ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Шульга Юрій Валентинович

УДК 658.512.011.56;656.80

МОДЕЛІ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ ОБРОБКИ ВІДПРАВЛЕНЬ

05.13.12 – системи автоматизації проектувальних робіт

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Харків – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник | кандидат технічних наук, доцент Кузьменко Віктор Михайлович, Харківський національний університет радіоелектроніки, професор кафедри системотехніки.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Нефьодов Леонід Іванович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри автоматики;

- кандидат технічних наук, доцент Яковлева Ірина Олександрівна, Академія пожежної безпеки України, професор кафедри фундаментальних дисциплін.

Провідна установа

Національний технічний університет України “КПІ”, кафедра автоматизованих систем обробки інформації та управління Міністерства освіти і науки України, м. Київ

Захист відбудеться “25” березня 2003 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.052.02 у Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, пр. Леніна, 14.

Автореферат розісланий “12” лютого 2003 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради В.В. Безкоровайний

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Інформатизація суспільства, впровадження засобів обчислювальної техніки в усі сфери життя, потреба в нових промислових виробах і системах обумовлюють необхідність виконання проектних робіт великого обсягу. Вимоги, які пред’являються до якості проектів, термінів їх реалізації, виявляються усе більш жорсткими в міру збільшення складності проектованих об'єктів та підвищення важливості виконуваних ними функцій. Ця проблема може бути вирішена з використанням засобів автоматизації проектування, що дозволяють підвищити якість, знизити матеріальні витрати, скоротити терміни проектування, підвищити продуктивність праці проектувальників.

Великий внесок у розробку теоретичних і практичних питань, пов'язаних з автоматизацією проектування, зробили Глушков В.М., Скурихін В.І., Петров Е.Г., Балабан М.Я., Зак Ю.А., Шкурба В.В., Норенков І.П., Петренко А.І., Батищев Д.І. та інші.

При розробці моделей, методів та програмних комплексів автоматизованого проектування доцільно виділити тип об'єктів, до яких вони застосовні. У даному дослідженні розглядаються технологічні системи, що забезпечують обробку дискретного матеріального потоку відправлень шляхом прийому, сортування і відправлення перетвореного дискретного матеріального вихідного потоку відправлень одержувачам по транспортній мережі. До таких об'єктів відносяться склади, експедиційні підприємства, завершуючі підрозділи підприємств радіоелектронної, радіотехнічної та електротехнічної промисловості, торгові підприємства, фірми, що виконують роздрібний і дрібнооптовий продаж товарів та інші. Найбільш характерним представником таких об'єктів є підприємства поштового зв'язку, що забезпечують прийом і обробку вихідних поштових відправлень різних видів (листів, бандеролей, дрібних пакетів, посилок, вантажів, товарів поштою) та їх відправлення по території України, СНД і зарубіжжя.

Протягом останніх років поштовий зв'язок втратив значну кількість клієнтів, обсяги оброблюваних відправлень знизилися в кілька разів. Тому в нинішній час поштові адміністрації шукають шляхи вдосконалення технологічних процесів з точки зору зменшення витрат, підвищення якості та розширення номенклатури надаваних послуг (пересилання вантажів, гібридних пакетів та ін.). Намітилася тенденція збільшення обсягів службового та ділового листування, відправлень у вигляді рекламних матеріалів і т.п. У зв'язку з виникаючою ситуацією поштові підприємства повинні вдосконалювати технологічні процеси, впроваджувати засоби механізації, автоматизації й обчислювальної техніки, але при цьому інвестиції повинні швидко окупатися, що неможливо без використання систем автоматизації проектування, які дозволяють, з одного боку, проектувати нові підрозділи та підприємства, а з іншого

боку – вдосконалювати існуючі. Ускладнення задач проектування пов'язане з інтенсивним використанням інформаційних технологій отримання супровідних документів в технологічних процесах. При цьому між інформаційними технологіями та технологічними системами обробки поштових відправлень існує тісний взаємозв’язок, який потрібно враховувати при проектуванні. З цього погляду задача розробки системи проектування конкретних видів поштових підприємств з урахуванням їх технологічних та інформаційних особливостей є актуальною. Рішення цієї задачі дозволяє підвищити ефективність технологічних систем поштового зв'язку, скоротити терміни доставки поштових відправлень клієнтам і підвищити якість надаваних послуг населенню України.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася відповідно до планів науково-дослідних робіт Харківського національного університету радіоелектроніки в рамках держбюджетних тем: № 461 “Розробка комплексу математичних моделей соціально-економічного розвитку регіону з урахуванням ефективності використання інфраструктури і комунальних ресурсів” (номер держреєстрації 0197U012128), розділ № 461-5 (107-4) “Розробка індустріальної інформаційної технології, математичних моделей і інструментальних засобів проектування складних комп’ютеризованих систем, орієнтованих на користувача-непрограміста”, у рамках координаційного плану Міністерства освіти України № 71 “Методи проектування і створення комп'ютеризованих систем і технологій”, на основі наказу Міністерства освіти України № 37 від 13.02.97 р.; № 521 “Розробка теоретичних основ, математичних моделей і інструментальних засобів у виробничо-навчальних системах” (номер держреєстрації 0197U012139), розділ № 521-1 “Розробка математичних моделей, алгоритмів і програм синтезу комп'ютеризованих організаційних і навчальних систем” відповідно до наказу ректора Харківського технічного університету радіоелектроніки (ХТУРЕ) № 05КН від 15.01.97 р.; № 428 “Розробка програмно-апаратних систем підтримки процесу прийняття рішень для складних соціально-економічних технічних систем” (номер держреєстрації 0196U013500), розділ № 428-5 “Методологічні основи інформаційних технологій імітаційного моделювання деяких класів об'єктів” відповідно до наказу ректора ХТУРЕ № 41КН від 18.03.96 р.

У рамках зазначених тем здобувачем на посаді інженера, молодшого наукового співробітника розроблені програмні комплекси імітаційного моделювання комп'ютеризованих систем, орієнтованих на користувача-непрограміста, моделі, алгоритми та програмні засоби прийняття рішень для складних систем на основі використання методів імітаційного моделювання, моделі використання ідеографічного підходу при синтезі комп'ютеризованих організаційних і навчальних систем.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є підвищення ефективності процесів проектування технологічних систем обробки відправлень за рахунок створення

моделей, методів, процедур, алгоритмів і програмних комплексів автоматизації проектних робіт.

Для досягнення цієї мети в роботі необхідно вирішити наступні задачі:

1. Структурний системний аналіз технологічних систем обробки відправлень, аналіз існуючих методів і засобів автоматизованого проектування таких типів об'єктів;

2. Формалізація технологічних систем обробки відправлень з метою використання формалізованого опису при розробці моделей, методів та алгоритмів автоматизованого проектування;

3. Розробка моделей, методів, проектних процедур та алгоритмів вирішення задач автоматизованого проектування технологічних систем, які враховують особливості інформаційних та технологічних процесів обробки відправлень;

4. Розробка методу автоматизованого формування імітаційної моделі технологічних процесів обробки відправлень, який орієнтований на використання в контурі системи автоматизованого проектування;

5. Реалізація розроблених моделей, методів, проектних процедур і алгоритмів при створенні програмних комплексів автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень на прикладі підприємств поштового зв'язку.

Об'єктом дослідження є процеси автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень.

Предметом дослідження є моделі, методи та програмні комплекси автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень.

Методи дослідження: теорія структурного системного аналізу, що дозволила отримати формалізований опис технологічних систем обробки відправлень; методи і принципи автоматизованого проектування, що дозволили розробити проектні процедури та структуру системи автоматизованого проектування; методи оптимізації, які використано для вирішення задачі вибору технологічної схеми обробки матеріального потоку; моделі і методи імітаційного моделювання, принципи ідеографічного підходу, які використано при розробці методу автоматизованого формування імітаційної моделі процесів обробки відправлень.

Наукова новизна отриманих результатів.

1. Вперше розроблено модель технологічних систем обробки відправлень, що формально описує структурно-логічні взаємозв'язки між елементами технологічних систем обробки відправлень та використовується при синтезі схем обробки матеріального потоку і проектуванні раціонального графіка запуску робіт з обробки відправлень;

2. Вперше розроблено модель вибору технологічної схеми обробки матеріального потоку відправлень. Для рішення задачі вибору використано алгоритм Форда, у якому виконана модифікація критерію оптимальності. Розроблена модель та моди-

фікований алгоритм дозволяють вибрати раціональну структуру та елементи технологічного процесу обробки відправлень;

3. Одержали подальший розвиток модель та метод вибору виду інформаційної технології підготовки супровідних документів за рахунок розповсюдження на новий клас об’єктів – технологічні системи обробки відправлень. Модель та метод дозволяють вибрати таку інформаційну технологію, яка забезпечує необхідний рівень автоматизації технологічних процесів при мінімальному рівні витрат ресурсів підприємства;

4. Одержав подальший розвиток метод автоматизованого формування імітаційної моделі в частині використання дворівневого ідеографічного опису технологічних процесів обробки відправлень. Використання методу дозволяє виключити етапи проектування, програмування і налагодження програм-моделей, що значно скорочує час та знижує витрати на створення імітаційних моделей технологічних систем обробки відправлень;

5. Одержала подальший розвиток модель оцінки економічного ефекту реалізації спроектованої технологічної системи обробки відправлень за рахунок узагальнення моделі і виділення основних параметрів, що впливають на економічний ефект. Використання моделі дозволяє проводити проектний аналіз економічного ефекту реалізації нових технологій на всіх етапах життєвого циклу системи.

Практичне значення отриманих результатів. Результати теоретичних досліджень, розроблені математичні моделі і методи було реалізовано в системі автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень, алгоритмах і програмних комплексах проектування таких систем.

Розроблені в дисертації моделі, методи і програмні комплекси було впроваджено при проектуванні технологічної системи обробки поштових відправлень цеху №1 у Дирекції обробки і перевезення пошти (ДОПП) м. Києва, що дозволило знизити витрати на проектування, визначити раціональну кількість і склад елементів технологічного процесу (довідка про впровадження результатів проектування структури технологічної системи цеху №1 ДОПП від 08.10.2002), при проектуванні технологічної підсистеми підготовки фотовідправлень у ТОВ фірма “Укрпромсервіс” (акт про впровадження від 08.08.2001).

Розроблену з використанням автоматизованої системи проектування підсистему обробки вихідних поштових відправлень у цеху №1 ДОПП було передано в промислову експлуатацію (акт про здачу системи в промислову експлуатацію від 31.07.2002).

Моделі і методи вибору технологічної схеми обробки матеріального потоку та виду інформаційної технології реалізовані в програмних комплексах системи автоматизованого проектування. Метод автоматизованої побудови імітаційної моделі дворівневої технологічної системи обробки відправлень реалізований у програмних

комплексах візуального проектування структури технологічного процесу та інформаційної технології. Модель оцінки економічного ефекту реалізації спроектованої технології обробки відправлень реалізована у програмному комплексі в складі системи автоматизованого проектування.

Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі при викладанні лекційних курсів по дисциплінах: “Проектування програмних систем”, “Основи автоматизації проектування складних об'єктів і систем”, “Моделювання складних систем”, “Спеціальні мови програмування”, у лабораторному практикумі, при курсовому та дипломному проектуванні (акт про впровадження результатів дисертаційної роботи в навчальний процес від 11.09.2002).

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є підсумком особистої роботи автора. У роботах, що опубліковані в співавторстві, особистий внесок дисертанта полягає в розробці моделей технологічних систем і процесів обробки відправлень [2, 5, 8], подальшому розвитку моделі і розробці програмного комплексу вибору виду інформаційної технології підготовки супровідних документів [10], подальшому розвитку методу автоматизованого формування імітаційної моделі за рахунок використання ідеографічного дворівневого опису технологічних процесів [1, 6], у реалізації моделей ідеографічного підходу при проектуванні програмних засобів [7, 9], у реалізації проектних процедур і програмних засобів проектування технологічних систем обробки відправлень [11], у використанні моделей, методів і алгоритмів автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень при розробці програмних комплексів технології обробки поштових відправлень [3, 4].

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідалися та обговорювалися на семінарі з проблеми “Кібернетика” НАН України в 2000, 2001 і 2002 р., на І і ІІІ міжнародних форумах “Радіоелектроніка і молодь у XXI столітті” (м. Харків, 1997, 1999 р.р.), на V міжнародній науково-технічній конференції “Контроль і управління в складних системах” (м. Вінниця, 1999 р.), на IV науково-практичній конференції з міжнародною участю “Інформаційні технології в освіті та управлінні” (м. Нова Каховка, 2002 р.), на 8-й міжнародній конференції “Теорія і техніка передачі, прийому й обробки інформації” (м. Харків, 2002 р.), на 1-му міжнародному радіоелектронному форумі "Прикладна радіоелектроніка. Стан і перспективи розвитку" (м. Харків, 2002 р.).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 11 робіт, з яких 6 статей у наукових журналах і збірниках наукових праць, відповідно до переліку ВАК України, та 5 доповідей на конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків і додатку та має загальний об’єм 156 сторінок. Містить 25 рисунків, додаток на 5 сторінках, список використаних літературних джерел з 98 найменувань на 10 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У першому розділі наведені результати структурного системного аналізу об’єкту проектування – технологічних систем обробки відправлень, що забезпечують обробку дискретного матеріального потоку шляхом прийому, сортування і відправлення трансформованого дискретного матеріального вихідного потоку одержувачам по транспортній мережі на прикладі підприємств поштового зв’язку. Виконаний структурний системний аналіз об'єкта проектування показав, що технологічні системи обробки відправлень мають такі особливості:

- для обробки вхідного матеріального потоку використовується обмежена кількість операцій: прийом, сортування, збереження, формування посилань відповідно до заявок, підготовка супровідних і виробничих документів, відправлення посилань;

- об'єкт проектування має два дискретні синхронізовані потоки: матеріальний потік поштових відправлень та інформаційний потік супровідних і виробничих документів.

Виконано аналіз методів та програмних засобів проектування інформаційних і технологічних систем. Проектування технологічних процесів обробки матеріальних потоків орієнтовано, в основному, на використання неавтоматизованих методів. Відсутні моделі, методи та програмні засоби проектування інформаційних і технологічних процесів як єдиного цілого, відсутні моделі і програмні засоби оцінки проектних рішень у контурі системи автоматизації проектувальних робіт. Проведений аналіз дозволив обґрунтувати та сформулювати загальну задачу проектування технологічних систем обробки відправлень і привести кілька варіантів її постановок у залежності від умов проектування.

В другому розділі на підставі проведеного системного структурного аналізу об'єкта проектування, аналізу методів та засобів проектування інформаційних і технологічних процесів запропонована послідовність процедур проектування технологічних систем обробки відправлень (рис.1). Обґрунтована необхідність спільного використання оптимізаційних і імітаційних методів у контурі системи автоматизації проектувальних робіт. Показано, що розроблена послідовність проектних процедур може використовуватися у контурі як каскадної, так і спіральної моделі життєвого циклу системи автоматизованого проектування. Виконано формалізацію і розроблено функціональну модель процесів обробки відправлень.

На основі аналізу логічної структури об'єкта проектування розроблена дворівнева структурна логічна модель підприємства обробки відправлень: нижній рівень – логічна модель ділянки підприємства, що представлена послідовно з'єднаними групами робочих місць (), верхній рівень – логічна модель підприємства, що являє собою паралельне з'єднання М ділянок (віток), які забезпечують обробку різних видів відправлень (рис. 2).

Рис. 1. Структурна схема процесу автоматизованого проектування

технологічних систем обробки відправлень

Кожна k-та вітка має вигляд послідовно з’єднаних груп робочих місць (). Таким чином, одна й та ж робота може бути розбита на різну кількість операцій () в залежності від того, якою ділянкою передбачується її виконання (рис. 2).

Роботи подаються до системи в заданому порядку примусово за часом відповідно до вектора моментів подачі робіт. Задана послідовність подачі N робіт до системи і відповідний їй вектор моментів подачі робіт розбиваються кожний на M послідовних ділянок.

Розроблена модель синхронізації інформаційних і технологічних процесів на основі використання віртуального поштового відправлення (ВПВ), статусу ВПВ та процедур фіксації життєвого циклу ВПВ в системі. ВПВ проходить усі стадії життєвого циклу реального поштового відправлення, збираючи та зберігаючи всю необхідну для обробки інформацію.

Рис. 2. Структурна логічна модель об'єкта проектування

Для реалізації запропонованої послідовності проектних процедур у третьому розділі розроблені моделі, методи та алгоритми автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень. Задача вибору ефективної технологічної схеми обробки з використанням ресурсного підходу декомпозована на дві підзадачі:

- вибору технологічної схеми обробки матеріального потоку;

- вибору виду інформаційної технології.

Задача вибору технологічної схеми обробки матеріального потоку формулюється як задача вибору з множини припустимих функцій перетворення вхідних потоків поштових відправлень у вихідні такої функції , яка забезпечить мінімізацію вартості ресурсів, що використовуються при обробці матеріального потоку відправлень: |

(1)

при обмеженнях:

- на час виконання операцій обробки матеріального потоку , де , - фактичний та контрольний, відповідно, час виконання операцій обробки матеріального потоку;

- на величину ресурсів у залежності від використовуваних технологічних схем , , де , - заданий рівень використання, відповідно, технічних та трудових ресурсів;

- на величину об'ємних показників вхідного матеріального потоку , де - граничний обсяг вхідного матеріального потоку ;

- на множину використовуваних технологічних схем обробки вхідного матеріального потоку: .

Задача вибору ефективної інформаційної технології формулюється як задача мінімізації вартості ресурсів, використовуваних при виконанні інформаційних процесів: |

(2)

при обмеженнях:

- на час виконання інформаційних операцій де , - фактичний та контрольний, відповідно, час виконання інформаційних операцій;

- на величину ресурсів у залежності від використовуваних технологічних схем ; ; , де , , - заданий рівень використання, відповідно, технічних, трудових та інформаційних ресурсів;

- на множину технологічних схем, що можуть використовуватися при реалізації інформаційної технології: .

Для вирішення розглянутих задач були розроблені математичні моделі, у яких враховані особливості реалізації інформаційних та технологічних процесів на підприємствах обробки відправлень.

Для забезпечення найбільшої ефективності технологічного процесу необхідно обґрунтувати оптимальний склад і кількість обробляючого устаткування на кожній технологічній операції, тобто вибрати технологічну схему обробки матеріального потоку. Математична модель задачі визначення оптимального складу устаткування з урахуванням (1) у цьому випадку представляється у виді:

, | (3)

де - чистий прибуток при використанні на -й операції -го типу устаткування; - кількість працівників, зайнятих у технологічному процесі на -й операції -го типу устаткування; - змінна, яка визначає, чи використовується устаткування на -й операції -го типу: .

Обмеженнями при цьому є:

- час виконання операцій обробки поштових відправлень , де - контрольний час виконання операцій, - час виконання -ї операції з використанням -го типу устаткування;

- величина використовуваних ресурсів ; , де - вартість технічних ресурсів на -й операції -го типу устаткування; - вартість трудових ресурсів -ї операції -го типу устаткування; , - заданий рівень використання, відповідно, технічних та трудових ресурсів;

- величина об'ємних показників вхідного матеріального потоку , де - граничний обсяг вхідного матеріального потоку ;

- множина використовуваних технологічних схем обробки вхідного матеріального потоку , де - -а технологічна схема обробки вхідного матеріального потоку. Множина задається матрицею змінних : . При цьому для кожної -ї операції повинен бути визначений єдиний тип устаткування: , тип устаткування повинен бути визначений для всіх операцій: ;

- навантаження , де - навантаження в годину найбільшого навантаження на -й операції -го типу устаткування; - норма виробітку при ручному виконанні технологічних операцій на -й операції -го типу робочого місця; - кількість робочих місць ручної обробки відправлень на -й операції -го типу робочого місця; - експлуатаційна продуктивність -го типу устаткування на -й операції; - кількість одиниць -го типу устаткування на -й операції;

- час роботи устаткування , де , - фактичний і максимально можливий, відповідно, час роботи -го типу устаткування на -й операції.

Для вирішення задачі вибору використано алгоритм Форда, для якого введено модифікацію критерію оптимальності. Розроблена модель та модифікований алгоритм дозволяють вибрати раціональну структуру й елементи технологічного процесу обробки відправлень.

Після вибору технологічної схеми обробки матеріального потоку треба вибрати вид інформаційної технології. Кожну інформаційну технологію отримання супровідних документів можна розбити на певну кількість технологічних операцій. У цьому випадку приналежність до технологічної схеми та до операції визначається булевою змінною , котра приймає значення 1, якщо інформаційна операція входить у відповідну технологічну схему та 0 – у противному випадку. У відповідності із вищезазначеним задача (2) формулюється як задача мінімізації цільової функції:

, | (4)

де - , , - витрати на технічні, трудові та інформаційні ресурси при використанні -ї операції в технології ; - змінна, що визначає, чи входить -та інформаційна операція до -ї технології: .

Обмеженнями при цьому є:

- час виконання інформаційних операцій , де - контрольний час виконання операцій , - час виконання -ї операції в технології ;

- величина використовуваних ресурсів , , , де , , - витрати на технічні, трудові та інформаційні ресурси для -ї інформаційної операції в технології ; , , - заданий рівень використання, відповідно, технічних, трудових та інформаційних ресурсів;

- множина використовуваних інформаційних технологій , де - -й вид інформаційної технології, заданий вектором змінних : .

Для вирішення задачі використано метод вибору виду інформаційної технології, який забезпечує визначення необхідного рівня автоматизації технологічних процесів при мінімальному рівні витрат ресурсів підприємства та орієнтований на технологічні системи обробки відправлень.

Для перевірки проектних рішень на різних стадіях проектування запропоновано використання імітаційного моделювання. Розроблені алгоритми проектування розподілу та послідовності запуску робіт у технологічній системі використані при імітаційному моделюванні технологічних систем обробки відправлень. Алгоритми базуються на використанні методу віт та меж, розроблених оцінюючих функціях, введеній модифікації алгоритму з метою зменшення розмірності задачі.

Для формування імітаційних моделей запропоновано використання методу автоматизованого формування імітаційної моделі з використанням ідеографічного дворівневого опису технологічних процесів обробки відправлень. Розроблений метод реалізований у палітрах ідеографічних елементів (ІЕ), засобах імітаційного моделювання та основних принципах побудови дворівневого ідеографічного опису інформаційних і технологічних процесів. Використання методу дозволяє виключити етапи проектування, програмування та налагодження програм-моделей, що значно скорочує час і знижує витрати на створення імітаційних моделей технологічних систем обробки відправлень. Функціональна схема системи імітаційного моделювання на основі ідеографічного підходу наведена на рис. 3.

Рис. 3. Функціональна схема імітаційної системи на основі ідеографічного підходу

Завершальним етапом проектування технологічної системи обробки відправлень є оцінка економічного ефекту її реалізації на конкретному об'єкті. Оцінка економічного ефекту реалізації системи вимагає розробки математичної моделі:

, | (5)

де – річна собівартість використання, відповідно, базового та нового варіантів; - капітальні витрати, відповідно, по базовому та новому варіантах; - нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень.

З урахуванням конкретних особливостей технологічних систем обробки відправлень складова має вигляд:

, | (6)

де , , , - об’єм, відповідно, простої, замовленої, цінної та посилочної кореспонденції; - вартість обробки одного екземпляра відправлення; - коефіцієнт, що враховує зниження вартості обробки при переході від базового варіанта до нового; - годинна ставка обслуговування устаткування; - коефіцієнт, що враховує зниження трудомісткості обслуговування устаткування при переході від базового варіанта до нового; , - трудомісткість і собівартість, відповідно, одержання супровідних документів; - коефіцієнт, що враховує зниження трудомісткості і собівартості одержання супровідних документів при переході від базового варіанта до нового; , , - кількість супровідних документів, відповідно, для простої та замовленої, цінної, посилочної кореспонденції.

Дана залежність без втрати спільності приведена до виду:

, | (7)

де - загальний обсяг оброблюваної пошти; - обсяг страхової пошти; , - коефіцієнти пропорційності. Ввівши співвідношення виду та , отримуємо залежність:

. | (8)

Отримана залежність (рис. 4) використовується для оцінки економічного ефекту реалізації технологічної системи в залежності від основних параметрів: обсягу оброблюваних відправлень і відношення кількості страхової пошти до загального її обсягу.

У четвертому розділі наведено результати реалізації та впровадження розроблених у роботі моделей, методів, проектних процедур та алгоритмів автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень. Розроблено структуру системи автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень. На основі розроблених моделей, методів і алгоритмів розроблені програмні комплекси у складі системи автоматизованого проектування. Наведено приклади проектування технологічних систем обробки відправлень.

Рис. 4. Вид залежності

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведене теоретичне узагальнення та нове вирішення наукової задачі підвищення ефективності процесів проектування технологічних систем обробки відправлень за рахунок створення моделей, методів, проектних процедур, алгоритмів та програмних комплексів автоматизації проектувальних робіт. Основні наукові та практичні результати:

1. Вперше розроблено модель технологічних систем обробки відправлень, що формально описує структурно-логічні взаємозв'язки між елементами технологічних систем обробки відправлень і використовується для вирішення задач вибору видів технологій.

2. Вперше розроблено модель вибору технологічної схеми обробки матеріального потоку відправлень. Для вирішення задачі вибору використано алгоритм Форда, для якого введена модифікація критерію оптимальності. Розроблена модель та модифікований алгоритм дозволяють вибрати раціональну структуру та елементи технологічного процесу обробки відправлень.

3. Одержали подальший розвиток модель та метод вибору виду інформаційної технології підготовки супровідних документів стосовно до технологічних систем обробки відправлень, що дозволяє вибрати інформаційну технологію, яка забезпечує необхідний рівень автоматизації технологічних процесів при мінімальному рівні витрат ресурсів підприємства.

4. Одержав подальший розвиток метод автоматизованого формування імітаційної моделі за рахунок використання ідеографічного дворівневого опису технологічних процесів обробки відправлень. Використання методу дозволяє виключити етапи проектування, програмування та налагодження програм-моделей, що значно скорочує час і знижує витрати на створення імітаційних моделей технологічних систем обробки відправлень.

5. Одержала подальший розвиток модель оцінки економічного ефекту реалізації спроектованої технологічної системи обробки відправлень за рахунок узагальнення моделі та виділення основних параметрів, що впливають на економічний ефект. Використання моделі дозволяє проводити проектний аналіз економічного ефекту реалізації нових технологій на всіх етапах життєвого циклу системи.

6. На основі розроблених моделей, методів, проектних процедур та алгоритмів розроблені програмні комплекси автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень. Використання програмних комплексів на прикладі підприємств поштового зв'язку забезпечує зменшення витрат на проектування в 1,4 рази, підвищення продуктивності праці проектувальників у 1,43 рази, підвищення якості підготовки проектів. Розроблені моделі, методи та програмні комплекси було впроваджено при створенні технологічної системи обробки поштових відправлень у цеху №1 ДОПП м. Києва, використовувалися при проектування системи обробки міжнародних поштових відправлень у ДОПП м. Києва, при проектуванні технологічної підсистеми підготовки фотовідправлень у ТОВ фірма “Укрпромсервіс”. Розроблену з використанням автоматизованої системи проектування підсистему обробки вихідних поштових відправлень у цеху №1 ДОПП м. Києва було прийнято в промислову експлуатацію. Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі на кафедрі системотехніки при читанні лекційних курсів, у лабораторному практикумі, при курсовому і дипломному проектуванні.

7. Перспективним напрямком розвитку досліджень є розповсюдження отриманих результатів на нові види технологічних систем обробки відправлень, розробка моделей, алгоритмів та програмних засобів організації колективного проектування інформаційних та технологічних систем обробки відправлень.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Кузьменко В.М., Шульга Ю.В., Ковтунович С.А. Использование идеографического подхода при адаптации программных средств пользователем // Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье: Сб. науч. тр. ХГПУ. Вып. 7. – Харьков: ХГПУ. – 1999. – С.118–121.

2. Кузьменко В.М., Ковтунович С.А., Шульга Ю.В. Информационная модель объектов экспедиционного класса // Радиоэлектроника и информатика. – 1999. – №2(07). – С. 48–51.

3. Кузьменко В.М., Ненько Л.Ф., Шульга Ю.В. Принципы построения информационных технологий для цехов обработки почтовых отправлений // Зв’язок. – 2001. – №1. – С. 51–55.

4. Кузьменко В.М., Ненько Л.Ф., Шульга Ю.В. Методы и средства информационной технологии обработки исходящих почтовых отправлений // Зв’язок. – 2002. – №5. – С.45–47.

5. Кузьменко В.М., Шульга Ю.В. Математическая модель информационно–технологических процессов // Вестник ХГТУ. – 2002. – №1(14). – С. 50–54.

6. Кузьменко В.М., Шульга Ю.В. Инструментальное средство имитационного моделирования информационно–технологических систем // АСУ и приборы автоматики: Всеукраинский межведомственный научно-технический сборник. Вып. 120. – Харьков: ХНУРЭ. – 2002. – С. 51 – 55.

7. Ковтунович С.А., Шульга Ю.В. Математические модели и алгоритмы создания, ведения и реконфигурации баз данных на основе идеографического подхода // Тезисы докл. 1-го международного молодежного форума “Электроника и молодежь в XXI веке”. – Харьков: ХТУРЭ. – 1997. – С. 261.

8. Кузьменко Н.П., Ростанин О.В., Шульга Ю.В. Модели и алгоритмы проектирования некоторых классов управляющих программных систем // Книга за матеріалами п'ятої міжнародної науково–технічної конференції “Контроль і управління в складних системах”. – Том 2. – Вінниця: “УНІВЕРСУМ-Вінниця”. - 1999. – С. 73–75.

9. Шульга Ю.В., Ковтунович С.А. Структурная модель технологии проектирования программных средств в терминах идеограмм // Зб. наук. пр. за матеріалами 3-го Міжнародного молодіжного форуму “Радіоелектроніка і молодь у XXI столітті”. – Харків: ХТУРЕ. – 1999. – С. 273 – 276.

10. Кузьменко В.М., Шульга Ю.В. Методы и средства выбора уровня автоматизации информационно-технологических систем // Сб. науч. тр. по материалам 8-й Междунар. конф. “Теория и техника передачи и обработки информации” (“Интегрированные информационные системы, сети и технологии”). – Харьков: ХНУРЭ. – 2002. – С. 241 – 242.

11. Кузьменко В.М., Шульга Ю.В. Инструментальные средства проектирования информационно-технологических систем почтовой связи // Сб. науч. тр. по материалам 1-го Международного радиоэлектронного Форума “Прикладная радиоэлектроника. Состояние и перспективы развития”). –. Харьков: ХНУРЭ. – 2002. – С. 20 – 22.

АННОТАЦІЯ

Шульга Ю.В. Моделі автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.12 – системи автоматизації проектувальних робіт. – Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2002.

Дисертація присвячена проблемі підвищення ефективності процесів проектування технологічних систем обробки відправлень. Запропоновано послідовність проектних процедур автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень. Розроблено структурну логічну модель технологічних систем обробки відправлень. Проведено декомпозицію задачі вибору ефективної технологічної схеми обробки з використанням ресурсного підходу на дві підзадачі: вибору технологічної схеми обробки матеріального потоку, вибору виду інформаційної технології. Для вирішення розглянутих задач розроблені математичні моделі, у яких враховано особливості конкретних інформаційних і технологічних процесів підприємств обробки відправлень.

Для перевірки проектних рішень на різних стадіях проектування запропоновано використання імітаційного моделювання. Для формування імітаційних моделей запропоновано метод автоматизованого формування імітаційної моделі з використанням ідеографічного дворівневого опису інформаційних і технологічних процесів обробки відправлень.

Одержала подальший розвиток модель оцінки економічного ефекту реалізації спроектованої технологічної системи обробки відправлень за рахунок узагальнення моделі і виділення основних параметрів, що впливають на економічний ефект. Розроблено структуру системи автоматизованого проектування технологічних систем обробки відправлень, приведені приклади проектування технологічних систем обробки відправлень.

Ключові слова: автоматизоване проектування, технологічна система обробки відправлень, проектна процедура, імітаційне моделювання, ідеографічний підхід, економічний ефект.

АННОТАЦИЯ

Шульга Ю.В. Модели автоматизированного проектирования технологических систем обработки отправлений – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.12 - системы автоматизации проектных работ. – Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2002.

Диссертация посвящена проблеме повышения эффективности процессов проектирования технологических систем обработки отправлений за счет создания моделей, методов, процедур, алгоритмов и программных комплексов автоматизации проектных работ. В исследовании проведен структурный системный анализ объекта проектирования – технологических систем обработки отправлений, которые обеспечивают обработку дискретного материального потока путем приема, сортировка и отправления трансформированного дискретного материального исходящего потока получателям по транспортной сети на примере предприятий почтовой связи.

Выполнен анализ методов и программных средств проектирования информационных и технологических систем, который показал, что в настоящее время существует методология проектирования информационных систем, реализованная множеством программных средств, которая не учитывает технологических особенностей систем обработки отправлений, проектирование технологических процессов обработки материальных потоков ориентировано на использование неавтоматизированных методов, отсутствуют модели, методы и программные средства проектирования информационных и технологических процессов как единого целого, отсутствуют модели и программные средства оценки проектных решений в контуре системы автоматизации проектных работ. Проведенный анализ позволил обосновать и сформулировать общую задачу проектирования технологических систем обработки отправлений и привести несколько вариантов ее постановок в зависимости от условий проектирования.

На основании проведенного системного структурного анализа объекта проектирования, анализа методов и средств проектирования предложена последовательность проектных процедур проектирования технологических систем обработки отправлений. Обоснована необходимость совместного использования оптимизационных и имитационных методов в контуре системы автоматизации проектных работ. На основе анализа логической структуры объекта проектирования разработана двухуровневая структурная логическая модель предприятия обработки отправлений.

Произведена декомпозиция задачи выбора эффективной технологической схемы обработки с использованием ресурсного подхода на две подзадачи: выбора технологической схемы обработки материального потока и выбора вида информационной технологии. Для решения рассмотренных задач разработаны математические модели, в которых учтены особенности конкретных информационных и технологических процессов предприятий обработки отправлений. Для решения задачи выбора технологической схемы обработки материального потока использован алгоритм Форда, в котором выполнена модификация критерия оптимальности. Разработанная модель и модифицированный алгоритм позволяют выбрать рациональную структуру и элементы технологического процесса обработки отправлений. Для решения задачи выбора вида информационной технологии использован метод, который обеспечивает определение необходимого уровня автоматизации при минимальном уровне затрат ресурсов предприятия и ориентирован на технологические системы обработки отправлений.

Для проверки проектных решений на различных стадиях проектирования предложено использование имитационного моделирования. Разработаны алгоритмы проектирования последовательности запуска работ в технологической системе, используемые при имитационном моделировании технологических систем обработки отправлений. Алгоритмы основаны на использовании метода ветвей и границ. Разработаны оценочные функции и произведена модификация алгоритма с целью уменьшения размерности задачи. Для формирования имитационных моделей предложено использование метода автоматизированного формирования имитационной модели с использованием идеографического двухуровневого описания информационных и технологических процессов обработки отправлений.

Завершающим этапом проектирования технологической системы обработки отправлений является оценка экономического эффекта ее реализации на конкретном объекте. Разработана математическая модель, которая используется для оценки экономического эффекта реализации технологической системы в зависимости от основных параметров: объема обрабатываемых отправлений и отношения страховой почты к общему объему отправлений.

Разработана структура системы автоматизированного проектирования технологических систем обработки отправлений, приведены примеры проектирования технологических систем обработки отправлений.

Ключевые слова: автоматизированное проектирование, технологическая система обработки отправлений, проектная процедура, имитационное моделирование, идеографический подход, экономический эффект.

ABSTRACT

Shulga Y.V. Computer-aided design models of technological systems for material items processing – Manuscript.

Dissertation for a candidate of technical science (Ph.D.) degree in specialty 05.13.12 – computer-aided design systems. – Kharkiv National University of Radioelectronics, Kharkiv, 2002.

The dissertation is devoted to a problem of increasing the efficiency of technological systems designing for material items processing. The sequence of design procedures for computer-aided designing of technological systems for material items processing is offered. The structural logic model of technological systems for material items processing is developed. The problem of selection the effective technological scheme with resource approach using is decomposed to selection of the technology scheme of material flow processing and information technology selection. For the decision of the considered tasks the mathematical models are developed, in which the features of specific information and technological processes of material items processing are taken into account.

The using of imitating modeling is offered for checking of design decisions at the different design stages. The method of the automated imitating model generating with using of the ideographic two-level information and technological processes description is offered.

The evaluation model of the economic efficiency of the designed technological system is developed at the expense of the model generalization and allocation of the affecting basic parameters. The structure of the computer-aided design system of the technological systems for material items processing is developed, the examples of technological systems designing are given.

Key words: the computer-aided design, technological system for material items processing, design procedure, imitating modeling, ideographic approach, economic efficiency.

Підп. до друку 03.02.03. Формат 60841/16.

Умов. друк. арк. 1,2. Облік. вид. арк. 1,0. Тираж 100 прим. Зам. №           

Україна, 61166 Харків, просп. Леніна, 14.

Надруковано в учбово-виробничому видавничо-поліграфічному центрі ХНУРЕ.

Україна, 61166 Харків, просп. Леніна, 14.