методичній конференції "Взаємозв’язок реформи інженерної освіти і промислового розвитку України: стан, проблеми, рішення", Миколаїв, 2000 р.;

міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми і перспективи розвитку проектного менеджменту", Одеса, 2001 р.;

міжнародній науково-технічній конференції "Приладобудування-2001", Сімеїз, 2001 р.;

5-й міжнародній конференції з нетрадиційних електромеханічних і електротехнічних систем "Fifth International Conference on Unconventional Electromechanical and Electrotechnical Systems", Szcecin-Miedzyzdroje, Poland, 2001 р.

Публікації. З теми дисертації опубліковано 52 наукових роботи. Основні результати досліджень викладено в 2 монографіях (одна одноосібна), 25 статтях у наукових спеціалізованих виданнях (12 без співавторів). Основні публікації, в яких додатково викладено зміст дисертації, включають 9 наукових статтей (3 без співавторів), 8 праць міжнародних та української конференцій й симпозіумів (3 без співавторів), 3 навчальних посібника (у співавторстві), 4 тези наукових конференцій, а також web–сайт міжнародної конференції.

Структура і обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 8 розділів, висновків, списку літератури з 300 найменувань і додатку. Загальний обсяг роботи 354 стор., в тому числі 314 стор. основного тексту, 25 стор. списку літературатури, 67 рисунків, 27 таблиць і 8 стор. додатку.

Основний зміст роботи

Вступ містить обгрунтування актуальності дисертаційної роботи, її основну мету та одержані наукові результати, які виносяться на захист, зв’язок з науковими програмами, наукову новизну і практичну цінність.

У першому розділі дисертації дано аналіз стану і проблем розвитку суднобудування в Україні, а також проведено дослідження національних програм США, Європейського Союзу, Японії, Російської Федерації по впровадженню сучасних ІТ для управління проектами у суднобудуванні. Визначено, що одним з основних напрямів підвищення ефективності української суднобудівної галузі є створення КІВ, які б забезпечували весь ЖЦ побудови судна.

Виконано аналіз методів сітьового планування й управління, що дістали найбільшого поширення в суднобудівному виробництві, й систем управління проектами (Microsoft Project, Sure Track, Primavera Project Planner, Artemis Views) стосовно до використання їх у суднобудуванні. Для міжцехового рівня управління, який є основним на українських суднобудівних підприємствах, як ПОО робіт пропонується використовувати конструктивно-технологічний елемент з альтернативними, багатоваріантними зв’язками.

Значна частина задач управління проектами (в тому числі і в суднобудуванні) належить до класу ЗЛЦП і містить змінні, які відповідають кількості одиниць неподільної продукції, що формулюється таким чином:

Знайти таке розв’язання (план) , при якому лінійна форма набуває максимального (мінімального) значення при обмеженнях

де – цілочисельна змінна.

Проалізовані методи цілочисельної оптимізації, використовані для розв’язання ЗЛЦП (методи відсікання, комбінаторні, наближенні).

У другому розділі наведено результати аналізу структури затрат побудови суден на українських суднобудівних підприємствах і використання виробничого потенціалу суднобудівних підприємств м. Миколаєва.

Незважаючи на абсолютне зростання матеріальних витрат, їх частка в заводській собівартості зменшується, що суттєво відрізняється від структури розподілу витрат на зарубіжних верфях (60 % – матеріальні затрати, 20 % – заробітна плата, 20 % – інші витрати). Наявність у розподілі затрат українських суднобудівних підприємств статті "інші витрати", яка перевищує 30…50 %, свідчить про великі резерви зменшення собівартості і необхідність удосконалення організації виробництва.

Дослідження використання виробничого потенціалу суднобудівних підприємств м. Миколаєва (ЧСЗ, судноверф "Меридіан", суднобудівні заводи "Океан" та ім. комунара) дали змогу встановити потужності, трудомісткість обробки, собівартості продукції та інші характеристики корпусообробних, складально-зварювальних, стапельних, механіко-монтажних, трубообробних, добудовних і малярно-ізоляційних цехів, а також показали значні відмінності цих показників і можливості більш раціонального використання їх потужностей при роботі над спільним проектом.

Виконано аналіз організації управління проектами на українських суднобудівних підприємствах, основу якої становить розрахунок річної виробничої програми підприємства, який визначає номенклатуру продукції, що випускається, обсяги виробництва по цехах-виконавцях, динаміку просування технічної готовності споруджуваних суден і замовлень виробів. Головним критерієм якості опрацьовуваної програми є її реальність за збалансованістю виробничих потужностей, фінансових, матеріальних і трудових ресурсів по календарних періодах року. Специфіка суднобудівного виробництва, виражена в обмеженій кількості стапельних місць, тривалому циклі побудови, складній внутрішній кооперації, яка базується на спеціалізації підрозділів і підприємств, обумовлює використання оригінальних оптимізаційних методів. Аналіз методів та алгоритмічного забезпечення управління проектами і елементів КІВ (системи Юпитер, Платер, Конто-бухгалтерія, АС-270, Проект-1, Атопс, Гамма, Деймос) на українських суднобудівних підприємcтвах показав, що вони не можуть повною мірою бути використані при створенні, впровадженні та функціонуванні ВП.

У третьому розділі досліджуються міжнародні програми в галузі розробки і впровадженні сучасних ІТ в суднобудуванні (MARITECH, ESPRIT, MARIS, MARVEL, GPME та ін.), окремі проекти впровадження КІВ і елементів ВП на верфях у країнах з розвиненим суднобудуванням (Японія, Корея) і використання міжнародних стандартів інформаційної взаємодії в суднобудуванні.

Аналізуються рівні інтеграції архітектури КІВ і можливості їх реалізації на українських суднобудівних підприємствах.

Обгрунтовується доцільність організації взаємодії різних елементів КІВ через єдину ІМВ з використанням стандартних протоколів і прикладного забезпечення взаємодії різноманітних систем.

У четвертому розділі досліджуються можливості організації управління проектами різноманітних етапів ЖЦ на основі сучасних методологій і концепцій (MRP, MRP II, OPT, ERP, CALS).

Управління проектами має на увазі планування, моніторинг і корегування обсягів робіт, часових і цінових параметрів, що для суднобудування відображується системою ПОО.

Проведені дослідження показали, що на підприємствах, як правило, діють свої системи ПОО, які являють собою різні модифікації даної системи і не відповідають вимогам автоматизації виробництва (при побудові судна більш ніж на 50 % у планах робіт опиняються 1…5 технологічних етапів).

Для формування універсальної системи ПОО використано ієрархічну структуру, що відбиває взаємозв’язок рівнів управління проектами і управління виробництвом (табл. 1).

Таблиця 1. Взаємодія рівнів управління проектами побудови судна, рівнів

управління виробництвом, видів ПОО

Рівень управління

проектами | Рівень управління

виробництвом | ПОО

Генеральний графік | Вище керівництво | Замовлення

Сумісний графік | Внутрішньозаводський
рівень | Укрупнена робота або цехо-платежі

Графік побудови | Міжцеховий рівень | Технологічний

комплект

Графік управління

роботами | Внутрішньоцеховий | Бригадокомплект

Структура судна і технологічна документація на нього визначається конструктивною розбивкою, що відображає склад, кількість деталей і складальні одиниці, їх відносини попереджування (ступені входження), є ієрархічною і відображується графом типу "дерево".

Визначено, що формування ПОО має здійснюватися за конструктивним принципом з урахуванням прийнятої на підприємстві-будівнику технології. Запропоновано систему кодування ПОО, основу якої складають технологічні комплекти (рис. 1).

Рис. 1. Система кодування ПОО

У п’ятому розділі розроблено системні засоби дослідження реорганізації діяльності суднобудівного підприємства.

На основі розроблених DFD та SADT моделей запропонована узагальнена схема ІУС суднобудівного підприємства, а також ІУС суднобудівного заводу "Океан", яка враховує особливості цього підприємства (рис. 2).

З урахуванням результатів досліджень напрямів реструктурізації суднобудівних підприємств (організація концернів, холдингових компаній і ВП) розроблено організаційну модель суднобудівного підприємства, а також запропоновано технологію реінжинірингу і використання існуючих БД і успадкованих ІУС.

Необхідність використання для управління проектами в суднобудуванні великого обсягу інформації, накопиченої за 20…30 років роботи, привела до розробки технології утилізації успадкованих ІУС шляхом їх реінжинірингу (зворотного проектування з урахуванням вимог створюваних КІВ і ВП) або інкапсуляції (створення навколо успадкованої системи відповідної "оболонки", яка виконує роль інтерфейсу між успадкованою системою і підсистемами КІВ).

Організаційна модель суднобудівного підприємства (концерн, холдингова компанія, ВП) охоплює k виконавців, серед яких необхідно розподілити обмежені ресурси (фінансові, матеріальні, інші) з метою одержання максимального прибутку.

Рис. 2. Схема ІУС суднобудівного заводу "Океан"

Позначаючи обсяг ресурсів через , а їх обсяг, що надається i-ї підсистемі – уі, укрупнено представимо математичну модель таким чином:

де , а умови реалізації виробництва з можливих, як

де – фактори, які забезпечують реалізацію іj виробництва (заробітна платня, матеріали, енергоресурси та ін.); – коефіцієнти, що перетворюють значення відповідних факторів у вартісні показники; – число факторів; .

При цьому повинні виконуватися обмежування, що визначає технологічні умови реалізації іj виробництва:

константа

і обмеження на мінімальний прибуток від реалізації -ї підсистеми

де – коєфіціент, який перетворює у прибуток фінансування і-ї підсистеми.

Обсягу ресурсів може не вистачити на всі підсистеми, тому накладається обмеження на необхідність функціонування s підсистем.

Відзначимо, що в зв’язку з наступним приведенням моделі до ЗЛЦП величини ? – цілі числа.

В шостому розділі віртуальна верфь досліджується як складна організаційна система. ВП являє собою тимчасовий консорціум незалежних виконавців (підприємств, організацій), які працюють над спільним проектом з метою найбільш ефективного використання їх ресурсів.

Елементи ВП у промисловості відомі давно як залучення контрагентів. Для українських верфей участь контрагентів дуже суттєва (так, для проектів 17012 і 16601 частка власних витрат становить приблизно 25 і 13 % відповідно). З точки зору функціонування складних організаційних систем віртуальна верфь являє собою сукупність взаємозв’язаних підсистем, де як центр виступає замовник судна і підприємство-будівник, а як елементи – різноманітні виробництва (підприємства, організації, контрагенти, постачальники), які беруть участь у реалізації проекту.

Формування віртуальної верфі і управління нею являє собою складне завдання знаходження оптимальної сукупності незалежних виробництв і забезпечення їх погодженої роботи над спільним проектом.

Підприємство-будівник формує віртуальну верф, забезпечує централізовану координацію і укрупнене планування проекту, а також моніторинг його виконання; незалежні виробництва відповідно до укрупненого плану виконання проекту забезпечують децентралізоване планування і реалізацію своєї частини проекту, координацію робіт з іншими виробництвами (в тому числі з не зайнятими в даному проекті).

Для успішної реалізації концепції "віртуального виробництва" потрібне виконання завдань з автоматизації формування проекту, добору партнерів, забезпечення координації дій, розподілу робіт, пошуку оптимального розв’язання задачі при не-

сумістності робіт або виникненні проблем у строках їх виконання. Нові модулі в си-

стемі управління виробництвом представляються рівнями координації дій (централізованого і контрагентських) і забезпечення їх виконання.

Як вихідні дані для формування віртуальної верфі в суднобудуванні будемо використовувати ПОО у вигляді технологічних комплектів (або взаємозв’язаної підмножини технологічних комплектів).

Запровадимо такі позначення:

1.

– номер технологічного комплекту (ТК);

– номер учасника ВП (виконавця), який відповідає за виконання і-го ТК;

Тij – час виконання і-го ТК j-м виконавцем;

І1і – множина номерів виконавців, які можуть виконати і-й ТК.

Для кожного і-го комплекту () задається множина номерів комплектів (), які мають бути виконані до початку виконання і-го ТК (відзначимо, що множина І2і не залежить від того, якому виконавцю буде призначено і-й ТК).

Сij – витрати на виконання і-го ТК j-м виконавцем;

Т – спільний період часу на виготовлення всіх ТК (верхня границя);

m – масштаб часу (зміна, день, тиждень, місяць, квартал тощо);

ij – цілочисельний час виконання і-го ТК j-м виконавцем, заданий у масштабі m;

ti() – час початку виготовлення і-го ТК;

у – цілочисельний час виконання проекту (або його частини).

2. Функціонал

Як функція мети приймається мінімум витрат на спорудження судна.

. (1)

3. Обмеження

Початок виконання j-го ТК і-м виконавцем в момент часу l, що відповідає умові xijl=1, визначається як

; ; xijl{0,1}. (2)

Шляхом дослідження послідовностей одно-, дво- і трьохіндексних змінних встановлена їх взаємооднозначна відповідність, що дає змогу застосувати до розв’язання ЗЛЦП.

В сьомому розділі наведено результати дослідженя алгоритмічного забезпечення рішення ЗЛЦП стосовно до задач управління проектами в суднобудуванні. Як базовий обрано алгоритм методу професора О.А.Павлова, який, як і методи галузей і границь і метод Р.Е.Гоморі, має експоненціальну оцінку складності, але його відмінні особливості – це ефективна спрямованість обчислення рішення і простота проведених відсічень. Однак істотним недоліком цього методу є те, що і з зростанням кількості обмежень ускладнюється реалізація цього методу на ПЕОМ.

Аналізуючи результати рішення ЗЛЦП цим методом за схемою направленого усіченого перебору (НУП), можна зробити висновок, що метод добре працює для задач з числом обмежень не більше 30, незалежно від числа змінних.

З урахуванням задач управління проектами, які мають понад 50 обмежень, автором проведено вдосконалення методу НУП, що передбачає його модифікацію в двох напрямках.

Перший напрямок – пошук точного рішення, другий – використання наближених методів для пошуку рішення.

Алгоритм першого напрямку модифікації полягає в наступному: вихідна множина обмежень m ЗЛЦП розбивається на групи обмежень. Нехай таких груп буде p. Згідно з методикою НУП для ЗЛЦП розв'язується p еквівалентних задач "про ранець". Для кожної змінної обчислюються p набутих пріоритетів . Зворотний пріоритет змінної обчислюється згідно з формулою .

Відповідно до знайдених пріоритетів і правил відсічень конкуруючих варіантів, одержаних по кожній із задач, реалізується пошук оптимального цілочисельного рішення вихідної задачі.

Використання даного алгоритму на практиці дасть змогу здійснити пошук оптимального цілочисельного рішення задач практично будь-якої розмірності.

Перевірка модифікованого методу проводилася за наступною схемою: розробка варіантів ЗЛЦП, рішення їх двома методами, обробка результатів і їх аналіз.

Розробка кожного з варіантів ЗЛЦП полягала у формуванні системи обмежень і доборі коефіцієнтів цільової функції. Рішення розроблених ЗЛЦП проводилося прямим і модифікованим методом. Як критерій ефективності модифікованого методу обиралася відносна похибка

де – значення цільової функції, що визначається за методом НУП; – значення цільової функції, що визначається за модифікованим методом.

Відносна похибка обчислювалася для кожної з розв’язуваних задач. На завершення для всіх задач визначалася середня відносна похибка.

,

де k – кількість розв’язуваних задач.

Величини середньої відносної похибки наведено в табл. 2.

Аналіз результатів експериментів показав, що із зростанням кількості обмежень розходження прямого і модифікованого методів різко знижується. Це дає змогу зробити такий висновок: при числі обмежень до 30 доцільне використання прямого методу, при великій кількості обмежень рекомендується використовувати модифікований метод.

Суть другого напрямку модифікації полягає в тому, що вихідна ЗЛЦП розв’язується наближеним методом, який би дозволив швидко одержати цілочисельне рішення, яке потім уточнюється точним методом.

Таблиця 2. Значення середньої відносної похибки методу НУП 1

m/n | 20 | 50 | 100 | 200 | 300 | 400

4 | 20 | 18 | 14 | 30 | 15 | 40

6 | 18 | 15 | 12 | 50 | 10 | 11

8 | 21 | 18 | 16 | 12 | 19 | 14

10 | 9 | 10 | 8 | 7 | 9 | 9

Суть другого напрямку модифікації полягає в тому, що вихідна ЗЛЦП розв’язується наближеним методом, який би дозволив швидко одержати цілочисельне рішення, яке потім уточнюється точним методом.

При цьому цілочисельний вектор, одержаний наближеним методом, використовується як початкове рішення точного методу.

Викладена методика модифікації методу НУП дає змогу розв’язувати задачі з великою кількістю обмежень досить точно. Спосіб уточнення наближеного рішення, що розглядається, дає змогу позбутися обмежень, які не впливають на знайдене значення і дає можливість застосувати метод НУП.

Перевірка самої методики проводилася аналогічно перевірці методики НУП 1. Порівнянню підлягали значення цільової функції, визначені в кожній задачі, яка розв’язується методом НУП і модифікації методом НУП 2.

Величини середньої відносної похибки , одержані в результаті розрахунків, наведені в табл. 3.

Для кожної комбінації кількість рівнянь m у системі обмежень і числа невідомих n розв’язувалося 20 задач.

Проведені чисельні експерименти показали, що запропонована методика модифікації методу НУП є прийнятною при кількості обмежень понад 30, коли точний метод викликає труднощі при реалізації.

Таблиця 3. Значення середньої відносної похибки методу НУП 2

m/n | 20 | 50 | 100 | 200 | 300 | 400

15 | 8 | 7 | 6 | 5 | 8 | 7

20 | 8 | 7 | 9 | 6 | 10 | 6

30 | 6 | 4 | 5 | 8 | 8 | 10

40 | 6 | 7 | 10 | 7 | 40 | 5

50 | 9 | 10 | 6 | 8 | 7 | 6

Восьмий розділ містить результати досліджень ІМВ CAD/CAM/CAE-систем TRIBON, FORAN, ДЕЙМОС для визначення концептуальних підходів їх взаємодії на основі періодичного (функції, санкціонованої користувачем, – для ДЕЙМОС; спеціальної програми-синхронізатора, написаної вбудованою мовою PYtHon, – для TRIBON; спеціального модуля-конвертора, який працює безпосередньо з файлом даних, – для FORAN), динамічного (заміна підпрограм вбудованої СУБД RAIMA на оригінальні підпрограми, які реалізують протокол звернення до єдиної ІМВ, – для ДЕЙМОС; заміна серверної СУБД на спеціальну програму-транслятор запитів TRIBON в запити ІМВ ВП) і псевдодинамічного (використання модуля-конвертора, який виконує синхронізацію БД системи FORAN i ІМВ ВП автоматично через інтервали часу) методів.

Реалізація ВП передбачає взаємодію сітьової інфраструктури, апаратури, системного і проміжного програмного забеспечення (ПЗ) для створення розподілених систем і системи управління інформаційним сховищем (ІС).

Запропоновано такі рішення, оптимальні за термінами і витратами на реалізацію:

1. Сітьова інфраструктура, апаратне і системне ПЗ вибираються з існуючих на ринку пропозицій на основі співвідношень ціна/продуктивність тощо; додаткова вимога – можливість функціонування на даній конфігурації вибраного типу проміжного ПЗ.

2. Проміжне ПЗ для створення розподілених систем вибирається з такого, що відповідають стандарту ОМG CORВA;

3. Система управління ІС будується на підставі наявного матеріального забезпечення проекту за показником вартість/надані функції з наявних основних варіантів або їх модифікацій:

a) у вигляді оригінальної розробки, що використовує як сховище даних набір файлів (частина 21 стандарту STEP визначає формат текстових файлів для зберігання даних, описаних мовою EXPRESS);

б) у вигляді оригінальної розробки, яка використовує як сховище даних СУБД загального призначення;

в) у вигляді спеціального програмного продукту, орієнтованого на використання у складі ВВ;

г) логічна структура інформаційної моделі виробу формується відповідно до частин стандарту ISO 10303, які охоплюють задану прикладну область (суднобудування).

Структуру ІС, при побудові якого використовуються описані вище методи і засоби, наведено на рис. 3.

Рис. 3. Структура інформаційного сховища ІМВ ВП

Для проектування ПЗ, його практичної реалізації і проведення випробувань взаємодії систем TRIBON, FORAN і ДЕЙМОС на базі кафедри ІТ УДМТУ і відповідних підрозділів ЧСЗ і НДІ "Центр" під керівництвом автора було створено макет віртуального проектного центру.

Розроблені програмні засоби (система управління ІС, яка задовольняє стандарт ISO 10303 АР21; конвертор-оболонка "ДЕЙМОС-STEP"; конвертори для обміну інформацією про форму корпусу для систем TRIBON i FORAN дали змогу забезпечити взаємодію перелічених систем для проекту танкера (рис. 4).

Рис. 4. Схема взаємодії систем при розробці проекту судна на базі

віртуального проектного центру

Приклади взаємодії систем наведено на рис. 5–7.

Рис. 5. Підготовка ескізного проекту в CAD/CAM/CAE-системі TRIBON

(формування носової кінцевості проекту танкера)

Рис. 6. Підготовка ескізного проекту в CAD/CAM/CAE-системі FORAN

(формування носової кінцевості проекту танкера)

Рис. 7. Плазово-технологічна підготовка виробництва в CAD/CAM/CAE-системі Деймос (формування носової кінцевості проекту танкера)

На відміну від традиційних методів побудови повномасштабних КІВ з наступним входженням до складу ВП запропоновано метод поетапного нарощування підсистем КІВ з паралельним поступовим входженням до складу різних ВП (рис. 8).

Цей підхід не дає змоги відразу досягти такого зростання виробничих показників, який може дати повнофункціональне КІВ, зате він дасть змогу скоротити одночасні витрати і прискорити одержання перших позитивних результатів впровадження компонентів КІВ і ВП.

Рис. 8. Поетапне впровадження елементів КІВ і ВП

У світлі ідеології сучасної організації суднобудівного виробництва схема поглибленої кооперації виконавців виглядає таким чином (рис. 9).

Рис. 9. Схема поглибленої кооперації виконавців при побудові судна

Для моделювання віртуальної верфі побудови танкера проекту 17012 була застосована модель, яка описана у 6-му розділі, а в якості функціоналу використано вираз, запропонований автором:

,

де – вартість судна та термін його побудови за умовами контракту;

– прибуток, що планується; –

вагові коефіціенти, які визначають експерти;

– час початку виконання останньої ПОО.

Укрупнено кращі результати оптимізаційного моделювання за участю альтернативних виконавців (ЧСЗ, суднобудівні заводи "Океан" та ім. 61 комунара і судноверф "Меридіан") наведено у табл. 4 та на діаграмах (рис. 10, 11), які відображають основні пакети робіт ЖЦ побудови судна (х1 – підготовка виробництва; х2 – обробка металу; х3 – збірка секцій; х4 – збірка секцій з установленим приварним насиченням; х5 – формування корпусу, остаточне установлення основного насичення та спуск на воду; х6 – добудова; х7 – здача судна (ходові та швартовні випробування); х8 – розробка проектної та робочої конструкторської документації; х9 – заключення контрактів; х10 – закупка та постачання матеріалів та обладнання) за традиційною схемою побудови і з залученням альтернативних виконавців.

Відзначимо, що коефіціенти відображують режим роботи верфі стосовно пріоритетам: – зменшення витрат на побудову судна, – скорочення терміну побудови.

Для попередньої оцінки ефективності впровадження ІТ у суднобудуванні опрацьовано відповідний метод, який грунтується на експертній оцінці критеріїв, які характеризують пряме й непряме зменшення витрат для таких стадій ЖЦ судна, як маркетинг, проектування і технологічна підготовка виробництва і виробництво.

Рис. 10. Традиційна схема побудови судна

Рис. 11. Схема побудови судна на віртуальній верфі

Таблиця 4. Результати моделювання побудови проекту 17012 на віртуальній верфі

№

п/п | Виконавці | Режим

роботи | %

додаткового прибутку | Завантаження, %

на етапі

обробки | на етапі

зборки

1. |

2. |

3. |

4. |

5. |

6. |

7. |

8. |

9. |

10. |

11. |

12. |

13. |

14. |

15. |

16. |

17. |

18. |

19. |

20. |

21. |

22. |

23. |

24. |

25. |

"Меридіан"– | 15

"Океан" | 40 | 35

10. | ЧСЗ | 0,5 | 0,5 | 10,7 | 63 | 39

"Меридіан"– | 21

"Океан" | 37 | 29

Завод ім. 61 комунара– | 11

11. | ЧСЗ | 1,0 | 0 | 8,1 | 63 | 39

"Меридіан"– | 21

"Океан" | 37 | 29

Завод ім. 61 комунара– | 11

12. | ЧСЗ | 0 | 1,0 | 13,2 | 63 | 39

"Меридіан"– | 21

"Океан" | 37 | 29

Завод ім. 61 комунара– | 11

Продовж. табл. 4

№

п/п | Виконавці | Режим

роботи | %

додаткового

прибутку | Завантаження, %

на етапі обробки | на етапі зборки

13. | ЧСЗ | 0,5 | 0,5 | 13,5 | 43 | 68

"Меридіан"– | 13

"Океан" | 29 | 17

Завод ім. 61 комунара | 28–

14. | ЧСЗ | 1,0 | 0 | 16,2 | 43 | 68

"Меридіан" | 13

"Океан" | 29 | 17

Завод ім. 61 комунара | 28

15. | ЧСЗ | 0 | 1,0 | 10,7 | 43 | 68

"Меридіан"– | 13

"Океан" | 29 | 17

Завод ім. 61 комунара | 28–

16. | ЧСЗ | 0,5 | 0,5 | 12,1 | 70 | 41

"Океан" | 16 | 20

Завод ім. 61 комунара | 14 | 39

17. | ЧСЗ | 1,0 | 0 | 15,3 | 70 | 41

"Океан"