книги из ГПНТБ / Казаков А.П. Технология и организация перегрузочных работ учебник

По наименьшим коэффициентам эквивалентности распределяем ресурсы, записывая их в левой стороне каждой клетки. Внизу в скобках проставляем ко­ личество обрабатываемых этим ресурсом судов. Заполняем вначале клетку 3—4, где /С3 4 = 60 имеет наименьшее значение. Затем в порядке постепенного уве­ личения Kij заполняем другие клетки.

Полученный план может рассматриваться или как окончательный прибли­ женно-оптимальный или как исходный для последующего улучшения.

Оптимальная загрузка судна. В § 7 рассматривалась задача об оптимальной загрузке судна при наличии на причале двух видов гру­ за с различными погрузочными объемами. При наличии большего чис­ ла грузов с различными погрузочными объемами задача оптимальной загрузки судна решается методом линейного программирования.

Gt — количество грузов i-го признака, т;

— удельный погрузочный объем i-ro груза, м3/т; Qj — грузоподъемность /-го трюма, т;

Vj — вместимость /-го трюма, м3;

х1} — количество' груза i-ro вида, которое необходимо погрузить в /-й трюм.

Количественный набор грузов xtj, при котором обеспечивается мак­ симальная загрузка всех трюмов судна;

Для численного решения задачи можно воспользоваться симплек­ сным методом.

311

§58. Выбор оптимального сочетания транспортных

иперегрузочных средств методом динамического

программирования

Большое число производственных процессов требует поэтапного (многошагового) выполнения. Например, транспортный процесс мож­ но разбить на: погрузку груза в судно в порту отправления, транспор­ тировку его и выгрузку в порту назначения. Поэтапно производится замена в порту эксплуатируемого оборудования, использование капи­ таловложений и т. п.

Метод динамического программирования позволяет свести общую задачу к ряду более простых экстремальных задач. Он дает возможность на каждом этапе заблаговременно отбрасывать бесперспективные ва­ рианты и намечать такие решения, при которых обеспечивается опти­ мальное выполнение всего процесса в целом. Благодаря этому методу значительно сокращается объем вычислительных работ по сравнению с расчетами всех логически возможных вариантов.

Для иллюстрации метода динамического программирования рас­ смотрим задачу обоснования оптимального сочетания технических средств для перегрузки и транспортировки груза из пункта А в пункт Д. Ради краткости всю совокупность работ, обеспечивающих доставку груза из пункта А в пункт В, будем называть ЛД-работой.

Пусть в результате предварительного анализа ЛД-работа расчле­ нена на N этапов, каждому из которых в порядке очередности выпол­ нения присвоен номер i = 1, 2, 3, ..., N. В общем случае работа на t'-м этапе (t-я работа) может быть выполнена несколькими способами, количество которых определяется номенклатурой технологии и техни­ ческих средств, предназначенных для выполнения работ такого типа.

Процесс перемещения груза из пункта Л в пункт В формально мож­ но рассматривать как управляемую динамическую систему.

словами, выбрать различные способы осуществления работы. Если сформулировать количественный критерий оценки эффективности транспортного процесса, то этот критерий, как правило, выразит един­ ственный наиболее эффективный вариант выполнения всей работы по доставке груза из пункта Л в пункт Д. Задача сводится к тому, чтобы отыскать этот вариант.

Наиболее часто при выборе оптимального варианта в качестве кри­ терия принимается показатель минимальных удельных приведенных затрат. Обычно приведенные затраты сг при выполнении t-й работы не зависят от работы на i— 1 этапе, а зависят от способа выполнения (управления) цг и от начальных условий yt—1, отражающих состояние транспортного процесса к моменту начала t-ro этапа, или, что то же самое, к моменту окончания предыдущего этапа. Формально эта зави­ симость имеет вид ct — с; (t/,_ь щ). Тогда величина приведенных

312

Требуется выбрать начальное состояние г/0 и способы выполнения работ (управления) ии м2, .... uNтаким образом, чтобы целевая функция

Чтобы решить задачу динамического программирования, сформу­ лируем принцип оптимальности [19, 38]: оптимальное управление обла­ дает тем свойством, что, каково бы ни было начальное состояние и на­ чальное управление, последующее управление должно быть оптималь­ ным по отношению к состоянию, получающемуся в результате дей­ ствия начального управления.

Придадим этому принципу математическую форму применительно к нашей задаче.

Если обозначить величину минимально необходимых приведен­ ных затрат на выполнение первых i— 1 этапов Л5-работы через Сг= 1( то минимальные приведенные затраты на выполнение первых этапов

Задача динамического программирования сводится к решению этой рекуррентной системы уравнений. Рассмотрим сначала последова­ тельность этапов от начала к концу. При i = 1 естественно считать, что С(_ 1 = С = 0, поскольку при отсутствии способов выполнения работы затрат нет. Одновременно с этим у0 отражает возможность ис­ пользования имеющихся технических средств погрузки в пункте А.

Таким образом, Сг = min сх (у0, их) и зависит от начального состоя­ ния уо,

при i = 2 имеем

С2 = min lct {у0, %) + с2 (у1 иг)];

«I, М2

Величина Ct определяет условно-минимальные затраты и условно­ оптимальное решение у0 и иъ «2, ...,цг для каждого фиксированного у0 на i-этапном процессе.

Следовательно, рекуррентное соотношение (209) дает практический способ определения оптимального решения. Подставляя в это уравне­ ние для каждого этапа значения ct (г/,-ь ut) и складывая с величиной Ct_ 1, вычисленной на предыдущем этапе, получим совокупность условно-оптимальных решений для данного этапа. Таким образом, для каждого фиксированного начального состояния по формуле (209) получаем последовательно (для г = 1, 2, ..., N) значения Сь С2, ..., С аг. Величина CN определяет условно-оптимальные затраты для АВ-ра-

313

боты. Для получения абсолютно-оптимального решения задачи, остает­ ся простым сравнением отобрать наименьшее среди всех СЛ- (у0):

: Сопт =min CN(y0) = CN(yl).

Vo

Чтобы получить конкретную структуру оптимального варианта Л 5-работы, необходимо рассмотреть все этапы в обратной последова­ тельности. Это позволит из всех условно-оптимальных решений за­ дачи выбрать оптимальное решение у*, и*, ы|, ..., aft, которое опре­ деляет конкурентную структуру оптимального варианта Лб-работы.

Описанная процедура легко программируется для ЭВМ. Однако в ряде случаев решение может быть относительно быстро найдено в ма­ тричном или сетевом изображении без применения ЭВМ.

Ниже приводится решение одной и той же задачи обоими способами. Условия задачи приведены в табл. 26, в которой даны удельные приведенные затраты по портам и флоту (в руб./т) при различных ва­ риантах использования технических средств.

Решение рассматриваемой задачи можно начинать с отыскания условно­ оптимальных решений на первом этапе и заканчивать на последнем (или наобо­ рот). Затем в обратной последовательности находят оптимальные управления, при которых обеспечивается оптимизация всего процесса в целом.

Вычисления приводятся в следующем порядке (табл. 27):

3 1 4

1.Выбирают условно-оптимальные приведенные затраты по погрузке в ка­ ждый тип судна на I этапе (1,1; 1,0; 0,8).

2.С учетом достигнутой оптимизации на I этапе подсчитывают суммарные за­ траты по погрузке и перевозке и выбирают условно-оптимальные варианты со­ четания типа судна и типа механизации (5,1; 7,0; 7,8).

3.С учетом оптимизации на I и II этапах подсчитывают суммарные приведен­

ные затраты на всех трех этапах и выбирают условно-оптимальные варианты со­

четания каждого судна и механизации в пунктах погрузки и выгрузки (6,7; 9,3; 8,7).

4. Из всех условно-оптимальных решений выбираем абсолютно-оптимальное, обеспечивающее наименьшие приведенные затраты (6, 7).

нием какой-либо операции на данном этапе. Технические средства (способ выпол­ нения работы) обозначают кружками, в которые заносят их названия (признак) и условно-оптимальные суммарные приведенные расходы за данный и предыдущие этапы. Начнем решение с последнего (третьего) этапы. После выбора условно­ оптимальных решений на этом этапе определяют условно-оптимальные суммарные приведенные расходы за данный и предыдущие этапы. После выбора условноюптимальных вариантов на каждом этапе выбирают абсолютно-оптимальный вариант (6, 7). Далее в обратной последовательности находят на каждом этапе техниче­ ские средства, обеспечивающие оптимальное решение (на рис. 157 оно обозна­ чено сплошными линиями).

В данном случае мы рассматривали все процессы детерминирован­ ными, а все решения однозначными. Однако в действительности мно­ гие процессы имеют вероятностный (стохастический) характер. В этом случае отыскание оптимального решения представляет более сложную

315

задачу, так как необходимо найти математическое ожидание опти­ мизации процесса с использованием методов теории вероят­

ностей.

При динамическом программировании обязательна аддитивность критерия (общий критерий должен быть равен сумме критериев по этапам), что сужает возможности его применения.

Г л а в а XV

ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПОГРУЗОЧНОРАЗГРУЗОЧНЫМИ РАБОТАМИ В ПОРТУ

§59. Основные принципы и задачи управления

ВДирективах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. большое внимание уде­ лено необходимости дальнейшего совершенствования управления и планирования на базе «широкого применения экономико-математиче­ ских методов, использования электронно-вычислительной и органи­ зационной техники и средств связи». Предусматривается развернуть работу по созданию и внедрению автоматизированных систем плани­

рования и управления и улучшить систему подготовки кадров для этих областей деятельности.

Управление производством-—это непрерывный целенаправленный социально-экономический и организационно-технический процесс, осуществляемый людьми при помощи совокупности различных методов и средств в целях достижения оптимальных экономических показа­ телей. В функции управления входят планирование, контроль за хо­ дом производства и его регулирование, обеспечение ритмичности производственного процесса и согласованности в работе отдельных звеньев.

Для управления производством необходимо постоянно или перио­ дически получать определенную информацию о ходе производства, что достигается контролем производственных процессов (данные о продук­ ции, состоянии оборудования и рабочей силы и др.).

На основании контроля, сигнализации и учета производства (сбо­ ра и переработки информации) вырабатываются управляющие воздей­ ствия на производственные процессы.

Управление может успешно осуществляться только при хорошей организации производства, которая определяет рациональную струк­ туру предприятия, взаимосвязь и соподчиненность его подразделений,, специализацию их функций и права.

Основные принципы, которые положены в основу теории и практи­ ки управления производством, разработаны В. И. Лениным. К ним

316

можно отнести: требование политического подхода к решению экономи­ ческих и хозяйственных задач, плановость и научную обоснованность

риальной заинтересованности и моральных стимулов трудящихся в производстве, строжайший учет и контроль производства и распреде­ ления.

Методы управления производством меняются вместе с развитием производства и техники. Особенно ускорились темпы технического перевооружения всех отраслей народного хозяйства в последние годы. Для того чтобы уровень развития средств производства соответствовал уровню управления, потребовалась разработка и применение эффек­ тивных методов управления производством. Использование разнооб­ разных высокопроизводительных машин, ускорение технологических процессов и усложнение производства привели к значительному росту объема информации, который необходимо переработать для исполь­ зования в управлении.

Однако возможности человека по приему и переработке информации ограничены. Это приводит к значительной перегрузке информацией работников управления и не дает им возможности своевременно выра­ ботать и довести до исполнителей оптимальные решения.

Задача по совершенствованию управления производством может быть решена только на базе применения новейших технических средств управления и математических методов.

Наука об общих основах управления носит название кибернетики. По определению акад. Колмогорова, кибернетика представляет собой науку о способах восприятия, хранения, переработки и использо­ вания информации в машинах, живых организмах и их объеди­ нениях.

Академик А. Берг определяет управление как целенаправленный «процесс перевода сложной динамической системы из одного состоя­ ния в другое путем воздействия на ее переменные». «Под термином «система» понимается организованное множество структурных эле­ ментов, взаимосвязанных и выполняющих определенные функции. Если структурные элементы меняют свое состояние, то мы говорим, что в системе происходит процесс» [10].

Таким образом, система ■— это не простой суммарный набор элемен­ тов, а целостное образование, обладающее определенной структурой, внутренней организацией своих компонентов, между которыми суще­

317

Система (предприятие, организация) представляет собой целостную группу элементов (машины, люди и т. д.), связанных между собой с по­ мощью материальных и информационных связей и выполняющих общую задачу (цель) или задачи (подцели).

Кибернетика включает теорию управляющих систем, изучающую общие принципы построения управляющих систем, теорию математи­ ческого программирования (методов управления) и теорию инфор­ мации.

Наряду с общей кибернетикой получили развитие ее прикладные направления — техническая, экономическая, биологическая киберне­ тики и т. д. Разделом экономической кибернетики является транспорт­ но-экономическая кибернетика. Ее основные задачи на речном транс­ порте следующие:

изучение существующей системы управления речным транспортом и разработка оптимальной структуры управления в целом по отрасли, в пароходствах, портах, бассейновых управлениях пути и на промыш­ ленных предприятиях;

определение оптимальных по размерам и структуре подсистем управления и установление критериев эффективности их управления и системы в целом;

разработка научных методов оптимизированного управления реч­ ным транспортом и его подразделениями и звеньями;

создание автоматизированной системы управления (АСУ) для реч­ ного транспорта в целом и основных его звеньев.

Текущее руководство, систематический контроль и учет выполнения производственных заданий различными участками и оперативное ре­ гулирование ходом производственного процесса обычно называют оперативным или диспетчерским руководством (управлением).

Оперативное управление включает в себя и оперативное планирова­ ние, которое определяет объем и виды продукции на планируемый период, а также время или последовательность выполнения работ. Оперативное управление устанавливает параметры процесса, необходи­ мые для обеспечения выполнения плановых заданий с наименьшей за­ тратой труда и средств. Оно увязывает работу отдельных участков и подразделений на основе контроля и учета производства, оперативно воздействует на производственные процессы.

Следует иметь в виду, что, кроме контролируемых и регулируемых параметров, на протекание процесса могут влиять и неконтролируемые (случайные) «возмущения». Основная задача оперативного управления состоит в том, чтобы свести к минимуму случайные воздействия и не допускать отклонений производственного процесса от плановых параметров, т. е. осуществлять оперативное регулирование про­ цессом.

Важнейшая задача оперативного управления — определение тех­ нико-экономических показателей, прогнозирование ситуации (опере­ жающий анализ) для заблаговременного выявления своевременного устранения намечающихся отклонений от плана-графика и «узких мест» в производстве, ликвидация возникающих диспропорций в произво­ дительности отдельных участков и подразделений, своевременное при-

3 1 8

нятие мер по предупреждению и быстрой ликвидации аварий обору­ дования (организация быстрого ремонта, оперативное перераспреде­ ление оборудования, введение резервного оборудования и т. п.), обес­ печение снабжения участков сырьем, энергией, полуфабрикатами, транспортными средствами и т. д.

Сложность управления определяется объемом и сложностью об­ работки необходимой информации, а качество управления зависит от своевременности и правильности решений, принимаемых управляю­ щим органом, и их реализации.

§ 60. Применение исследования операций при эксплуатации портов

Руководство порта должно обеспечить координацию работы отдель­ ных подразделений для успешного выполнения обшей задачи при минимальных затратах средств. Интересы отдельных подразделений при этом могут не совпадать и даже быть противоречивыми. Напри­ мер, для ускорения обработки судов часто требуется значительное число рабочих и перегрузочных средств. Однако большой резерв ра­ бочих и техники приводит на определенных этапах к их простою, что связано с дополнительными расходами или необходимостью изыски­ вать возможности для загрузки этого оборудования и рабочей силы в период отсутствия судов.

Современный крупный порт имеет в своем составе ряд производ­ ственных участков, подразделений и служб и может рассматриваться как организованная «человеко-машинная» система, управление кото­ рой представляет весьма сложную задачу. Для анализа функциониро­ вания, совершенствования и оптимизации работы таких систем находит применение теория исследования операций. Она изучает методы обо­ снования принимаемых решений и вооружает руководителей научной основой при решении задач по организации оптимального взаимодей­ ствия различных подразделений системы. Совокупность приемов и методов для изучения обобщенных динамических систем (взаимо­ связанных объектов и процессов, изменяющихся во времени) в оте­ чественной литературе получила название системного анализа [19].

Исследование операций можно рассматривать как одно из приклад­ ных направлений кибернетики. Оно базируется на системном подходе к решению задач, привлечении к их решению научно-исследователь­ ских коллективов из различных областей знаний и на применении специального научного операционного метода.

Системный подход означает, что любое предприятие или организа­ цию следует рассматривать как систему взаимосвязанных отдельных подразделений (частей), каждое из которых выполняет свои задачи, и в то же время деятельность всех их подчиняется общей цели. Поэтому деятельность любого подразделения неизбежно оказывает в той или иной мере влияние на деятельность каждого подразделения и орга­ низации в целом.

319