ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Проблеме совершенствования принятия организационно — технологических и управленческих решений посвящено достаточно большое количество исследований. Успешное решение проблем в данной области связано с трудами ученых: А.А. Афанасьева, В.А. Афанасьева, B.C. Балицкого, С.А. Болотина, М.С. Будникова, С.Н. Булгакова, В.Н. Буркова, Н.В Варламова, В.И. Воропаева, И.Г. Галкина, Л.Г. Голуба, А.А. Гусако-ва, Л.Б. Зеленцова, Н.И. Ильина, В.А. Ирикова, Ю.А. Куликова, Ю.Б., Д.А. Новикова, Монфреда, П.П. Олейника, Б.В. Прыкина, В.И. Рыбальского, В.И. Теличенко, В.И. Торкатюка, В.Н. Тренева, С.А. Ушацкого, В.Д. Шапиро, А.К. Шрейбера, Т.Н. Цая, А.Д. Цвиркуна и других. На основе представления процесса строительства как сложной стохастической динамической системы были построены модели оценки организационно - технологической надежности строительного производства.
Традиционно считается, что основной задачей при подготовке строительства объекта является построение календарного плана производства работ на объекте. Построение календарных планов осуществляется на основе организационно - технологической модели (ОТМ) процессов реализации строительного проекта. Основной задачей при этом является составление расписания работ. Различные организационно - технологические документы, предусмотренные СНиП, отличаются только степенью деталировки составляемого расписания.
Современная практика организационно - технологического проектирования показывает, что на всех стадиях разработки не учитываются возможности и состояние конкретной строительной организации, что и является основной предпосылкой низкой надежности разрабатываемой организационно - технологической документации. Например, осуществляя расчет продолжительности выполнения работы, как правило, исходят из списочной численности рабочих данной профессии на конкретном предприятии, но фактическая численность может достаточно существенно отличаться от списочной, что и сказывается на качестве разрабатываемой документации.
Но в последнее время, в связи с изменением экономической ситуации и ослаблением административного воздействия при решении экономических вопросов, на одно из основных мест выдвигается решение вопросов, связан-
7
ных с экономическим обоснованием необходимости строительства конкретного объекта и его увязки с комплексной программой развития региона.
Таким образом, к традиционным задачам организационно - технологического проектирования прибавляются задачи, которые ранее не стояли перед строительной организацией: при формировании производственной программы уже на предпроектной стадии необходимо определить основные организационно — технологические решения, позволяющие получить величину договорной цены реализуемого проекта. К тому же в большинстве случаев, в настоящее время, распределение подрядов на строительные работы осуществляется путем тендерных торгов. В связи с этим обстоятельством перед строительной фирмой встает вопрос о целесообразности участия в таких торгах, о возможности реализации выставляемого на торги подряда с заданными параметрами. Это предполагает решение ряда задач организационно - технологического проектирования, позволяющего оценить предполагаемые состояния производственной системы в будущие периоды времени и т. п. Следовательно, возникает необходимость разработки моделей, описывающих состояние производственной системы. С другой стороны, необходимо отметить, что достаточно важной является задача построения комплексной оценки организационно — технологических решений, с целью обеспечения вариантности проектирования, на что нацеливает СНиП.
Таким образом, актуальность темы диссертационной работы определяется необходимостью разработки моделей и механизмов организационно — технологического проектирования вытекающих из современных тенденций развития строительного производства.
Основные исследования, получившие отражение в диссертации, выполнялись по планам научно-исследовательских работ:
- МНТП «Архитектура и строительство» 1997-98 г.г. - №5.030.3; 1999-2001 г.г.-№5.15;
- федеральная комплексная программа «Исследование и разработки по приоритетным направлениям науки и техники гражданского назначения»;
- грант РФФИ «Гуманитарные науки» «Разработка оптимизационных моделей управления распределением инвестиций на предприятии по видам деятельности» № Г00-3.3-306.
Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка моделей и механизмов организационно — технологического проектирования
8
осуществляющих подготовку строительных организаций к реализации производственной программы.
Достижение цели работы потребовало решения следующих основных задач:
1. выполнить разработку инструментария определения уровня надежности функционирования производственной системы путем определения множества возможных состояний, в котором может находиться предприятие, нахождения вероятности каждого из них и определения устойчивость этих состояний при стационарных и нестационарных условиях;
2. развить научные основы решения комплекса проблем, обеспечивающих определение продолжительности выполнения работы, выполняемой данным производственным коллективом с учетом вероятности состояния в котором он будет находиться;
3. осуществить разработку системотехнических, экономике - математических и методологических принципов моделирования и проектирования схем организационной структуры строительного предприятия, позволяющей выполнить возможный объем работ;
4. разработать алгоритм имитационного моделирования деловой и производственной активности строительного предприятия при различных законах распределения вероятностных параметров моделей;
5. осуществить имитационное моделирование различных механизмов распределения ресурсов (в том числе с учетом того, что ресурсы могут поступать из различных источников ресурсов, так называемые механизмы смешанного финансирования и кредитования) и определить пороговые значения функции штрафа за представление недостоверной информации, когда сознательное искажение информации становится невыгодным;
6. разработать модели и механизмы, конкретизирующие процесс обеспечения производственной программы строительного предприятия материально - техническими ресурсами, данные о которых представлены в проекте организации работ (ПОР);
7. разработать принципы, методологические положения и организационно - технологические решения, обеспечивающие определение множества согласованных планов, выгодных как структурному подразделению, так и всему предприятию в целом для всего периода планирования, на основе динамической производственной системы при различных условиях связи меж-
9
ду плановыми периодами: с несвязанными периодами функционирования, со связанными затратами и связанными ограничениями;
8. развить теорию сравнительного анализа организационно - технологических решений возведения объекта на основе применения полидимен-сиональных (имеющих различную размерность) количественных и качественных показателей при нечеткой информации, когда даже для параметров, задаваемых количественно нельзя указать значения, отделяющие «хороший» вариант от «плохого»;
9. разработать постановки, модели и методы решения характерных задач организационно — технологического проектирования строительного производства с целью повышения обоснованности принимаемых решений, иллюстрации предлагаемых методов и одновременно имеющих самостоятельное значение для теории и практики организационно - технологического проектирования.
Методы исследования. В работы использованы методы теории активных систем, моделирования организационных систем управления, системного анализа, имитационного моделирования, линейного и нелинейного программирования, динамического программирования, теории массового обслуживания, теории игр.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
1. методология исследования поведения производственной системы при стационарных и нестационарных условиях, характерная тем, что используется дискретный набор состояний, интенсивность перехода между которыми определяется по данным стандартной статистической отчетности предприятия, может иметь сезонные колебания во времени и позволяет прогнозировать состояние производственной системы в последующие моменты времени;
2. модель определения продолжительности выполнения работы при проектировании календарного плана с учетом стохастического состояния производственной системы, отличающаяся тем, что продолжительность рассматривалась как параметр состояния простейшей стохастической производственной системы, определенной на дискретном множестве возможных состояний, что дает возможность учесть особенности конкретного строитель-
10
ного предприятия и повысить надежность разрабатываемой проектной документации;
3. принципы проектирования схем организационной структуры строительного предприятия, представляющей функционирование строительного предприятия в виде непрерывной последовательности действий по выполнению работ, имеющих случайны объем и, поступающих в случайные моменты времени, дающая возможность прогнозировать загруженность различных структурных подразделений предприятия и конкретизировать сроки начала и окончания работ на объектах;
4. методология имитационного моделирования деловой и производственной активности строительного предприятия, характерная, тем, что законы распределения потока требований и времени обслуживания могут быть произвольными, что позволяет осуществить синтез оптимальных организационных структур наиболее общем случае;
5. алгоритм имитационного моделирования механизмов распределения ресурсов с учетом активности участников процедуры распределения, характерными особенностями которых являются: на каждом шаге распределение ведется пропорционально оставшемуся количеству ресурса; распределяться могут ресурсы из различных источников (механизмы смешанного финансирования и кредитования), позволяющий определить равновесные стратегии участников процесса распределения ресурсов при различных механизмах распределения, использовать систему сильных штрафов, когда сознательное искажение информации становится невыгодным и установить, что манипулирование информацией со стороны претендентов в механизме смешанного финансирования приводит к расширению числа участников проекта, и, как следствие этого, к увеличению финансирования проекта, повышению его эффективности, но снижению совокупного дохода фирм - участниц;
6. механизм определения согласованных цен на материалы, отличительной особенностью, которой является возможность учета поведения контрагентов (поставщика и других потребителей) и дающая возможность определить условия включения в корпоративную систему снабжения;
7. схема оптимального распределения заказов на поставку материалов, определения сроков и объемов закупок, отличающаяся тем, что позволяет учесть размер оптовых скидок и соизмерить его с затратами на хранение, что дает возможность сформировать оптимальный план закупок;
11
8. модель определения согласованных производственных планов на базе динамической активной системы с различными режимами функционирования, характеризующаяся возможностью учета интересов структурного подразделения в долгосрочной перспективе, позволяющая формировать множество согласованных планов, доводимых до структурного подразделения на весь плановый период и выгодных как корпоративному центру, так и производственной единицы;
9. основы теории сравнительного анализа организационно — технологических решений возведения объекта на основе применения полидимен-сиональных (имеющих различную размерность) показаетелй, отличительной особенностью которой является отсутствие четко выраженных критериев отбора «хорошего» варианта, дающая возможность получать оценки проектных решений при нечеткой информации о критериях;
Ю.модель формирования организационно - технологических решений с помощью позиционных игр, характеризующаяся возможностью учета активности контрагентов, что позволяет определить множество рациональных стратегий поведения в процессе принятия вариантов проектных решений, определении номенклатурной политики и стратегии взаимоотношений со структурными подразделениями.
Достоверность научных результатов. Научные положения, теоретические выводы и практические рекомендации, включенные в диссертацию, обоснованы математическими доказательствами. Они подтверждены расчетами на ЭВМ, производственными и имитационными экспериментами; многократной их проверкой при создании пакетов прикладных программ по имитационному моделированию и внедрении в практику управления строительных предприятий.
Практическая значимость результатов исследований. На основании выполненных автором исследований решена крупная научная проблема совершенствования организационно - технологического проектирования на основе учета динамики изменения состояния изучаемой производственной системы во времени и построения комплексных оценок, принимаемых организационно - технологических решений в том случае, когда часть показателей имеет качественную нечеткую природу.
Разработанные модели и механизмы реализованы, внедрены и используются в практике взаимодействия структурных подразделений в ОАО «Во-
12
ронежагропромстрой», ЗАО ПКФ «Воронежский керамический завод», ООО «Агрокс - 2», ЗАО «Воронеж - Дом», ОАО «Туластрой».
Основы теории (модели, алгоритмы и механизмы), включены в состав учебных курсов и дисциплин: «Организационно-технологическое проектирование», «Информационные технологии в строительстве», «Организация производства на предприятии», «Управление проектами», «Организация строительного производства», «Основы научных исследований по технологии и организации строительного производства», читаемых в Воронежском государственном архитектурно-строительном университете.
На защиту выносятся:
• модель поведения производственной системы при стационарных и нестационарных условиях;
• модель определения продолжительность работы с учетом стохастического состояния производственной системы;
• синтез оптимальных организационных структур на основе модели проектирования организационной структуры строительного предприятия при различных законах распределения потока требований и времени обслуживания;
• имитационное моделирование R - механизмов распределения при выполнении совместного проекта и процесса конкурсного распределения корпоративного заказа на основе механизма смешанного финансирования и кредитования;
• модель определения согласованных цен на материалы;
• модель оптимального распределения заказов на поставку материалов и определения сроков и объемов закупок;
• модель определения согласованных производственных планов на базе динамической активной системы с различными режимами функционирования;
• модель оценки организационно - технологических решений при нечеткой информации;
• модель формирования организационно - управленческих решений с помощью позиционных игр.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации, ее основные положения и результаты доложены и обсуждены на международных и рее-
13
публиканских конференциях, симпозиумах и научных совещаниях в 1991-2003 гг.: 48-58 научно-технические конференции ВГАСУ (г. Воронеж - 1994 - 2004 гг.); «Ресурсосберегающие технологии" (Белгород - 1991 г.); «Реконструкция Санкт - Петербург 2005» (Санкт - Петербург - 1994 г.); «Организация управления деятельностью строительных предприятий в условиях рыночных отношений» (Новосибирск -1997 г.); «Современные сложные системы управления» (г. Липецк - 2002 г., г. Старый Оскол - 2002 г., г. Воронеж — 2003 г.), «Теория активных систем» (г. Москва - 2003 г.).
По теме диссертации опубликовано 45 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Она содержит 324 страницы основного текста, 132 рисунка, 72 таблицы и приложения. Библиография включает 223 наименования.
В первой главе приводится характеристика современных строительных предприятий. Отмечается, что большинство российских предприятий находится в жесточайшем кризисе. Причем руководство большинства таких предприятий считает, что причины неудовлетворительного положения дел находятся вне рамок конкретного предприятия и занимают позицию «внутренней жертвы».
Хотя если проанализировать проблемы российских предприятий, то можно установить, что они являются общими и, самое главное, находятся в сфере стандартных мероприятий эффективного менеджмента, позволяющего переломить негативную ситуацию, сложившеюся на фирме. Поэтому, в большинстве случаев, кризисное положение большинства компаний в настоящее время можно объяснить отсутствием у руководства этих предприятий понимания имеющихся внутренних проблем организации и необходимого комплекса знаний, позволяющего разрешить хотя бы часть этих проблем.
В подавляющем большинстве работ, посвященном вопросам организационно - технологического проектирования основное усилие сделано на то, чтобы разработать комплекс мероприятий, позволяющих свести процесс строительного производства к некому аналогу конвейерного производства. В работах А.А. Русакова и его учеников рассматривалась оценка организационно - технологической надежности на основе анализа производимой продукции и технологии. В данной связке не учитывались особенности предпри-
14
ятия, производящего продукцию. Такое допущение в условиях плановой системы и мощного административного воздействия было вполне оправданным, так как унификация распространялась не только на материалы и конструктивные элементы, но и на организационные структуры: существующие строительные организации во многом имели сходную и техническую и кадровую оснащенность.
Но в настоящее время существующие строительные организации имеют не только различную техническую оснащенность и штатную численность, но и принципиально различную организационную структуру. Наиболее современные организационные системы используют проектный принцип управления, что предполагает организацию производства по типу бизнес -единиц. Естественно, что фирма заинтересована в повышении эффективности своих бизнес - единиц. Достигается это путем повышения активности бизнес — единиц, то есть расширением хозяйственной самостоятельности вплоть до представления статуса юридического лица. С получением такого статуса, взаимоотношения центра и бизнес - единицы переходят уже на качественно иной уровень, исключающий административное воздействие со стороны центра и требующий применения чисто экономических механизмов взаимодействия. Это приводит к образованию корпоративных структур, в которых практически полностью исключается административное воздействие со стороны центра на управляемый объект.
В связи с этим обстоятельством начинает изменяться и представление о месте организационно — технологического проектирования в общей системе управления предприятием. Теперь для успешного выполнения задач организационно — технологического проектирования необходимо анализировать уже триаду: «продукция — технология — предприятие». Это приводит к тому, что появляются новые задачи, которые ранее в составе организационно — технологического проектирования не рассматривались.
Во второй главе рассматривается кибернетическая модель предприятия, которая является достаточно универсальной, допускающей декомпозицию и способной отразить функционирование как производственной микросистемы, состоящей из рабочего и технического устройства, которым он управляет, так и огромной корпорации, состоящей из нескольких производственных предприятий.
15
Зафиксировать состояние производственной системы возможно, определив набор параметров, характеризующих эту систему. На основе введенного набора параметров строится система обыкновенных дифференциальных уравнений Колмогорова, которой и будет описываться состояние исследуемой производственной системы.
Процесс протекающий в производственной системе длится непрерывно и достаточно долго, так как намерений о прекращении деятельности у фирмы отсутствуют, следовательно, для потенциальных инвесторов, тендерного комитета достаточно интересным будет не вероятность состояния производственной системы в фиксированный момент времени, а некоторое предельное состояние, к которому система будет стремиться в будущем, то есть интересным будет предельный случай, когда t -> оо, то есть требуется найти финальные вероятности состояний.
Строительную фирму можно представить как сложную систему массового обслуживания, состоящую из некоторого количества элементарных систем массового обслуживания, то есть в виде сети массового обслуживания. Каждая элементарная система массового обслуживания, включенная в сеть, состоит из накопителя, в котором поступившие заявки ожидают обслуживания и обслуживающих устройств (каналов). Источником заявок может служить как внешний поток, так и выходной поток от другой системы массового обслуживания, также включенной в сеть. Считаем, что время пребывания заявки в очереди не ограничено и дисциплина в очереди подчиняется принципу: первый пришел - первый обслуживается. Операционные характеристики: число заявок, среднее время пребывания заявки в сети массового обслуживания, среднее время ожидания обслуживания, будет складываться из операционных характеристик полученных для каждой системы массового обслуживания, включенной в сеть. Эти характеристики будут зависеть от маршрута продвижения заявки по сети: если заявка предусматривает прохождение всех этапов, то общее время пребывания такой заявки в сети будет складываться из соответствующих характеристик всех систем массового обслуживания, включенных в сеть. Задача была решена как для пуассоновского потока, так и для потоков, характеризующихся другим законами распределения: Эрланга, бета - распределение.
В третьей главе на основе анализа бизнес — процесса «формирование производственного плана», отмечается, что в деятельности по формированию
16
производственной программы предприятия участвуют следующие структурные подразделения: отдел маркетинга, сметно - договорной отдел (СДО), производственно - технический отдел (ПТО), отдел материально - технического снабжения (ОМТС) и бухгалтерия (в данный перечень не вошел отдел главного механика, так как его функциональные обязанности в большей степени лежат вне сферы данного бизнес - процесса).
Следовательно, деловая активность фирмы будет определяться из условий функционирования структурных подразделений, задействованных в процессе формирования производственной программы предприятия. В целях дальнейшего моделирования представим укрупненную схему взаимодействия указанных подразделений (отдел маркетинга, СДО, ПТО, ОМТС и бухгалтерия) в виде структуры линейного типа.
На вход системы рассматриваемого типа, подается поток заявок на выполнение строительно — монтажных работ с заданной интенсивностью. Естественно, что моменты времени, в которые происходит поступление заявок в производственную систему, являются случайными величинами, распределенными по некоторому закону.
С другой стороны, учитывая, что объемы поступающих заявок, как правило, различны и, следовательно, время обслуживания каждой заявки тоже будет различным. А так как объемы поступающих заявок являются случайными величинами, то и время обслуживания каждой заявки так же будет случайной величиной. <
Синтез оптимальных организационных структур при помощи динамического программирования был выполнен для случая, когда поток заявок, поступающих на вход производственной системы, являлся пуассоновским, то есть вероятность поступления заявок описывается по закону Пуассона, а время обслуживания каждой заявки — по экспоненциальному.
Для случая произвольных законов распределения был построен алгоритм решения задачи с определением операционных характеристик модели с помощью имитационного моделирования.
В четвертой главе рассматривается имитационное моделирование процесса распределения ресурсов с учетом активности участников процесса распределения. Пусть имеется несколько заинтересованных в реализации некоторого проекта контрагентов: это могут быть бизнес — единицы одного и того же предприятия или же различные предприятия, объединенные общно-
17
стью интересов, связанной с осуществлением рассматриваемого проекта. Имеющиеся финансовые средства в размере R необходимо распределить между участниками проекта таким образом, чтобы компенсировать их затраты на проект и выплатить доход от участия в проекте.
Проведено исследование поведения R - механизмов распределения. Данные имитационного моделирования процесса распределения ресурсов свидетельствуют о том, что R - механизмы прямых приоритетов с различными функциями приоритета приводит к завышению заявок до максимально возможных значений. Таким образом, равновесной ситуацией по Нэшу будет являться максимально возможное граничное значение параметра распределения. Следовательно, все участники проекта будут сообщать руководителю проекта заведомо искаженную информацию, соответствующую максимально возможным значениям. Построение механизмов, учитывающих возможность манипулирование информацией, осуществляется на основе процедуры имитационного моделирования.
В пятой главе рассмотрена разработка многовариантной стратегии обеспечения ресурсами производственной программы строительного предприятия на основе оптимального распределения заказов между различными поставщиками с целью получения максимальных оптовых скидок.
С другой стороны, если принимать во внимание только оптовые цены, то, очевидно, самое выгодное закупить сразу весь объем продукции, заказанный потребителями в рассматриваемом периоде времени и держать его на складе, неся дополнительные затраты на хранение. При этом возникает задача определения рационального объема закупаемой партии, обеспечивающий минимум суммарных потерь.
Поставленная задача решена с помощью модели, построенной на основе теории графов, а для стохастического спроса — методом динамического программирования.
В шестой главе рассматривая строительное предприятие как сложную динамическую систему, на поведение которой оказывают влияние многочисленные факторы, решена задача определения согласованных производственных планов при линейной функции дохода и функции затрат, изменяющейся по кубическому закону, для случая несвязанных периодов функционирования. Полученное решение определяет оптимальный объем производства для активного элемента для каждого планового периода в том случае если на ве- |
