Введение к работе
Актуальность темы исследования. Известно, что металлургическое и угольное производства являются наиболее фондоемкими в промышленности. В настоящее время их техническое перевооружение запаздывает. В частности, в Кузбассе в ближайшее время необходимо модернизировать до 60% всех технологических процессов и реконструировать свыше 75% производственных мощностей в угольной и металлургической отраслях.
Непрерывно-циклические многостадийные производства (металлургические, угольные, химические и другие) представляются классом организационно- технологических систем (ОТС), где распределенный в пространстве и времени технологический процесс требует согласования параметров технологических и транспортных операций, а результаты каждой последующей операции выполнимы при условии успешного завершения предыдущей.
Модернизация технологии и реконструкция производства являются набором процедур структурно-параметрической адаптации ОТС к изменяющимся внешним и внутренним условиям функционирования, а понятия «модернизация технологии» и «реконструкция производства» (МТ и РП) существенно различны. В первом случае имеется в виду параметрическое совершенствование существующих технологий для улучшения показателей качества производства, во втором – когда возможности модернизации исчерпаны – структурные изменения технологических систем для достижения тех же целей.
В условиях различных ограничений на модернизацию и реконструкцию производств фондоемких отраслей промышленности, в которых производственный эксперимент экономически не оправдан, необходима разработка адекватных моделей и достоверных критериев, позволяющих на стадии анализа и проектирования рекомендовать корректные управленческие решения, учитывающие предельные возможности технологии, ресурсные, экономические и иные условия для повышения эффективности производства. Установлено, что методы и алгоритмы принятия таких управленческих решений разработаны недостаточно. В частности, остается открытым вопрос об условиях перехода от модернизации к реконструкции. Отсюда следует, что тема диссертации, посвященная решению этих вопросов, является актуальной.
Цель и задачи исследований. Разработка методов и алгоритмов принятия решений по модернизации технологий и реконструкции непрерывно-циклических производств. Для реализации цели необходимо решение следующих задач:
1) сформировать основные положения моделирования процедур структурно- параметрической адаптации производства на примере металлургических и угольных предприятий;
2) декомпозировать проблему модернизации технологии и реконструкции производства на составляющие задачи с дальнейшим определением областей их применения и разработкой алгоритмического обеспечения для практической реализации;
3) разработать информационную модель, учитывающую особенности металлургического производства, для информационного сопровождения задач модернизации и реконструкции;
4) предложить экономико-математическую модель для исследования предельных возможностей организационно-технологической системы с целью принятия решений по ее параметрическому (модернизации) или структурному изменению (реконструкции);
5) разработать общую схему и комплексный алгоритм информационной поддержки принятия решений по модернизации технологий и реконструкции непрерывно- циклических производств;
6) внедрить разработанные алгоритмы в действующие производства.
Методы исследований. Выполнение диссертационной работы базировалось на аппарате системного анализа состояния угольных и металлургических производств для обоснования возможности их идентификации и представления как ОТС; теории управления, включающую теорию потоковых систем и теорию информации для разработки понятийного и формального аппаратов моделирования ОТС; теории адаптации сложных систем для обоснования критериев эффективности модернизации и реконструкции производств; математическом моделировании процедур модернизации и реконструкции для проведения вычислительных экспериментов по решению практических задач управления предприятиями; исследовании операций для разработки алгоритмов принятия решений по совершенствованию ОТС.
Обоснованность и достоверность результатов проведенных исследований подтверждается корректностью математического аппарата, используемого в работе; совпадением результатов вычислительного эксперимента с теоретическими разработками; отсутствием работ с аналогичными решениями; положительными отзывами специалистов на опубликованные в центральной и ведомственной печати работы.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1) проведена декомпозиция проблемы модернизации и реконструкции на составляющие задачи (прямую, обратную, комбинированную и прогнозную) с разработкой соответствующих проблемно-ориентированных методик анализа, принятия решений и алгоритмического обеспечения для практической реализации;
2) предложена методика решения проблемы модернизации технологии и реконструкции производства как структурно-параметрической адаптации системы, позволяющая объединить как внутренние организационно- технологические свойства, так и внешние требования к качественно- количественным параметрам выходного продукта с учетом целевой функции;
3) поставлена и исследована задача предельного перехода от модернизации к реконструкции, в которой при невыполнении предельного неравенства модернизация технологии как процедура, направленная на повышение живучести системы, является неэффективной по сравнению с реконструкцией производства;
4) предложен алгоритм информационной поддержки принятия решений по модернизации и реконструкции, отличающийся тем, что базируется на решении четырех типов задач (прямой, обратной, комбинированной и прогнозной) и включает уровни сопоставительного, логического, технологического анализа, уровень целесообразности и уровень модельных имитационных расчетов;
5) предложен критерий принятия решений по началу проведения процедур по модернизации технологии и реконструкции производства, основанный на системной закономерности золотого сечения в динамике жизненного цикла организационно-технологических систем.
Практическая значимость работы состоит в использовании разработанных моделей, методов и алгоритмов для информационной поддержки управленческих решений по модернизации технологий и/или реконструкции действующих непрерывно- циклических производств: при анализе направлений модернизации технологии или реконструкции производства, а при необходимости – реструктуризации; при получении обоснованных оценок текущего состояния производства; при определении технологических операций, агрегатов и транспортных коммуникаций, вносящих наибольшие потери в выполнение заданий и графиков.
Реализация результатов. Результаты работы внедрены и используются: при производстве рельсового проката на ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» (ОАО «НКМК», г. Новокузнецк); при выплавке передельного чугуна на ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» (ОАО «ЗСМК», г. Новокузнецк); в технологической линии производства сборного железобетона на ООО «Завод строительных материалов» (ООО «ЗСМ», г. Мыски); при выборе схемы вскрытия локальных участков шахтного поля для условий филиала ОАО «УК «Южный Кузбасс» – Управление по подземной добыче угля (г. Междуреченск). Достоверность реализации практических разработок подтверждается соответствующими документами.
Предмет защиты. На защиту выносятся методы и алгоритмы анализа и информационной поддержки принятия решений по модернизации технологий и реконструкции производств, базирующиеся на системном понятии «живучесть предприятия», включающем в себя решение четырех типов задач: прямой, обратной, комбинированной и прогнозной.
Личный вклад автора, подтвержденный соавторами совместных научных публикаций, состоит: в формулировке задачи модернизации технологии и реконструкции производства как структурно-параметрической адаптации ОТС; в разработке понятийного и формального аппарата, системно объединяющего и увязывающего задачи модернизации и реконструкции с качественными показателями и внешними условиями реализации выходного продукта; в определении состава и структуры применяемых методов и моделей и декомпозиции проблемы модернизации и реконструкции на составляющие ее задачи; в разработке алгоритмов и методики принятия решений по модернизации технологии и реконструкции производства.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования представлялись, докладывались и обсуждались на: X Международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири. Сибресурс–2004» (Кемерово, 2004); III Международной научно-практической конференции «Экономика и бизнес: позиция молодых ученых» (Барнаул, 2004); XI Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» (Томск, 2005); XIII и XIV Международных научно-практических конференциях «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (Пенза, 2004 и 2005); I Международной научно- практической конференции «Безопасность жизнедеятельности: экологические, производственные, правовые, медико-биологические и социальные проблемы» (Новокузнецк, 2005); Всероссийских научных конференциях «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2004 и 2008); III, IV и VII Всероссийских научно-практических конференциях «Информационные технологии и математическое моделирование» (Анжеро-Судженск, 2005, 2006 и 2008); II и IV Всероссийских научно-практических конференциях «Антикризисное управление: производственные и территориальные аспекты» (Новокузнецк, 2002 и 2005); V Всероссийской научно-практической конференции «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2005); III межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Молодежь, наука, творчество–2005» (Омск, 2005); IV, V, VI и VIII региональных научно-практических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых (Новокузнецк, 2004, 2005, 2006 и 2008); на факультетских научно- технических семинарах Новокузнецкого филиала-института Кемеровского государственного университета (2005–2009) и Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета) (2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе четыре статьи в издании, рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, изложена на 175 страницах основного машинописного текста, содержит 6 таблиц, 34 рисунка, библиографический список из 166 наименований и приложения на 8 страницах.
