МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Технологічний університет Поділля (м. Хмельницький)

Більовський Костянтин Едуардович

УДК 331.1:330.4

СТРУКТУРА СИСТЕМИ ІНТЕРАКТИВНОГО МОДЕЛЮВАННЯ МЕТОДІВ РУЧНОЇ І МАШИННО-РУЧНОЇ ПРАЦІ

Спеціальність 08.03.02 – економіко-математичне моделювання

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата економічних наук

Хмельницький – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Технологічному університеті Поділля Міністерства освіти і науки України (м. Хмельницький).

Науковий керівник: доктор економічних наук, професор

Завгородня Тетяна Павлівна,

Технологічний університет Поділля, завідувач кафедри автоматизованих систем і моделювання в економіці.

Офіційні опоненти: доктор економічних наук, професор

Вітлінський Вальдемар Володимирович,

Київський національний економічний університет,

професор кафедри економіко-математичних методів;

кандидат економічних наук, доцент

Кублікова Тетяна Борисівна,

Одеський державний економічний університет,

доцент кафедри обчислювальної техніки та інформаційних систем в економіці.

Провідна установа: Тернопільська академія народного господарства Міністерства освіти і науки України, кафедра інтелектуальної власності, комп’ютерного та інформаційного права (м. Тернопіль).

Захист відбудеться 21 жовтня 2003 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 70.052.01 в Технологічному університеті Поділля за адресою: 29016, м. Хмельницький, вул. Інститутська, 11, 3-й корпус, зал засідань.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Технологічного університету Поділля, 29016, м. Хмельницький, вул. Кам’янецька, 110.

Автореферат розісланий 19 вересня 2003 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Скринник Н.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В умовах перехідної економіки України, при низькій платоспроможності населення і виробничих технологіях, що характеризуються високою часткою штучного та дрібносерійного типів виробництва порівняно з часткою масового виробництва, практично повністю припинено роботи з нормування праці. Відповідна дисципліна вилучена з обов’язкових програм підготовки менеджерів і економістів. Водночас, в розвинених західних країнах широкомасштабні дослідження з нормування праці, які було розпочато ще в 40-і роки, продовжують інтенсивно розвиватись, і їх результати ефективно впроваджуються у виробництво. Основною причиною незадовільного стану нормування праці у вітчизняній промисловості є висока трудомісткість існуючих підходів до нормування, що призводить до високої вартості процесів нормування праці. Підходи, що використовуються для зменшення трудомісткості нормування, призводять до суттєвої втрати точності розрахунків, що є прийнятним у штучному виробництві, але недопустимим у серійному та масовому. Більш того, на підприємствах, де одночасно існують різні типи виробництва, застосування різних підходів до нормування призводить до порушення єдиної напруженості норм. Досягнення єдиної напруженості норм може бути забезпечено застосуванням єдиної нормативної бази та систем мікроелементних нормативів. Тому актуальною є проблема розробки нових методів нормування, що дозволять застосовувати єдину нормативну базу для всіх типів виробництва в умовах економіки України. Значний внесок у розвиток нормування праці внесли вітчизняні вчені Бабич В.П., Богиня Д.П, Войнаренко М.П., Завгородня Т.П., Ігумнов Б.Н., Капінос Г.І., Клімова Т.М., Крижко І.Д., Манталюк О.В., Мазарчук А.Ю., Нижник В.М., Плаксов В.А., Проскурович О.В., Тюріна Н.М., а також закордонні спеціалісти: Аткінсон Р., Ахумов А.В., Блум Ф., Гальцов А.Д., Гєнкін Б.М., Колєсніков Є.І. та багато інших. Досвід, надбаний в Україні за декілька десятиліть завдяки діяльності НДІ Праці та його численних колишніх підрозділів і університетів (мм. Київ, Луганськ, Одеса, Харків, Хмельницький і ін.) дозволяє відновити і розвивати надалі бази знань про методи праці різних категорій робітників. На основі досліджень, що проводились на кафедрі організації та нормування праці Технологічного університету Поділля впродовж 30-ти років під керівництвом д.е.н. проф. Ігумнова Б.М., розроблено концепцію нормування витрат і результатів праці та створено потужну базу методів праці на основі дослідження цілого ряду підприємств машинобудування, радіоелектронної та легкої промисловості. Результати цих досліджень покладено в основу даної дисертації. Поява в останні роки потужної обчислювальної техніки, що забезпечує можливість створення тривимірних моделей процесів праці та їх інтерактивного моделювання, дозволяє на якісно новому рівні підійти до вирішення проблем організації та нормування праці, використання накопичених методів праці та створення нових. З урахуванням вищевикладеного тема дисертаційного дослідження є актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до тематики науково-дослідних робіт Технологічного університету Поділля (м. Хмельницький): в межах теми “Кібернетика праці” (затверджена на засіданні науково-технічної ради університету, протокол №3 від 17 червня 1996 року).

Мета і завдання дослідження. Основна мета дисертаційної роботи полягає в обґрунтуванні структури системи тривимірного моделювання методів ручної та машинно-ручної праці, що забезпечить інтерактивне моделювання як колективної праці, так і багатоверстатної обробки з метою проектування, аналізу та нормування процесів праці, навчання молодих робітників шляхом представлення окремих рухів людини й об'єднань їх у комплекси різного ступеня укрупнення при виконанні різних видів ручних і машинно-ручних робіт. Передбачається значне зменшення трудомісткості нормування, підвищення точності і якості норм і нормативів, забезпечення єдиної напруженості норм для всіх типів виробництва.

Досягнення зазначеної мети зумовлює необхідність вирішення таких завдань:

1) вивчення структурної цілісності процесів праці в залежності від розмірів допустимих зон розміщення об’єктів процесу праці;

2) виявлення зв’язків, які не порушуються при застосуванні методу праці в різних варіантах планування робочого місця; встановлення залежності тривалості методу праці, описаного за допомогою мікроелементів, від заданого планування робочого місця;

3) встановлення залежності інтервалу відхилень тривалості процесу праці при заданих інтервалах відхилень параметрів процесу праці; визначення значень параметрів, при яких досягається мінімальна та максимальна тривалість процесу праці;

4) обґрунтування необхідності і вивчення можливості застосування інтерактивного моделювання для проектування, нормування та аналізу як колективних, так і багатоверстатних процесів праці, описаних за допомогою мікроелементів;

5) обґрунтування необхідності та вивчення можливості застосування імітаційного моделювання для моделювання методів ручної та машинно-ручної праці, описаних за допомогою мікроелементів;

6) вивчення можливості застосування експертних систем для побудови мікроелементної структури методів праці по заданих цілях;

7) дослідження можливості зміни мікроелементної структури методів праці і планування робочого місця за допомогою експертних систем для розв'язання задач раціоналізації процесів праці та усунення перекриття при об’єднанні комплексів мікроелементів.

Об’єкт дослідження – індивідуальні і колективні процеси праці.

Предмет дослідження – структура автоматизованої системи інтерактивного моделювання методів ручної та машинно-ручної праці.

Методи дослідження. Теоретичною основою досліджень є праці фахівців з нормування, прикладної математики, механіки людини, технології програмування, експертних систем і анімації.

У процесі дослідження використовувались загальнонаукові методи аналізу і синтезу, формалізації, моделювання, історичний, системний підхід; методи імітаційного моделювання, штучного інтелекту; оптимізації і математичного аналізу, зокрема диференціального числення; теорії імовірності, зокрема методів дослідження випадкових величин. А також праці провідних вчених у галузі нормування праці, організації та планування виробництва, управління виробничою діяльністю, економіко-математичного моделювання, теорії прийняття рішень та математичні моделі механіки людини, результати дослідження близько 500 структур процесів праці, отриманих на основі спостережень, фото та кінозйомки з використанням мікроелементного опису.

Наукова новизна результатів дослідження. Основні результати досліджень, які виносяться на захист і мають, на думку автора, новизну, такі:

1. Вперше досліджено структурну цілісність процесів праці в залежності від розмірів допустимих зон розміщення об’єктів процесу праці і розроблено метод, що дозволяє визначати граничнодопустимі розміри зон, при яких не порушується структура процесу праці.

2. Виявлено зв’язок між мікроелементним описом методу праці та описом планування робочого місця і вперше формалізовано опис методу праці та планування робочого місця як єдиного цілого, що дозволяє встановити залежність тривалості методу праці від заданих варіантів планування робочого місця.

3. Встановлено неунімодальну залежність тривалості процесу праці від розташування об’єктів процесу праці в заданих межах. Вперше розроблено комплексний метод визначення інтервалу відхилень тривалості процесу праці з незмінною структурою з заданою точністю й обмеженнями на мінімальні і максимальні значення параметрів, та встановлення значень параметрів при яких досягається мінімальна та максимальна тривалість процесу праці. Метод розрахований на використання близько 100 змінних, як це має місце в реальних процесах праці.

4. Вивчено можливість та обґрунтовано необхідність застосування інтерактивного моделювання для проектування, нормування та аналізу методів праці. Удосконалено метод інтерактивного моделювання в частині паралельних процесів з використанням алгоритмічних конструкцій, прямого і зворотного виконання на основі запропонованого формального опису процесів праці і розповсюджено на моделювання як колективних, так і багатоверстатних процесів праці, описаних за допомогою мікроелементів.

5. Дістав подальшого розвитку метод імітаційного моделювання на основі нового формалізованого опису методів праці та планувань робочих місць для моделювання методів ручної та машинно-ручної праці, описаних за допомогою мікроелементів.

6. Доведено можливість застосування експертних систем для побудови мікроелементної структури методів праці по заданих цілях, дістала подальшого розвитку структура експертної системи в частині моделювання процесів праці.

7. Доведено можливість проектування мікроелементної структури методів праці і планування робочого місця за допомогою експертних систем для розв'язання задач раціоналізації процесів праці та усунення дублювання мікроелементів при об’єднанні комплексів. Дістала подальшого розвитку структура бази знань в частині правил зміни структури методів праці і планувань робочих місць та представлення знань про процеси праці.

Практичне значення досліджень. На основі результатів проведеного дослідження можливе створення в найкоротший термін систем автоматизованого проектування процесів праці нового покоління, що дозволять радикально скоротити терміни розробки нових, аналізу й удосконалення існуючих процесів праці в інтуїтивно зрозумілому інтерактивному режимі із синхронним відображенням стану досліджуваного процесу. Стан процесу може відображатися у вигляді різних проекцій досліджуваної тривимірної моделі з максимальним наближенням до реальної робочої обстановки, а також відтворенням процесів у режимі реального часу. Точність розрахунків може бути підвищена в кілька разів, а в деяких випадках на порядок. Очікується збільшення адекватності описів процесів праці їх реальному виконанню. Інтерактивне моделювання може бути використано з метою навчання робітників новим раціональним методам праці. Створення комп'ютерних моделей дозволить досліджувати можливі варіанти побудови нових планувань робочих місць і процесів праці ще на етапі їхнього проектування, що дозволить уникнути витрат на побудову реальних моделей або створення неефективних виробництв.

Запропонований метод визначення тривалості процесів праці та їх відхилень апробований та впроваджений у діяльність ДП „Новатор” (м. Хмельницький). Розроблений метод опису процесів ручної та машинно-ручної праці застосовується ВАТ “ВЗУТЕКС” (м. Хмельницький) для створення бази знань методів ручної та машинно-ручної праці. Результати досліджень використовуються в навчальному процесі у Технологічному університеті Поділля (м. Хмельницький) при викладенні дисциплін „Проектування автоматизованих систем нормування виробничої діяльності” та „Моделювання виробничих систем”.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень були представлені на третій Міжнародній науково-практичній конференції „Оплата праці та доходи в ринковій економіці: проблеми, досягнення, перспективи розвитку” (м. Хмельницький, 2001), Всеукраїнській науково-практичній конференції молодих вчених „Економіко-математичні методи прийняття управлінських рішень на сучасному етапі” (м. Дніпропетровськ, 2003), Міжнародній науково-практичній конференції „Розвиток соціально-економічних відносин в умовах трансформації економіки України” (м. Хмельницький, 2003), Міжнародній науково-практичній конференції „Україна наукова 2003” (м. Дніпропетровськ, 2003).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 8 наукових праць загальним обсягом 3,04 друкованих аркушів, з яких автору належить 2,84 друкованих аркушів.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Основний текст дисертації викладений на 170 сторінках, містить 18 таблиць і 39 рисунків. Є 9 додатків. Список використаних джерел містить 162 найменування на 14 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЙНОЇ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми, визначено мету, завдання, об’єкт і предмет дослідження, наукову новизну і практичне значення результатів.

У першому розділі „Методологічні основи нормування та моделювання методів ручної та машинно-ручної праці” проведено аналіз систем нормування ручної та машинно-ручної праці, систем мікроелементних нормативів, методів моделювання процесів праці, визначено основні напрямки дослідження. Незважаючи на об’єктивну необхідність нормування для організації, планування та аналізу виробничої діяльності, підвищення продуктивності праці, зменшення непродуктивних витрат, пришвидшення впровадження нових технологій та виводу нових товарів на ринок в умовах перехідної економіки України роботи з нормування практично припинено. В той же час нормування праці широко використовується на провідних підприємствах високорозвинених країн. Проведено дослідження причин, що призвели до такого стану речей. Виявлено, що основною вадою існуючих підходів до нормування є їх висока трудомісткість. В умовах розвиненої економіки за наявності великих ринків збуту та платоспроможного попиту широко використовується масове виробництво. В таких умовах застосування трудомістких підходів до нормування є економічно виправданим. Технології виробництва вітчизняних підприємств в більшості орієнтовані на штучне та серійне виробництво, а через кризу в економіці і згортання ринків збуту навіть там, де використовувалось масове виробництво, відбулося значне скорочення його обсягів. Це вимагає розробки таких підходів до нормування, що дозволять значно скоротити трудомісткість нормування для всіх типів виробництва, при цьому необхідно забезпечити точність розрахунків відповідно до кожного типу. Застосування на підприємствах одночасно різних типів виробництва вимагає розробки універсальної системи нормування для забезпечення єдиної напруженості норм. В результаті досліджень зі створення єдиної нормативної бази впродовж останніх 30-ти років вітчизняними науковцями створено базу методів праці, що охоплює принаймні 60% робіт в промисловості. Дана робота є продовженням досліджень в цій галузі і спрямована на створення такої структури системи проектування та нормування ручної та машинно-ручної праці, яка дозволить використовувати накопичений досвід і методи праці зі значно меншою трудомісткістю та підвищеною точністю.

Проведено дослідження існуючих концепцій нормування праці: живої праці; живої і уречевленої; витрат і результатів. Об’єктом дослідження в концепції живої праці виступає людина в процесі праці, при цьому досліджуються як її психофізіологічні властивості, так і зміст та тривалість робіт. Міра праці виражається у витратах часу на виконання певної роботи в заданих умовах виробництва. В концепції нормування живої і уречевленої праці (сукупної праці) об'єднуються трудові і економічні нормативи, що дає більш широке охоплення розв'язуваних задач і розширює можливості управління всією господарською діяльністю. В основу концепції витрат і результатів праці покладено такі основні положення: система відхилень, як різниця між передбачуваними і фактичними витратами; створення єдиної нормативної бази з праці з обов'язковим переходом на пряме індивідуальне нормування; розробка економічних нормативів на витрати виробництва в одиницю часу; поєднання зазначених видів нормативів для оцінки витрат і результатів праці робітників. Згідно з цією концепцією оцінка витрат і результатів виходить за рамки нормування живої праці, оскільки при цьому враховуються витрати уречевленої (минулої) праці, а також прогнозуються майбутні витрати і результати, що дає більш повне охоплення проблеми, ніж дві попередні концепції. Тому концепцію нормування витрат і результатів праці покладено в основу даної дисертації.

Дослідження існуючих систем нормування показало, що для зменшення трудомісткості нормування, підвищення обґрунтованості нормативів, досягнення єдиної напруженості норм слід використовувати системи мікроелементних нормативів. Серед систем мікроелементних нормативів необхідно відзначити базові системи, або системи першого рівня: МТМ-1 та вітчизняну БСМ-1. На основі цих систем для зменшення трудомісткості нормування розроблено та продовжують розроблюватись укрупнені системи мікроелементних нормативів (наприклад, МТМ-2, МТМ-3, БСМ-2, БСМ-3, MODAPTS), за рахунок зменшення кількості факторів, та точності визначення їх значень. Як наслідок, це призвело до втрати точності одержуваних норм, і в деяких випадках відхилення можуть сягати декількох разів.

Проведено дослідження методів моделювання процесів праці, які застосовуються для одержання норм та нормативів, а також їх укрупнення.

На основі аналізу існуючих проблем і недоліків нормування визначено основні напрямки досліджень (рис. 1).

У другому розділі “Методи та моделі для визначення тривалості процесів праці та її відхилень” проведені дослідження методів моделювання структур процесів праці та їх представлення; тривалості процесів праці та її відхилень. Проведені структурні, аналітичні, чисельні дослідження дозволили порівняти різні підходи до визначення тривалості процесів праці і виявити причини, що призводять до суттєвої різниці в розрахунках.

Запропоновано для кожного мікроелементного опису процесу праці умовно виділяти такі групи кількісних факторів:

- структурно-динамічні – їх значення залежать від попередніх та наступних мікроелементів (наприклад, „відстань переміщення”);

- організаційні – значення відображають особливості планування робочого місця (наприклад, розміри зони зберігання деталей);

- динамічні – значення залежать від техніко-технологічних умов (наприклад, „маса деталі”);

- стохастичні – значення яких можуть бути задані тільки у вигляді інтервалів (наприклад, „кількість ударів молотка”).

Показано, що для перших двох груп факторів будь-який метод моделювання процесів праці в двовимірному просторі призводить до суттєвих помилок в оцінці як тривалості процесів праці, так і її відхилень.

На прикладі комплексу трудових рухів „перемістити щипці до предмета” продемонстровано дослідження залежності фактора „відстань переміщення” від розташування об’єктів на робочому місці. На рис. 2 точки pлi, pпi відповідають положенням відповідно лівої і правої руки під час виконання комплексу. На рис.  а) показано розташування об’єктів процесу праці в різні моменти часу, а на рис. 2 б) окремо показана траєкторія переміщення лівої руки, а також позначені відстані переміщень Si.

Доведено, що для коректного визначення тривалості процесів праці при побудові аналітичних моделей повинні зазначатись не відстані переміщень, а точки траєкторії, за якою відбуваються переміщення; тільки на основі цієї інформації необхідно визначати відстані переміщення. Точки траєкторії залежать від розташування різних об’єктів процесу праці, тому пропонується координати точок траєкторії визначати як функції рі від розташування об’єктів процесу праці. Якщо відстань переміщення в тривимірному просторі представити як декартову відстань

,

то тривалість виконання розглянутого комплексу буде представлена у такому вигляді:

Tk(o1,o2,o3,)=0,396S(p1(o1), p2(o2))0,5+0,42P0,27l0,18+0,23S(p2(o2), p3(o1, o3))0,56

P0,26l0,08+2+0,23S(p3(o1, o3), p4(p3(o1, o3)))0,56P0,26l0,08+

+0,276S(p4(p3(o1, o3)), p5(o3))0,56P0,26l0,08, (1)

де Р – вага предмета, l – довжина рукоятки, числові коефіцієнти взято за нормативами БСМ-1.

Рис. 2. Ілюстрація переміщень в комплексі „перемістити щипці до предмета”

В результаті, залежність тривалості процесу праці коректно враховує відстані переміщення, що задані плануванням робочого місця; при цьому враховуються можливі повороти об’єктів процесу праці та залежність точок траєкторії одночасно від розташування декількох об’єктів. На основі дослідження характеру цієї залежності при різних варіантах планування робочого місця доведено, що в деяких випадках можливо утворення кількох локальних мінімумів (максимумів). Для цього досліджено залежність тривалості окремого мікроелемента від параметрів зони розташування об’єкта процесу праці, яка є унімодальною. Також досліджено характер залежності суми тривалостей окремих мікроелементів від розташування їх точок мінімуму. На рис. 3 зображено графік залежності (1), позначений як Т, при зміні координати y об’єкта о1. Також зображено графіки тривалості 1-го, 3-го і 5-го мікроелементів, відповідно Т1, Т3, Т5. Визначено умови, за яких унімодальна залежність Т може перетворитися на неунімодальну.

В реальних практичних ситуаціях розташування об’єктів процесу праці не фіксовано, і задається зонами розташування (тобто має певні відхилення), тому постає задача визначення тривалості процесу праці і її відхилень в залежності від розмірів і розташування цих зон. Для вирішення цієї задачі пропонується визначати мінімальну та максимальну тривалість процесу праці, і на їх основі відхилення. Оскільки типові переходи складаються з 20-50 мікроелементів, більшість з яких враховує відстань переміщення, то якщо їх описувати тільки відхиленнями по двох координатах і не враховувати відхилення інших факторів в мікроелементах, отримаємо кількість змінних близько 100. Це є типова ситуація, і для такої кількості змінних використання методів сканування чи статистичних методів може призводити до неприпустимо великого обсягу обчислень.

Рис. 3. Графік залежності (1) та її складових

Аналіз методів безумовної багатокритеріальної мінімізації показав, що використання методів другого порядку дозволяє скоротити обсяг обчислень до прийнятного рівня. Для їх використання необхідно довести існування перших та других похідних функції тривалості процесу праці на області її визначення, обмеженій заданими відхиленнями факторів. Доведено, що існування перших та других похідних тривалості процесу праці визначається існуванням перших та других похідних від відстані переміщення. Для прикладу, наведемо їх по координаті х початкової точки переміщення:

(2)

(2)

де .

Похідні по інших змінних мають аналогічний вигляд і не визначені тільки при відстані переміщення, рівній нулю. Оскільки це суперечить правилам використання мікроелементів, то при коректній структурі процесу праці всі похідні є визначеними. На практиці зони розташування об’єктів задаються у вигляді прямокутників, тому достатньо використовувати методи мінімізації при обмеженнях на мінімальні та максимальні значення змінних. Відповідно розроблено і обґрунтовано метод пошуку локального мінімуму (максиму) тривалості процесу праці, розрахований на велику кількість змінних з заданими обмеженнями. В основу методу покладено метод покоординатного спуску, що дозволяє ефективно враховувати обмеження на змінні. Для пошуку локального мінімуму по окремих координатах доведено необхідність застосування модифікованого узагальненого методу Ньютона та методу золотого перетину. В загальному випадку можлива ситуація, коли при заданій структурі процесу праці та параметрах зон розташування об’єктів залежність тривалості процесу праці стане неунімодальною, тому розроблено метод пошуку всіх локальних мінімумів та максимумів при заданих обмеженнях для визначення глобального мінімуму та максимуму при заданих обмеженнях. Суть методу полягає, спочатку, в пошуку локального мінімуму з заданої точки. Далі, в околиці знайденої точки мінімуму вибираються початкові точки шляхом надання невеликого приросту по кожній змінній окремо. З вибраних початкових точок виконується пошук локальних максимумів. Для кожної точки локального максимуму аналогічно виконується пошук локальних мінімумів і так далі, доки пошук за всіма напрямками не виведе за задані обмеження. Серед знайдених точок вибираються точки з мінімальним та максимальним значенням цільової функції.

Розроблений метод дозволяє також визначати значення змінних, при яких досягається мінімальна та максимальна тривалість процесу праці. Це дає можливість обґрунтовано приймати рішення про необхідні зміни в структурі процесу праці.

Розроблено метод визначення гранично допустимих розмірів зон розташування об’єктів, при яких не порушується структура процесу праці, що необхідно для коректного визначення тривалості процесів праці та її відхилень. На першому етапі, для пар зон, що визначають точки початку і закінчення переміщення, визначаються їх розміри на основі обмежень на мінімальну та максимальну відстань переміщення для мікроелемента. На другому етапі, для координат всіх об’єктів визначаються мінімально і максимально можливі значення, виходячи з розмірів зон, одержаних на першому етапі. Також можуть бути накладені додаткові обмеження. В результаті одержуємо гранично допустимі розміри зон розташування об’єктів процесу праці.

Побудова аналітичних моделей виду (1) вимагає інформації про розташування предметів не тільки в початковий момент часу, але і під час розвитку процесу праці. Коректне одержання такої інформації передбачає послідовне виконання мікроелементів процесу праці і пов'язаних з ними переміщень предметів. Тому взаємне розташування робітника, предметів і робочих елементів устаткування залежить від часу. Відповідно реалізація виконання мікроелементів і відповідних переміщень предметів повинна виконуватися з урахуванням фактора часу. З цього погляду опис індивідуальних і колективних процесів праці та процесів з багатоверстатною обробкою нічим принципово не відрізняються. Таким чином, для побудови моделей процесу праці виду (1) фактично необхідно виконати попередню імітацію процесу праці. Вже на основі цієї моделі можна визначати відхилення.

В роботі проведено дослідження існуючих способів імітаційного моделювання. Обґрунтовано необхідність застосування процесного способу для імітації багатоверстатної чи колективної праці при описі структури процесу праці на основі мікроелементів. Проведено структурні дослідження процесів праці на основі накопичених описів і формалізовано опис методу праці та планування робочого місця як єдиного цілого. Відповідно розроблено імітаційну модель процесів праці, що в укрупненому вигляді може бути представлена, як показано на рис. 4.

Рис. 4. Укрупнена схема імітаційної моделі процесу праці

Модель передбачає динамічний опис всіх переміщень, що відбуваються на робочому місці. На рис. 4 процеси відповідають процесам, що виконуються як робітниками, так і устаткуванням; це дозволяє комплексно аналізувати процеси праці з урахуванням складної взаємодії, яка має місце при багатоверстатному обслуговуванні та з використанням колективної праці. Відповідно розроблено структуру опису процесів праці, що враховує одночасне та суміщене виконання мікроелементів, виконання певних умов та циклічне виконання, взаємодію паралельних процесів. Для всіх мікроелементів розроблено структуру опису, яка дозволяє адаптувати виконання мікроелемента до заданого планування робочого місця шляхом явного зазначення об’єктів, що впливають на тривалість мікроелемента. Проведено дослідження факторів мікроелементів, показано, що частина факторів залежить від структури процесу праці, а частина від властивостей використовуваних об’єктів. Відповідно розроблено модель планування робочого місця, що містить значення необхідних властивостей. Модель зберігає інформацію про зміну значень властивостей в часі, а не тільки в поточний момент імітації, що дозволяє коректно визначати значення властивостей в різні моменти часу.

Традиційні підходи до одержання норм полягають в послідовному проходженні етапів аналізу, проектування, впровадження, визначення відхилень між розрахунками і реальним виконанням та поверненням до етапу аналізу. В роботі пропонується, відповідно до сучасних підходів до автоматизованого проектування, застосувати інтерактивне моделювання процесів праці на рівні мікроелементів. Під інтерактивним моделюванням процесів праці в роботі розуміється імітація виконання процесів праці з можливістю внесення змін в імітаційну модель в будь-який заданий момент модельного часу з синхронним відображенням стану моделі. Стан моделі може відображатися у вигляді різних проекцій досліджуваної тривимірної моделі з максимальним наближенням до реальної робочої обстановки. Це дозволяє поєднати етапи аналізу, проектування, імітації та визначення невідповідностей в єдиному інтерактивному процесі. В результаті можна очікувати значного зменшення трудомісткості та підвищення точності і якості процесів аналізу, проектування, нормування процесів праці, тощо. Відповідно удосконалено метод інтерактивного моделювання в частині паралельних процесів з використанням алгоритмічних конструкцій, прямого і зворотного виконання на основі запропонованого формального опису процесів праці; цей метод розповсюджено на моделювання як колективних, так і багатоверстатних процесів праці, описаних за допомогою мікроелементів.

У третьому розділі Структура системи інтерактивного моделювання і проектування методів ручної та машинно-ручної праці” проведено кількісні дослідження тривалості процесів праці, досліджено можливості використання експертних систем для проектування процесів праці, розроблено загальну структуру системи інтерактивного моделювання методів ручної та машинно-ручної праці (СІММРП).

Вплив якісних факторів на збільшення тривалості мікроелемента перемістити в просторі може складати 44%, мікроелемента взяти – 140%, а встановити на площину – 680%. Врахування залежності якісних факторів від властивостей об’єктів процесу праці при адаптації опису процесу праці до заданого планування робочого місця дозволяє уникнути помилок в оцінці тривалості по окремих факторах на 30%, 50% і 100%. Інтерактивне моделювання дозволяє автоматично визначати значення якісних факторів, що залежать від особливостей процесу праці. Це дає можливість уникати відхилень в оцінці тривалості виконання по окремих факторах на 60%, 150% і 300%. Вплив кількісних факторів на збільшення тривалості мікроелементів може складати як 175% для повернути гайковим ключем, чи 467% для повернути в просторі, так і 1866% для перемістити в просторі (вага більше 1 кг). Запропоновані підходи до проектування процесів праці дозволяють уникнути таких похибок. Проведено дослідження залежності тривалості виконання послідовного переміщення групи предметів у задану точку. Для порівняння використовувалися конкретні відстані, відстань до центра групи предметів і середня відстань по допустимому діапазону. Показано, що використання відстані до центра групи предметів у більшості випадків дає відхилення за часом близько 0,2-2,2%. Визначено конфігурації групи предметів, у яких воно може досягати 20%, і надано рекомендації із застосування цієї відстані для розрахунків тривалості виконання в тих випадках, коли використання конкретних відстаней є більш трудомістким.

Задачі проектування процесів праці в більшості випадків важко повністю формалізувати, тому що не завжди відомі всі чинники, які впливають на прийняття того чи іншого проектного рішення. На практиці в таких випадках використовується емпіричний досвід, з часом певні правила змінюються, уточнюються чи повністю вилучаються. Такий процес набуття досвіду відбувається постійно. Традиційні алгоритмічні підходи до створення автоматизованих систем передбачають існування заздалегідь відомих жорстких алгоритмів вирішення поставлених задач. Внесення змін в ці алгоритми під час експлуатації найчастіше неможливе, а якщо і можливе, то потребує глибоких спеціальних знань з програмування, а розробка і тестування таких алгоритмів є досить трудомістким процесом. Тому в даній роботі пропонується застосувати експертну систему для вирішення задач проектування процесів праці. Це дозволить приймати рішення на основі знань, що накопичені як на етапі проектування автоматизованої системи, та і під час її експлуатації. Для експертних систем розроблені відомі підходи до накопичення знань, перевірки їх цілісності, непротирічності, приведення їх до заданого виду. Це дозволяє використовувати і навчати систему безпосередньо спеціалістам з проектування, нормування без необхідності залучення спеціалістів з інформаційних технологій, що призведе до значного зменшення трудомісткості подальшого проектування та підвищення адекватності отримуваних норм процесам праці на виробництві.

В дослідженні розроблено структуру правил визначення всіх мікроелементів системи БСМ-1 та запропоновані підходи до побудови мікроелементної структури процесу праці по заданих цілях на рівні комплексів без обов’язкових знань з мікроелементного нормування. Тобто такою системою зможе користуватись технолог, використовуючи тільки знання та терміни на рівні побудови технологічного процесу. При цьому буде автоматично створюватись коректна мікроелементна структура процесу праці, на основі якої виконується розрахунок норм часу та їх відхилень. Доведено можливість зміни мікроелементної структури методів праці і планування робочого місця за допомогою експертних систем. Розроблено методи усунення дублювання мікроелементів при об’єднанні комплексів під час проектування переходів і операцій на основі комплексів мікроелементів, та методи зміни структури процесу праці та планування робочого місця для можливої раціоналізації процесів праці в тих випадках, коли неможливе застосування методів мінімізації, що вимагають незмінності цільової функції.

Обґрунтовано можливість і доцільність застосування експертних систем для укрупнення нормативів в штучному виробництві на основі знань з масового та серійного виробництва. Це зумовлено неможливістю в штучному виробництві одержання детальної інформації про структуру процесу праці та значення факторів.

Розроблено структуру експертної системи проектування процесів праці, обґрунтовано її склад, функції компонентів та їх взаємозв’язки. Також розроблено структуру бази знань, придатну для зберігання знань про методи проектування процесів праці на рівні мікроелементів.

Розроблено загальну структуру системи інтерактивного моделювання методів ручної та машинно-ручної праці (рис. 5), обґрунтовано її склад, функції компонентів та їх взаємозв’язки.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведено теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової проблеми, що полягає в розробці структури системи інтерактивного моделювання методів ручної та машинно-ручної праці для зменшення трудомісткості та збільшення точності і адекватності проектування, аналізу та нормування на основі тривимірних моделей процесів праці.

1. Впродовж 30-ти років на базі кафедри організації та нормування праці було сформовано нормативну базу та накопичені методи праці для ручної, машинно-ручної та рутинно-розумової праці, що охоплює близько 60% робітників. В умовах перехідної економіки України практично повністю припинено роботи з нормування праці. Головною причиною, що перешкоджає широкому використанню нормування є його висока трудомісткість. Існуючі підходи до зменшення трудомісткості нормування призводять до значної втрати точності розрахунків чи порушення єдиної напруженості норм. Існуюча нормативна база не розрахована на повністю автоматизовану обробку, що не дозволяє ефективно застосовувати сучасні інформаційні технології.

2. Проведено структурні дослідження методів праці на основі матеріалів досліджень діяльності підприємств машинобудування, радіоелектронної та легкої промисловості. Встановлено зв’язок між мікроелементним описом методу праці та описом планування робочого місця і формалізовано опис методу праці та планування робочого місця як єдиного цілого. По-перше, це дозволить розробляти формальні методи аналізу, вдосконалення, зміни методів праці і планування робочого місця. По-друге, це дозволить застосовувати сучасні інформаційні технології, зокрема для автоматизації розрахунків часу та інших параметрів процесів праці, підвищення точності обчислень за рахунок врахування більшої кількості значимих факторів, заданих з більшою точністю (очікується підвищення точності розрахунків в порівнянні з укрупненими системами мікроелементних нормативів в кілька разів, а в деяких випадках на порядок).

Рис. 5. Загальна структура СІММРП

3. На практиці всі параметри процесів праці мають певні відхилення. Відповідно це призводить до відхилень в тривалості процесу праці, ігнорування яких призводить до похибок в плануванні виробничої діяльності. Один трудовий перехід може залежати від сотні змінних і використання статистичних методів для одержання достовірної оцінки відхилень може призводити до надмірних витрат обчислювальних ресурсів. Відповідно розроблено метод визначення відхилень тривалості процесу праці з незмінною структурою з заданою точністю й обмеженнями на мінімальні і максимальні значення змінних, котрий також дозволяє визначати значення змінних при яких досягається мінімальна та максимальна тривалість процесу праці. При цьому забезпечується прийнятне використання обчислювальних ресурсів.

4. Для визначення відхилень тривалості процесів праці з незмінною структурою при заданих зонах розташування об’єктів необхідно гарантувати, що не існує такого варіанту планування робочого місця, при якому порушуються обмеження на відстані переміщення. Відповідно розроблено метод визначення граничнодопустимих розмірів зон розміщення об’єктів, при яких не порушуються зазначені обмеження.

5. Висока трудомісткість мікроелементного нормування на основі базових систем мікроелементних нормативів зумовлена великою кількістю мікроелементів та факторів, які необхідно визначати. Правила використання окремих мікроелементів чи методів праці часто мають неформальний характер. Тому доведено можливість і необхідність застосування експертних систем для побудови мікроелементної структури методів праці по заданих цілях, дістала подальшого розвитку структура експертної системи в частині моделювання процесів праці, розроблено метод побудови структури процесу праці на основі мікроелементів по заданих цілях, що дозволить значно знизити трудомісткість процесу проектування методів праці і використовувати найбільш точні методи нормування. Застосування експертних систем дозволить перейти до опису методів праці на рівні завдань і термінології, що застосовується при розробці технологічного процесу.

6. Для значного зменшення трудомісткості нормування та підвищення його якості доцільно використовувати накопичені методи праці у вигляді комплексів мікроелементів. Але в такому випадку постає проблема дублювання мікроелементів при об’єднанні комплексів. Для вирішення цієї проблеми розроблено метод зміни структури процесу праці і планування робочого місця за допомогою експертних систем, що також може використовуватись для можливої раціоналізації процесу праці. Це дозволить вирішувати задачі, для яких незастосовні традиційні методи оптимізації, що вимагають незмінності цільової функції.

7. Обґрунтовано необхідність застосування імітаційного моделювання на рівні мікроелементів для побудови коректних аналітичних моделей процесів праці, а також дослідження їхніх стохастичних параметрів. Розроблено відповідний метод і моделі.

8. Підвищення ефективності проектування, нормування та аналізу можливе шляхом комплексного поєднання цих процесів. В результаті очікується значне зменшення трудомісткості цих процесів, скорочення термінів одержання результату, підвищення його точності. Для цього удосконалено метод інтерактивного моделювання на основі нового формального опису процесів праці і розповсюджено його застосування на моделювання як колективних, так і багатоверстатних процесів праці описаних за допомогою мікроелементів.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Більовський К. Е. Анализ систем нормирования и требования к моделированию процессов труда // Економіка праці: Зб. наук. праць. – Вип. 3. / МО України. Технологічний ун-т Поділля. – Хмельницький: НВП „Евріка” ТОВ, 1999. – С. 5-9.

2. Більовський К. Е. Дослідження структур трудових комплексів для побудови автоматизованих систем розробки нормативів та нормування // Вісник Технологічного університету Поділля. Сер. Економічні науки. – 2000. - №2. – С. 69-72.

3. Більовський К. Е. Общая структура автоматизированной системы определения норм времени // Вісник Технологічного університету Поділля. Сер. Економічні науки: Спецвипуск. – 2000. - №3, Ч.1. – С. 40-43.

4. Більовський К. Е. Аналіз відхилень при спрощенні структур рухів в автоматизованій системі нормування та оплати праці // Вісник Технологічного університету Поділля. Сер. Економічні науки: Спецвипуск з нагоди третьої міжнар. наук.- практ. конф. „Оплата праці та доходи в ринковій економіці: проблеми, досягнення та перспективи розвитку”. – 2001. - №2, Ч.3. – С. 128-132.

5. Більовський К. Е., Завгородня Т. П. Структура автоматизованої системи проектування та нормування трудових процесів // Вісник Технологічного університету Поділля. Сер. Економічні науки. – 2001. - №4. – С. 112-116.

6. Більовський К. Е. Застосування інтерактивного імітаційного моделювання для аналізу трудових процесів // Економіка: проблеми теорії та практики: Зб. наук. праць. – Вип. 124. - Дніпропетровськ: ДНУ, 2002.-216 с. – ISBN 966-7191-50-8. – С. 165-173.

7. Більовський К. Е. Застосування нових інформаційних технологій для аналізу, проектування та нормування трудових процесів // Вісник Технологічного університету Поділля. Сер. Економічні науки. – 2002. - №2, Ч.1. – С. 351-353.

8. Більовський К. Е. Визначення відхилень тривалості процесів праці в залежності від розмірів та розташування зон розміщення предметів // Вісник Технологічного університету Поділля. Сер. Економічні науки: Випуск з нагоди 30-річчя інженерно-економічного факультету. – 2003. - №2, Т.2. – С. .

АНОТАЦІЯ

Більовський К. Е. Структура системи інтерактивного моделювання методів ручної та машинно-ручної праці. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата економічних наук за спеціальністю 08.03.02 – Економіко-математичне моделювання. Технологічний