Метод та програмний засіб для управління багаторівневою виробничою системою

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.advisorПавлов, Олександр Анатолійович
dc.contributor.authorМедведєв, Михайло Євгенович
dc.date.accessioned2025-12-11T08:36:36Z
dc.date.available2025-12-11T08:36:36Z
dc.date.issued2025
dc.description.abstractРозмір пояснювальної записки – 137 аркушів, містить 19 ілюстрацій, 8 таблиць, 3 додатки, 93 посилання на джерела. Актуальність теми. Розв’язок задачі управління дискретними виробничими системами з використанням ймовірнісних моделей призводить до зменшення ефективності, що супроводжується зниженням прибутку. Тому найбільш ефективними моделями управління дискретними виробничими системами є багаторівневі (багатоетапні) детерміновані моделі календарного та оперативного планування, на основі яких розв’язуються задачі управління дискретними виробничими системами, що складаються з побудови календарного поопераційного плану та побудові в реальному масштабі часу оперативного поопераційного плану, що використовується для корекції календарного поопераційного плану в процесі його реалізації. Так як більшість задач календарного планування є NP-повними (складними), тобто необхідна кількість операцій точного методу експоненційно залежить від кількості змінних, то відповідні алгоритми не є швидкими і для їх ефективної реалізації необхідно як створювати методи, що максимально використовують властивості задачі, так і моделі та алгоритми розпаралелювання обчислювальних процесів. З цього випливає, що і досі моделі і методи управління дискретними виробничими системами є актуальними як в теоретичному, так і в практичному аспектах. Мета дослідження. Метою дослідження є збільшення ефективності управління багаторівневими дискретними виробничими системами в детермінованій постановці шляхом створення нового програмного забезпечення, що реалізує оригінальні методи управління одного класу багаторівневих дискретних виробничих систем у вигляді крос-платформної бібліотеки. Об’єкт дослідження: процеси управління багаторівневими дискретними виробничими системами. Предмет дослідження: методи, платформи та засоби розробки програмного забезпечення для управління багаторівневими дискретними виробничими системами. Для реалізації поставленої мети сформульовані наступні завдання: − критичний аналіз методів знаходження розв’язків задач календарного поопераційного планування в детермінованій постановці; − критичний аналіз програмних засобів управління дискретними виробничими системами; − розробка оригінальної математичної моделі одного класу багаторівневих дискретних виробничих систем; − розробка оригінального ефективного методу знаходження оптимальних календарних поопераційних планів для багаторівневих дискретних виробничих систем, ефективність якого реалізується за допомогою інтелектуального інтерфейсу, який дозволяє використовувати досвід управлінців при перерозподілі робіт по підрозділам кожного рівня моделі дискретної виробничої системи на кожній ітерації алгоритму; − розробка методу побудови оперативного поопераційного плану для дворівневої дискретної виробничої системи; − розробка моделі та методу статичного управління паралельними обчислювальними процесами на ідентичних незалежних процесорах; − знаходження статистично обґрунтованих даних, що дозволяють використовувати моделі і методи управління паралельними обчислювальними процесами; − створення та обґрунтування ефективності запропонованої архітектури кросплатформної бібліотеки, що реалізує запропоновані оригінальні ітераційні алгоритми підвищення ефективності побудови поопераційних календарних планів багаторівневих дискретних виробничих систем; − створення та обґрунтування архітектури інтелектуального інтерфейсу, що найбільш зручним способом залучає досвідченого управлінця в алгоритм побудови поопераційного календарного плану; − створення програмної складової, що ефективним чином реалізує статичне управління асинхронними паралельними обчислювальними процесами; − аналіз ефективності програмних компонентів створеної кросплатформної бібліотеки при реалізації управління одного класу багаторівневої дискретної виробничої системи. Наукова новизна: − вперше запропонована дворівнева та багаторівнева моделі одного класу дискретної виробничої системи та оригінальні методи побудови календарного та поопераційного планів, що включають в себе ефективний розв’язок чотирьох одноетапних задач календарного планування, а також використовує досвідченого управлінця при перерозподілі робіт по підрозділам кожного рівня моделі дискретної виробничої системи на кожній ітерації алгоритму; − для підвищення ефективності реалізації запропонованих алгоритмів управління дискретною виробничою системою запропоновано оригінальні модель та метод управління асинхронними обчислювальними процесами; − отримання статистично обґрунтованих характеристик складності розв’язання задачі «Мінімізація сумарного зваженого випередження виконання робіт на одному приладі» оригінальним методом, що є модифікацією методу гілок і меж за рахунок використання теоретично обґрунтованих властивостей цієї задачі; − вперше запропоновано архітектуру програмного забезпечення та інтелектуального інтерфейсу, що реалізує оригінальні моделі та ефективні методи побудови календарного та поопераційного планів одного класу дискретних виробничих систем, ефективність якого суттєво підвищена шляхом оптимізації розпаралелювання асинхронних обчислювальних процесів та програмної реалізації найбільш ефективного використання досвідченого управлінця в алгоритмі побудови поопераційного календарного плану. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що розроблене програмне забезпечення дозволяє ефективно реалізовувати календарні та оперативні поопераційні плани для одного класу багаторівневих дискретних виробничих систем на основі запропонованих нових моделей та методів. Зручність використання запропонованої кросплатформної бібліотеки ґрунтується на використанні інтелектуального інтерфейсу користувача при взаємодії з системою, що полягає у ефективному використанні досвідченого управлінця при перерозподілі робіт по підрозділам кожного рівня моделі дискретної виробничої системи на кожній ітерації алгоритму, та зменшенні кількості параметрів, що аналізуються користувачем при аналізі ефективності побудованих календарних та оперативних поопераційних планів. Зв’язок з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалась на кафедрі інформатики та програмної інженерії Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Апробація. Наукові положення дисертації пройшли апробацію на: 1) Міжнародний науковий симпозіум «Питання оптимізації обчислень (ПОО-XLVIІІ)», присвячений 100-річчю від дня народження академіка В.М. Глушкова, Львів, 19–22 вересня 2023 р; 2) The Seventh International Conference on Computer Science, Engineering and Education Applications ICCSEEA 2024, 27–28 April 2024, Kyiv, Ukraine. Публікації. Наукові положення дисертації були опубліковані в: 1) Павлов О.А., Халус О.А., Місюра О.Б., Мельников О.В., Медведєв М.Є. ПДС-алгоритми для двоетапної задачі календарного планування в детермінованій постановці та в умовах невизначеності [Pavlov A.A., Khalus E.A., Misura E.B., Melnikov O.V., Medvediev M.Ye. PSC-algorithms for a two-stage scheduling problem in the deterministic formulation and under uncertainty conditions] // Міжвідомчий науково-технічний журнал «Адаптивні системи автоматичного управління». К.: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023. Том 1. № 42. С.184–196. DOI: https://doi.org/10.20535/1560-8956.42.2023.279170. 2) Павлов О.А., Халус О.А., Мельников О.В., Дрозд В.В., Кобельський В.В., Медведєв М.Є. Статичні алгоритми управління паралельними асинхронними обчислювальними процесами [Pavlov A.A., Khalus E.A., Melnikov O.V., Drozd V.V., Kobelskiy V.V., Medvediev M.Ye. Static algorithms for parallel asynchronous computing process management] // Міжвідомчий науково-технічний журнал «Адаптивні системи автоматичного управління». К.: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024. Том 1. № 44. С.116–126. DOI: https://doi.org/10.20535/15608956.44.2024.302427. 3) Павлов О.А., Халус О.А., Медведєв М.Є. Мінімізація сумарного зваженого моменту випередження виконання завдань на одному приладі [Pavlov A.A., Khalus E.A., Medvediev M.Ye. Minimization of the total weighted earliness of tasks on a single machine] // Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології: зб. наук. праць / Національна академія наук України, Центр математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я. С. Підстригача НАН України; [редкол.: Є. Чапля (головний редактор) та ін.]. — Львів: Центр математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача НАН України, 2023. — Вип. 37. — С. 57–61 URI: http://www.fmmit.lviv.ua/index.php/fmmit/article/view/305 [Міжнародний науковий симпозіум «Питання оптимізації обчислень (ПОО-XLVIІІ)», присвячений 100-річчю від дня народження академіка В.М. Глушкова, Львів, 19–22 вересня 2023 р.]. 4) Pavlov A., Khalus E., Lishchuk K., Medvediev M., Hu C.: A Two-Level Model of a Discrete Manufacturing System. Management Methods and Software Architecture [Павлов О.А., Халус О.А., Ліщук К.І., Медвєдєв М.Є., Ху Ц. Дворівнева модель дискретної виробничої системи. Методи управління та архітектура програмного забезпечення]. In: Hu Z., Dychka I., He M. (eds) Advances in Computer Science for Engineering and Education VII, Volume 1. ICCSEEA 2024. Lecture Notes on Data Engineering and Commu-nications Technologies, vol. 242. Springer, Cham (2025) // The Seventh International Conference on Computer Science, Engineering and Education Applications ICCSEEA 2024, 27–28 April 2024, Kyiv, Ukraine. – 2025, LNDECT vol. 242, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-84228-3_45.
dc.description.abstractotherExplanatory note size – 137 pages, contains 19 illustrations, 8 tables, 3 applications, 93 references. Topicality. The solution of control problems for discrete manufacturing systems using probabilistic models leads to a decrease in efficiency, which, in turn, results in reduced profitability. Therefore, the most effective models for managing discrete manufacturing systems are multi-level (multi-stage) deterministic models of scheduling and real-time operational planning. These models are used to address control tasks by constructing a calendar-based operation schedule and generating a real-time operational schedule, which serves to adjust the calendar schedule during its execution. Since most scheduling problems are NP-complete—meaning that the number of operations required by an exact method grows exponentially with the number of variables—the corresponding algorithms are not computationally fast. Consequently, for efficient implementation, it is necessary to develop methods that maximally exploit the specific properties of the problem, as well as models and algorithms for parallelizing computational processes. This highlights that models and methods for managing discrete manufacturing systems remain highly relevant both in theoretical research and practical applications. The aim of the study. The aim of the research is to enhance the efficiency of managing multi-level discrete manufacturing systems in a deterministic framework by developing new software that implements original control methods for a specific class of multi-level discrete manufacturing systems in the form of a cross-platform library. The object of research: control processes of multi-level discrete manufacturing systems. The subject of research: methods, platforms, and tools for the development of software for managing multi-level discrete manufacturing systems. To achieve this goal, the following tasks were formulated: – critical analysis of methods for solving scheduling problems in a deterministic framework; – critical analysis of software tools for managing discrete manufacturing systems; – development of an original mathematical model for a specific class of multi-level discrete manufacturing systems; – development of an original and efficient method for finding optimal scheduling plans for multi-level discrete manufacturing systems, whose efficiency is achieved through an intelligent interface that enables the use of managerial experience in redistributing tasks among the subdivisions at each level of the discrete manufacturing system model during each iteration of the algorithm; – development of a method for constructing real-time operational schedules for two-level discrete manufacturing systems; – development of a model and method for static management of parallel computational processes on identical independent processors; – collection of statistically substantiated data enabling the use of models and methods for managing parallel computational processes; – creation and justification of the effectiveness of a proposed architecture for a cross-platform library that implements original iterative algorithms for enhancing the efficiency of building scheduling plans for multi-level discrete manufacturing systems; – creation and justification of the architecture of an intelligent interface that efficiently involves experienced managers in the scheduling algorithm; – development of the software component that effectively implements static management of asynchronous parallel computational processes; – analysis of the performance of the software components of the developed cross-platform library when applied to managing a specific class of multi-level discrete manufacturing systems. The scientific novelty: – for the first time, two-level and multi-level models of a specific class of discrete manufacturing systems have been proposed, along with original methods for constructing calendar and operational schedules, which include the efficient solution of four single-stage scheduling problems and incorporate the expertise of experienced managers during the redistribution of tasks among the subdivisions at each level of the discrete manufacturing system model at each iteration of the algorithm; – to enhance the efficiency of implementing the proposed control algorithms for discrete manufacturing systems, an original model and method for managing asynchronous computational processes have been developed; – statistically substantiated complexity characteristics have been obtained for solving the problem of "Minimizing the Total Weighted Earliness of Jobs on a Single Machine" using an original method, which is a modification of the branch-and-bound technique based on the theoretically proven properties of this problem; – for the first time, the architecture of software and an intelligent interface has been proposed, which implements original models and efficient methods for constructing calendar and operational schedules for a specific class of discrete manufacturing systems, with significantly improved efficiency achieved through optimization of asynchronous parallel computation management and software-based maximization of the effective involvement of experienced managers in the scheduling algorithm. The practical value of the obtained results lies in the fact that the developed software enables the effective implementation of calendar and real-time operational schedules for a specific class of multi-level discrete manufacturing systems based on the proposed new models and methods. The usability of the proposed cross-platform library is ensured through the application of an intelligent user interface, which facilitates the effective involvement of experienced managers in the redistribution of tasks among the subdivisions at each level of the discrete manufacturing system model during each iteration of the algorithm, while also reducing the number of parameters that must be analyzed by the user when evaluating the efficiency of the constructed calendar and operational schedules. Relationship with working with scientific programs, plans, topics. Work was performed at the Department of Informatics and Software Engineering of the National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute». Approbation. The scientific provisions of the dissertation were tested at: 1) International Scientific Symposium «Issues of Computational Optimization (ICO-XLVIII)» dedicated to the 100th anniversary of Academician V.M. Glushkov, Lviv, September 19–22, 2023; 2) The Seventh International Conference on Computer Science, Engineering and Education Applications (ICCSEEA 2024), April 27–28, 2024, Kyiv, Ukraine. Publications. The scientific provisions of the dissertation were published in: 1) Pavlov A.A., Khalus E.A., Misura E.B., Melnikov O.V., Medvediev M.Ye. PSC-algorithms for a two-stage scheduling problem in the deterministic formulation and under uncertainty conditions // Interdepartmental Scientific and Technical Journal «Adaptive Systems of Automatic Control». Kyiv: Igor Sikorsky KPI, 2023. Volume 1, Issue 42, pp. 184–196. DOI: https://doi.org/10.20535/1560-8956.42.2023.279170. 2) Pavlov A.A., Khalus E.A., Melnikov O.V., Drozd V.V., Kobelskiy V.V., Medvediev M.Ye. Static algorithms for parallel asynchronous computing process management // Interdepartmental Scientific and Technical Journal «Adaptive Systems of Automatic Control». Kyiv: Igor Sikorsky KPI, 2024. Volume 1, Issue 44, pp. 116–126. DOI: https://doi.org/10.20535/1560-8956.44.2024.302427. 3) Pavlov A.A., Khalus E.A., Medvediev M.Ye. Minimization of the total weighted earliness of tasks on a single machine // Physical-Mathematical Modeling and Information Technologies: Collection of Scientific Papers / National Academy of Sciences of Ukraine, Center for Mathematical Modeling, Institute of Applied Problems of Mechanics and Mathematics named after Y.S. Pidstryhach of NAS of Ukraine; [editorial board: Ye. Chaplya (chief editor) et al.]. – Lviv: Center for Mathematical Modeling, Institute of Applied Problems of Mechanics and Mathematics, NAS of Ukraine, 2023. – Issue 37. – pp. 57–61. URI: http://www.fmmit.lviv.ua/index.php/fmmit/article/view/305 [International Scientific Symposium «Issues of Computational Optimization (ICO-XLVIII)» dedicated to the 100th anniversary of Academician V.M. Glushkov, Lviv, September 19–22, 2023]. 4) Pavlov A., Khalus E., Lishchuk K., Medvediev M., Hu C. A Two-Level Model of a Discrete Manufacturing System. Management Methods and Software Architecture [Pavlov O.A., Khalus O.A., Lishchuk K.I., Medvediev M.Ye., Hu C. Two-level Model of a Discrete Manufacturing System. Management Methods and Software Architecture]. In: Hu Z., Dychka I., He M. (eds) Advances in Computer Science for Engineering and Education VII, Volume 1. ICCSEEA 2024. Lecture Notes on Data Engineering and Communications Technologies, vol. 242. Springer, Cham (2025) // The Seventh International Conference on Computer Science, Engineering and Education Applications ICCSEEA 2024, April 27–28, 2024, Kyiv, Ukraine. – 2025, LNDECT vol. 242, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-84228-3_45.
dc.format.extent137 с.
dc.identifier.citationМедведєв, М. Є. Метод та програмний засіб для управління багаторівневою виробничою системою : магістерська дис. : 121 Інженерія програмного забезпечення / Медведєв Михайло Євгенович. - Київ, 2025. - 137 с.
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/77633
dc.language.isouk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорського
dc.publisher.placeКиїв
dc.subjectбагатовимірна дискретна виробнича система
dc.subjectкросплатформна бібліотека
dc.subjectінтелектуальний інтерфейс
dc.subjectпаралельні обчислення
dc.subjectкалендарне планування
dc.subjectоперативний поопераційний план
dc.subjectmultidimensional discrete manufacturing system
dc.subjectcross-platform library
dc.subjectintelligent interface
dc.subjectparallel computing
dc.subjectcalendar scheduling
dc.subjectoperational plan
dc.subject.udc004.42
dc.titleМетод та програмний засіб для управління багаторівневою виробничою системою
dc.title.alternativeMethod and Software Tool for Managing a Multi-Level Production System
dc.typeMaster Thesis

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
Medvediev_magistr.pdf
Розмір:
3.28 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
8.98 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Магістерські роботи (ІПІ)
Магістерські роботи