Введение к работе
Актуальность работы. В задачах оптимального планирования и
организации угольного производства из современных методов исследований
математическое моделирование является наиболее
эффективным,позволяющим комплексно описать взаимосвязи параметров и подсистем таких сложных объектов , к которым относятся угольные шахты.При этом рассматривая угольные предприятия , как горноэкономические системы ,с особенностями их динамических реакций в переходном периоде отрасли ,на базе средств вычислительной техники и математических методов оптимизации открывается возможность синтеза математического обеспечения задач программно-целевого управления(ПЦУ) потенциалом угольных шахт в иерархической структуре принятия решений .Сочетание технологических, экономических и информационных факторов динамической неравновесности потенциала угольных предприятий ..необходимость обработки многомерных данных требуют построения адекватной экономико-математической модели (ЭММ) для компьютерного эксперимента и оптимизации подсистем угольных шахт.
За период 1992-1997 годы был реализован первый этап реструктуризации
предприятий отрасли, существенно отличающийся от передовых стран мира
по глубине спада ,временной задержке и интенсивности осуществления
программы переходного периода. Структурный анализ закономерностей
переходного режима угольного производства с учетом особенностей
развития потенциала отрасли и конкретных шахт показал недостаточность
научного сопровождения при решении этих вопросов. Для угольных шахт с
ограничением ресурсов это связано с длительным поэтапным процессом
перехода от неэффективного - к устойчивому состоянию, с
дифференцированной альтернативой выбора мероприятий планирования и организации производства в системе многоуровневого управления. Необходимость оптимальной координации принятия решений в переходном периоде угольной отрасли обусловливает создание и применение эффективных алгоритмов и аппаратно-программных средств математического обеспечения ПЦУ .разработку методики автоматизированного прогноза оценок состояния потенциала угольных шахт, повышающих точность и надежность планов производства, на базе средств вычислительной техники математических методов оптимизации, представляющих актуальную научную задачу.
Тема диссертации непосредственно связана с выполнением комплексной программы реструктуризации угольной промышленности России, программой "Сибирь", программой РАН по приоритетным направлениям научных исследований ( ГН 12.3.6."Развитие информационных технологий и создание автоматизированных средств поддержки решений..") .региональной
программой информатизации, тематикой КемГУ и Кемеровского научно-образовательного комплекса(НОК).
Цель работы: разработать математическую модель и методы оптимизации
промышленного потенциала шахт в переходном периоде отрасли.
Идея работы: заключается в использовании закономерностей динамических
систем многоуровневой структуры для прогноза и принятия
альтернативных решений оптимизации параметров и процессов переходного состояния угольных шахт .
Задачи исследований:
- разработать математические методы, алгоритмы и программы
структурного анализа закономерностей переходного режима угольного
производства с учетом особенностей развития потенциала отрасли как
динамической системы;
-разработать критерии устойчивости и качества оптимального состояния потенциала угольных предприятий в иерархической структуре неравновесного функционирования динамических систем;
развить методическую базу моделирующих алгоритмов и аппаратно-программной среды для компьютерного эксперимента и оптимизации подсистем угольных шахт;
разработать и исследовать экономико-математическую модель как средство синтеза математического обеспечения задач программно-целевого управления (ГИДУ) потенциалом угольных шахт;
разработать методику автоматизированного прогноза состояния потенциала угольных шахт с учетом надежности организации проводства с использованием средств вычислительной техники и математических методов оптимизации.
Методы исследований :
- технико-экономический и информационно-статистический анализ,
научное обобщение для оценки ситуации и тенденции реформирования
угольных предприятий;
-методы распознавания образов и теории принятия решений для обоснования динамических критериев устойчивости и качества управления потенциалом угольных предприятий в переходном периоде; -методы идентификации и статистической аппроксимации многомерных данных для информационной базы ЭММ угольных шахт с иерархической структурой принятия решений;
- экономико-математическое моделирование, численные алгоритмы
исследований , компьютерный эксперимент ;
- математические методы прогноза надежности угольного производства и
системный анализ прогнозных оценок его эффективности для шахт при
ограничении ресурсов в переходный период отрасли.
Научные положения выносимые на защиту:
- математические методы, алгоритмы и программы структурного анализа
обеспечивают адекватность закономерностей переходного режима
угольных шахт как динамических систем с длительным периодом перехода производственного состояния их потенциала от неэффективного - к устойчивому ,с возможностью стабильного развития по трем альтернативным ситуациям;
в безразмерном пространстве базис-вектора показателей можно выделить главные компоненты многомерного признака, что позволяет обосновать динамические критерии устойчивости и качества оптимального управления переменным состоянием потенциала угольных предприятий в иерархической структуре принятия решений;
методическая база моделирующих алгоритмов и аппаратно- программной среды включает разработку математических моделей оптимизации подсистем угольных шахт путем последовательного статистического анализа многомерных данных и методов аппроксимации параметров ЭММ для компьютерного эксперимента;
структура ЭММ как средство математического обеспечения и оптимизации программно-целевого управления потенциалом угольных шахт декомпозируется на 4 взаимосвязанные задачи, частные решения которых координируются минимизацией функционала по Парето с учетом точности и надежности результатов моделирования;
- численные алгоритмы минимизации трех частных функционалов ЭММ
сведены к модифицированным задачам математического программирования:
оптимального распределения ресурсов методом ветвей и границ;
оптимизации потенциала с учетом транспортных затрат методом линейного
программирования; нелинейной оптимизации внешних факторов ПІДУ
(обеспечение ресурсами) методом обобщенного градиентного спуска;
-методика автоматизированного прогноза оценок эффективности
состояния потенциала угольных шахт с учетом оптимизации надежности
бизнес-планов производства по факторам риска и резерва
ограниченных ресурсов основана на базе средств вычислительной техники
и методов нелинейного программирования .
Научная новизна заключается в следующем:
- в обосновании математических методов и алгоритмов структурного анализа
динамического состояния потенциала шахт использована возможность
представления закономерностей различных ситуаций переходного режима
угольного производства в форме дифференциального уравнения.параметры
которого идентифицируют три альтернативы отличающиеся глубиной спада
(или роста) и периодом перехода объекта исследования в новое устойчивое состояние: 1-е приростом; II - стабилизацией ; III - со снижением от исходного уровня потенциала отдельного предприятия .либо их группы ;
в разработке динамических критериев устойчивости и качества управления переменным состоянием потенциала угольных шахт, оценки которых установлены по максимуму правдоподобия для трех классов распознаваемых объектов с параметрами их разделяющих функций в иерархической структуре принятия решений;
в развитии методической базы моделирующих алгоритмов и аппаратно-программной среды, отличающейся возможностью последовательного статистического анализа многомерных данных с компьютерной обработкой и планированием эксперимента на моделях подсистем угольных шахт;
-в разработке экономико-математической модели ПЦУ потенциалом угольных шахт .синтезирующей блок математического обеспечения задач оптимизации .отличающейся иерархической структурой с возможностью декомпозиции на 4 взаимосвязанные задачи, на множестве псевдорешений которых осуществляется оптимальная координация стратегии многоуровневого управления по Парето;
- в разработке численных алгоритмов исследования переходных процессов
переменного состояния потенциала угольных шахт, позволяющих
компьютерный эксперимент с различными режимами моделирования при
вариации (в пределах заданной точности) параметров ЭММ;
- в разработке методики автоматизированного прогноза состояния
потенциала угольных шахт, отличающейся прогнозом надежности
организации производства в условиях неопределенности принятия
оптимальных решений по критерию Гурвица.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
- достаточным объемом фактографических данных мирового сообщества, а
также статистики по предприятиям угольной отрасли, анализом и научным
обобщением проблемной литературы;
построением логически непротиворечивых структурных схем компьютерной обработки многомерных статистических данных и производственной информации для обеспечения планирования эксперимента и экономико-математического моделирования;
- корректным использованием современной математической теории
принятия решений , методов построения математических моделей,
исследования алгоритмов, программирования и системного анализа;
- получением более точных и надежных моделей .сходимостью результатов
экономико-математического моделирования и компьютерных экспериментов
с фактическими ТЭП угольных шахт(ошибка не более 12%);
- положительными результатами использования методики прогнозной
оценки эффективности состояния потенциала угольных шахт для
обоснования предложений бизнес-планирования и организации
производства в ОАО "Лснинскуголь".
Личный вклад автора состоит:
- в разработке математических методов, алгоритмов и программ
структурного анализа закономерностей переходного режима угольного
производства и научном обобщении проблемной ситуации;
в разработке критериев устойчивости и качества оптимального состояния потенциала угольных предприятий в иерархической структуре принятия решений для переходного периода;
в развитии методической базы моделирующих алгоритмов и аппаратно-программной среды для компьютерного эксперимента и оптимизации подсистем угольных шахт средствами экономико-математического моделирования;
в построении и исследовании ЭММ для математического обеспечения задач программно-целевого управления потенциалом угольных шахт;
в проведении компьютерного эксперимента с вариацией режима и параметров моделирования в широком диапазоне природных, технических и экономических факторов;
в разработке методики автоматизированного прогноза состояния потенциала угольных шахт с учетом надежности организации производства на базе средств вычислительной техники и математических методов оптимизации.
Практическое значение полученных результатов заключается в том, что они позволяют:
- на основе разработанных принципов и методов выявить закономерности
переходного периода угольного производства и идентифицировать
параметры переменного состояния потенциала конкретных шахт;
- обосновать динамические критерии устойчивости и качества
оптимального управления состоянием потенциала угольных шахт в
иерархической структуре принятия решений для различных ситуаций
переходного периода;
- развить методическую базу моделирующих алгоритмов и аппаратно-
программной среды для планирования компьютерного эксперимента и
оптимизации подсистем угольных шахт;
- осуществить синтез математического обеспечения задач программно-
целевого управления потенциалом угольных шахт на основе разработки и
исследования ЭММ;
разработать методику автоматизированного прогноза оценок эффективности состояния потенциала угольных шахт для обеспечения надежности принятия решений при планировании и организации
производства с использованием средств вычислительной техники и математических методов оптимизации.
Реализация работы. Алгоритмы распределенная база данных и экономико-математические модели, как аппаратно-программная
среда математического обеспечения реализованы на ЭВМ , переданы в корпорацию "Кузбассинвестуголь". Методика автоматизированного прогноза оценок эффективности , компьютерный эксперимент и расчеты использованы в обосновании надежности бизнес-плана организации производства в ОАО"Ленинскуголь". Компоненты программного комплекса и моделирующие алгоритмы используются в учебном процессе кафедры маркетинга КемГУ.
Апробация работы. Результаты исследований и основные положения работы обсуждались на Международной научно-практической конференции "Проблемы реформирования региональной экономики" (сентябрь ,1994,Кемерово), международной научно-практической конференции" Регион: управление и информатизация"(сентябрь,1995 г., Кемерово); семинарах и конференциях ГИС - Ассоциации (Москва, 1996, (997 г.г.), научном семинаре SIMT (май ,1997, г. Тайань, КНР); международной научно-практической конференции "Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири" (ноябрь, 1997г., Кемерово),научных семинарах КемГУ, КузГТУ, ИУУ СО РАН, научно-технических совещаниях НТЦ "Кузбассуглетехнология", корпорации "Кузбассинвестуголь", ОАО "Ленинскуголь".
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, включая монографию (14,5 п.л.).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 163 страницах машинописного текста набранного на компьютере, включает 22 рисунка и 32 таблицы. Список литературы включает 147 наименований.
