9. Использование имитационного моделирования и деловых игр при анализе производственных ситуаций и принятии решений

ПРЕДПОСЫЛКИ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Принятие решений в сложных производственных и рыночных условиях связано со следующими организационными и методиче­скими трудностями.

Во-первых, это традиционный дефицит информации и времени для принятия решения.

Во-вторых, в реальном производстве большинство величин являются случайными с разными, а часто и неизвестными законами распределения, и взаимодействует, как правило, не две, а несколь­ко случайных величин. Поэтому чисто аналитические расчеты за­труднены или невозможны.

В-третьих, опасность и большая стоимость проведения натур­ных экспериментов на реальной системе с целью оценки вариантов решений, так как система работает в реальном масштабе времени и взаимодействует с многочисленными партнерами и клиентурой потребителями продукции и услуг.

В-четвертых, практическая невозможность обеспечения усло­вий сопоставимости при натурном эксперименте, так как он предпо­лагает сравнение двух или нескольких вариантов решений. При сравнении вариантов решений на двух или нескольких предприяти­ях невозможно обеспечить их равные условия, так как абсолютно сопоставимые аналоги (другие АТП, СТО и т.д.) отсутствуют. По­следовательное сравнение нескольких решений на одном произ­водстве также затруднено из-за неминуемого изменения во времени других факторов, влияющих на показатели эффективности, напри­мер, спрос на услуги, цены, условиях эксплуатации.

В этих условиях при принятии решений можно применять мето­ды исследования и оценки систем на моделях.

Модель - это упрощенная форма представления реальных производственных или рыночных процессов и взаимосвязей в системе, позволяющая изучить, оценить и прогнозировать влияние внешних факторов и составляющих элементов (под­систем) на поведение системы в целом, т.е. изменение целе­вых показателей.

Модели могут быть физическими, математическими, логиче­скими, имитационными и др.

При решении технологических и организационных задач, когда действует много факторов, в том числе и случайных, информация не полная, распространение получил метод имитационного моде­лирования.

Имитировать - значит вообразить, постичь суть явления, не прибегая к физическим экспериментам на реальном объекте.

Имитационное моделирование - это процесс конструирования модели реальной системы и постановка эксперимента на этой мо­дели с целью:

• понимания механизма функционирования системы и взаи­модействия подсистем;

• выяснения характера реакции системы на изменение внеш­них факторов;

• сравнительной оценки различных стратегий функционирования системы;

• оценки показателей эффективности системы (целевых показателей).

Имитационное моделирование может производиться: вручную и на ПЭВМ.

Процесс имитации включает следующие основные этапы:

1. Описание системы, т.е. установление внутренних взаимосвязей, границ, ограничений и показателей эффективности системы, подлежащей изучению.

2. Конструирование модели - переход от реальной системы к определенной логической схеме, отображающей процессы, проис­ходящие в системе,

3. Подготовка и отбор данных, необходимых для построения и работы модели.

4. Трансляция модели, включающая описание модели на языке, используемым ЭВМ.

5. Оценка адекватности, позволяющая судить о корректности выводов, полученных на модели, для реальной системы.

6. Планирование экспериментов; объемов, последовательно­сти.

7. Экспериментирование, заключающееся в реализации на мо­дели имитации реальных процессов и получение необходимых дан­ных.

8. Интерпретация - получение выводов по результатам моделирования.

9. Реализация - практическое использование модели и результатов моделирования при принятии решения для реальной систе­мы.

ПРИМЕНЕНИЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ РЕШЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И УПРАВЛЕНЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Рассмотрим пример использования имитационного моделиро­вания при определении оптимальной периодичности технического обслуживания, обеспечивающей заданную величину риска F_g в ус­ловиях вариации наработки на отказ (x_i) и фактической периодич­ность ТО (l_j).

1. Характеристика имитируемой системы и поставленной зада­чи.

• В процессе работы группы автомобилей возникают отказы конкретного узла, механизма автомобиля, наработка кото­рых x_i, случайна и подчиняется одному из законов распреде­ления; f(x); x_ср; v_x; σ_x.

• По данному узлу, механизму может выполняться предупредительное техническое обслуживание с установленной плановой периодичностью l₁.

• В реальных условиях периодичность ТО l_j главным образом из-за изменений среднесуточного пробега автомобилей так­ же имеет некоторую вариацию и характеризуется законом распределения f(l), l_ср = l₁, σ₁ и v₁.

2. Если периодичность определяется по допустимому уровню безотказности, то задача формулируется следующим образом.

Необходимо определить оптимальную периодичность ТО l₀, при которой:

• вероятность безотказной работы будет не ниже заданной, т.е. R>R_g;

• вероятность отказа (риск) - меньше допустимого, т.е. F< F_g.

Моделью процесса в данном примере является формула риска (вероятность отказа): (34)

где n₀ - число зафиксированных при моделировании случаев отказов при установленной периодичности ТО;

n - общее число случаев.

3. Суть имитационного моделирования в данном случае состоит

• во-первых, в предварительном выборе исходной периодич­ности ТО ;

• во-вторых, в многократном воспроизводстве двух случайных событий, называемых реализацией:

x_i - наработки на отказ;

l_i - фактической периодичностью ТО;

• в-третьих, в их сопоставлении и фиксации события:

• отказ при х_i<l_j;

• выполнение ТО при х_i≥l_j;

• в-четвертых, в определении фактической вероятности отка­за F_ф при заданной периодичности l₁;

• в-пятых, в сравнении фактической и заданной F_g вероятно­сти отказа. Если F_ф≤F_g, то выбранная периодичность принимается.

При F_ф>F_g моделирование повторяется при новой периодично­сти ТО

4. Последовательность построения модели и моделирования (на примере определения периодичности ТО);

1. Графическое или аналитическое представления схемы взаимодействия случайных величин x_i и l_j.

2. Формирование массивов данных случайных величин; Массив используемых при моделировании случайных величин обозначается [х] и [l]. Массивы представляется в виде:

• функции распределения случайной величины - f(x) и f(l);

• набора чисел (банк), характеризующих совокупность слу­чайных величин (таблицы, гистограммы, карточки).

3) Определение критериев отбора:

х_i>l_j - фиксируется выполнение ТО;

х_i<l_j -фиксируется отказ;

4) Назначается первый вариант периодичности ТО:

1. Реализация №1

x₁ и l₁

x₁ < l₁

отказ

наработка на отказ jnrfотказ

2. Реализация №2

x₂ и l₂

x₂ > l₂

ТО

периодичность

Рис. 22. Схема взаимодействия случайных величин при определении периодичности ТО

Число случайных величин х_i в банке

Например: Общее число случайных величин х₄ в массиве будет n*F₄. При n=100 и F₄=0,25, n*F₄=25.

Рис. 23. Схема формирования банка данных по закону распределения случайных величин

5. Назначаем уровень риска F_g

6. Построение модели имитационного моделирования

М ассив данных х_i Массив данных l_j

Рис. 24. Схема имитационной модели определения периодичности ТО

7. Изъятие из массивов в случайном порядке пары случайных ве­личин - реализация x_i и l_j;

8. Сравнение и классификация реализации на:

• приведших к отказам x_i < l_j;

• обеспечивающие ТО x_i > l_j.

9) Возврат случайных величин данной реализации в массивы.

10. Множественное повторение имитации - n раз.

11. Определение числа ТО - n_то и отказов – n_о.

12. Расчет по результатам имитационного моделирования фактической вероятности отказа (риска) при первом варианте периодичности ТО:

(35)

13) Сравнение фактического риска с назначенным:

F(l₁)≤F_g - принимается исходная периодичность ;

14) Если F(l₁)>F_g, необходимо выбрать новую периодичность и повторить позиции 5-13 процедуры моделирования до получения заданных условий, т.е. F(l₁)≤F_g.

ДЕЛОВЫЕ (ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ) ИГРЫ

Возможность оценивать варианты решений, изменять входные данные, при необходимости упрощать ситуации позволяет ис­пользовать имитационное моделирование при обучении персонала и оценке его квалификации.

Например:

• При исследовании производительности СМО (постов, участков) участником деловой игры может реализовываться оп­ределенная дисциплина очереди: пропускать в первую оче­редь требования на ремонт автомобилей, дающих наи­больший доход, или требования с малой продолжительно­стью обслуживания.

• В многоканальных системах возможно перераспределение требований или исполнителей по постам.

• С помощью комбинации ряда подобных моделей конструируют имитационные модели зоны, участка, цеха и предпри­ятия.

• Имитационные модели используются при проведении дело­вых игр.

Деловые (хозяйственные) игры - это метод имитации принятия и реализации управленческих решений в различных производст­венных ситуациях.

1. При этом обучающемуся создают ту или иную управленче­скую или производственную ситуацию, из которой необхо­димо найти рациональный выход, т.е. принять решение.

6. Критерием является степень приближения решения к оптимальному (которое известна организаторам деловых игр) и время принятия решения.

7. Деловые игры проводятся по определенным правилам, регламентирующим поведение участников, их взаимодействие, критерии эффективности.

8. В роли датчиков, имитирующих реальные производственные ситуации, выступают ПЭВМ (человеко-машинная сис­тема), наборы, карточек случайных событий или ситуации, создаваемые организаторами деловой игры.

9. В деловых играх участвуют специалисты, которые в создаваемых имитационной моделью «производственных ситуациях» принимают решения.

Деловые игры используются при обучении и оценке персона­ла и исследовании сложных производственных систем.

1. При обучении персонала они используются для иллюстрации, разъяснения определенных закономерностей, понятий и закрепления знаний;

4. Для программного и целевого обучения определенных специалистов, например, диагноста, оператора ЦУП и др.;

5. Для тренировки специалистов непосредственно на произ­водстве.

При обучении персонала деловые игры, как правило, развора­чиваются в реальном масштабе времени. При исследовании про­изводственных ситуаций применяется сжатый масштаб времени.

Деловые игры позволяют осуществлять предварительный от­бор кадров, так как при этом можно оценить способности, профес­сиональные навыки и знания кандидатов на определенные рабочие места и должности специалистов и управленцев.