Инструкция по IDEF0 \ DOCTOR

Принципы имитационного моделирования

Обозначим через R все множество ресурсов, поставляемых системой БП внутренним и внешним потребителям (соответственно, БП организации и БП среды), и ресурсов, поставляемых БП внешней среды БП организации.

В каждый момент времени k-й элемент множества R может быть описан следующим образом: < ζ_k | q_k >, где ζ_k - номенклатурный признак (имя, код и т.п.), а q_k – количество ресурса. Поскольку индекс k однозначно привязывает количественную характеристику q_k к виду ресурса, то в дальнейшем изложении ограничимся использованием только количественных характеристик. При этом, чтобы отличать количественные характеристики входящих в БП и исходящих из БП ресурсов через Х будем обозначать количественную характеристику входных ресурсов, через Y – количественную характеристику выходных ресурсов (продуктов).

Пусть функция ⁿF описывает преобразование ресурсов, осуществляемое n-ым БП (см. Рис. 1). Тогда выход n-го БП ⁿY связан со входом ⁿX того же процесса следующим динамическим уравнением:

Для более детального описания уравнения (1) используем классификацию ресурсов, изображенную на Рис. 2 и ранее уже опубликованную автором (Рубцов, 2003). В этом случае множество ресурсов ⁿX  удобно представлять объединением трех подмножеств ⁿX = < ⁿX₁ ИЛИ  ⁿX₂ ИЛИ  ⁿX₃ >, где:

1.       ⁿX₁ – подмножество преобразуемых (невосстанавливаемых) ресурсов, необходимых для создания продукта БП в виде выходов ⁿY. К этим ресурсам относятся расходные материалы, энергия, результаты промежуточных вычислений; данные, актуальные только на момент начала производственного цикла, и пр.

2.       ⁿX₃ – подмножество изнашиваемых (расходуемых), но непреобразуемых ресурсов, необходимых для создания продукта БП в виде выходов ⁿY. Обычно, это – персонал, оргтехника, носители информации, транспортные средства, инструменты, недвижимость и др.

3.       ⁿX₂ – подмножество нерасходуемых (непреобразуемых) ресурсов, необходимых для создания продукта БП в виде выходов ⁿY. В такое подмножество можно включить нормативную, технологическую и любую другую информацию, хранящуюся на разнообразных носителях и необходимую исполнителям БП для получения продукта БП ⁿY.

Необходимо обратить внимание на относительность понятий «расходуемый, изнашиваемый, восстанавливаемый» и др., использованных при классификации ресурсов. Понятно, что они четко могут быть определены только на коротком интервале времени. Например, на отрезке цикла производства ресурса, когда нет смысла рассматривать, например, такое явление как моральный «износ» нормативного документа.

Пример 1. К какому виду ресурса отнести книгу, если она не является ни продуктом (не принадлежит ⁿY), ни макулатурой, предназначенной для переработки (не принадлежит ⁿX₁)? Правильный ответ – книга содержит два вида ресурсов, относящихся к подмножествам  ⁿX₂ (информация) и ⁿX₃  (носитель информации). Поэтому при проектировании БП сущности, подобные книге (документ, диск-дистрибутив программы,  пакет данных и т.п.), с целью исключения неоднозначности следует либо не использовать, либо уточнять, что имеется в виду – носитель информации или сама информация.

Поскольку, для производства ресурса требуется время, БП должен включать хранилище или накопитель с дифференцированной емкостью для каждого из видов ресурсов или продуктов. Физически такой накопитель ресурсов представляется иерархией непреобразуемых ресурсов (например, поверхность ящик стола; стол с ящиками, помещение, в котором находится стол; здание, включающее помещение и т.д.). Каким бы не был по длительности использования ресурс, рано или поздно он должен освободить занимаемую емкость накопителя в соответствии с логикой исполнения БП.

Пример 2. Может ли ресурс, используемый БП, быть продуктом того же БП? Ответ – поскольку, в соответствии с правилом, определенным выше, непреобразуемый ресурс в момент времени, определяемый БП, должен освободить занимаемую емкость накопителя ресурсов, то разумный способ исполнения этого правила  - направление такого ресурса на выход БП. На практике обычным делом является многократное переключение исполнителя рабочих заданий с исполнения одной операции на исполнение другой в течение рабочего дня. При этом, исполнитель как бы «поступает» на входы и «высвобождается» с выходов БП, соответствующих этим операциям.

Из Примера 2 следует, что ресурсы ⁿX₂ и ⁿX₃ входят в множество ресурсов ⁿY. При этом, как уже отмечалось выше, ресурсы ⁿX₂  и ⁿX₃ лишь при некоторых допущениях не преобразуются в другие виды ресурса < ⁿY И не (ⁿX₂ ИЛИ ⁿX₃) >. Если быть предельно точным, то ресурсы ⁿX₂ и ⁿX₃ переносят часть своей стоимости на ресурсы < ⁿY И не ⁿX₃ > в процессе износа неодушевленных и применения навыков, умений и энергии одушевленных ресурсов. При этом одушевленные ресурсы не только теряют часть своей стоимости, но и наращивают свою стоимость за счет повышения квалификации. Так как ресурсы ⁿX₃ могут задействоваться при исполнении нескольких БП, то расчет их износа часто проводится без учета степени их задействования в конкретном БП. Ресурсы ⁿX₂ в силу своих свойств могут переносить всю или часть своей стоимости на ресурсы < ⁿY И не ⁿX₂ >. Например, затраты на производство технологической документации могут включаться в стоимость партии ресурсов одного или нескольких видов.

Важной особенностью имитационного моделирования поведения системы БП является предположение о наличии в этой системе БП «Распределение поставок», который отвечает за осуществление поставки ресурсов в соответствии со спецификацией интерфейсов и запросами каждого БП.

Заметим, что наличие такого БП исключает ситуацию, когда на входе других БП присутствует ресурс в количестве избыточном или недостаточном для производства продукта, или ресурс, неиспользуемый в рассматриваемом БП. Кроме того, будем полагать, что именно этот процесс является ответственным за потери, вызванные простоем оборудования, неэффективным использованием рабочего времени персонала, поставкой ресурсов не «точно во время», задержкой поставки готового продукта потребителю и т.п. Далее для простоты присвоим этому БП порядковый номер n = 0.

Работа БП ⁰F в общих чертах представляется следующим образом. БП ⁰F является монопольным поставщиком ресурсов в системе БП. Только через него в систему БП поступают ресурсы от БП среды, только через него БП обмениваются ресурсами внутреннего потребления, и только через него поставляются ресурсы во внешнюю среду. Такое допущение разумно лишь в одном случае, если «Сообщество» ⁰F U ⁿF ( n ≠ 0) является неделимым экономическим образованием, часто отождествляемым с понятием «экономический агент».

В принципе, таких образований в «стационарной» модели организации и, следовательно, в имитационной модели организации может быть много, и, как минимум, существует одно. В вырожденном случае БП «Управление поставками» может быть связан только с одним БП ¹F. Остановимся на базовом варианте « один БП ⁰F  – много БП ⁿF (n ≠ 0) », который может быть легко обобщен на другие варианты.

Условия поставки ресурсов

Итак, основной задачей БП ⁰F является поставка ресурсов БП внешней среды и БП организации, которые фактически являются продукцией других БП, но отличаются добавленной стоимостью, происхождение которой описано ранее.

Следует понимать, что посредническая функция БП ⁰F по поставке ресурсов не предполагает физического перемещения ресурса к нему и от него к другим БП. Под таким «перемещением» понимается виртуальный акт регистрации смены владельца ресурса. За физическое перемещение и физическое хранение ресурсов, естественно, отвечают другие БП.

Поставляемые в БП ⁰F ресурсы лишаются признака принадлежности группам ресурсов  ⁿX₁ , ⁿX₂ , ⁿX₃ . При поставке ресурсов другим БП этот признак восстанавливается по информации, содержащейся в извещении от БП ⁿF (n ≠ 0) об отсутствии у него на входе соответствующего ресурса, которое свидетельствует, что БП завершил или еще не начинал производственный цикл по одному или нескольким видам продукции. Получение такого извещения от БП ⁿF (n ≠ 0) является необходимым условием поставки. При наличии такого извещения, поступившего от БП внешней среды поставка ресурсов осуществляется безусловно. Для БП рассматриваемой организации одного такого извещения недостаточно. Требуется исполнение следующих условий:

1.       В накопителе ресурсов БП ⁰F должен присутствовать ресурс, адресованный БП ⁿF (n ≠ 0) или не имеющий адресата, но необходимый БП ⁿF (n ≠ 0).

2.       Внутренний решатель распределительной задачи БП ⁰F должен дать санкцию на поставку ресурса на основании имеющихся извещений, поступивших от других БП (включая внешние БП).

Рис. 3. Модель бизнес процесса «Распределение поставок»

Фактически основная роль БП ⁰F сводится к задержке поставки ресурсов другим БП экономического агента (см. Рис. 3). Эффективность же БП ⁰F определяется стоимостью ресурсов, потребляемых этим БП, и способностью оптимизировать множество задержек поставки ресурсов. Для такой оптимизации БП ⁰F может следовать нескольким принципам оптимальности, заложенным в логику его функционирования. Обычно, это один из вариантов реализации концепции “Just in time”, обеспечивающей минимизацию запасов ресурсов.

Здесь заметим, что распределительная задача, возложенная на БП ⁰F, не решает задачу выживания организации в целом. Такое управление системой БП возлагается на другие интеллектуальные БП в рассматриваемой системе БП. При этом роль БП ⁰F сводится информировании этих БП о состоянии поставок ресурсов (поставкой информационного ресурса из множества ⁰Х₁) и получении санкции от них (в виде информационного ресурса, принадлежащего ⁰X₁) на осуществление действий, проекты которых получены в соответствии с внутренним принципом оптимальности БП ⁰F. Тем самым БП, отвечающие, например, за бюджетирование, финансирование, планирование и т.д., регулируют действиями системы БП, корректируя величину задержек поставок ресурсов.

Архитектура БП «Распределение поставок»

Из сказанного об особенностях БП ⁰F можно понять, что БП ⁰F  может быть представлен в виде двух функциональных элементов: БП «Решение распределительной задачи» и БП «Накопление ресурсов», отвечающих, соответственно, за (1) управление высвобождением и (2) исполнение накопления и высвобождения ресурсов (см. Рис. 4). БП «Накопление ресурсов» является фактическим регистратором актов смены владельцев ресурсов. Архитектура БП ⁰F имеет следующие особенности:

1.       БП ⁰F не нуждается во внешних ресурсах ⁰X₂ и ⁰X₃. Остановимся на этом аспекте подробнее.

БП «Накопление ресурсов» лишает признака принадлежности группам ресурсов  ⁿX₁ , ⁿX₂ , ⁿX₃ , поставляемые в БП ⁰F ресурсы. Именно, на выходе БП «Накопление ресурсов» они вновь приобретают эти признаки. При этом совсем не всегда восстанавливается прежний признак. Например, закупленное оборудование не сразу становится средством производства ресурсов, а только после совершения в других БП необходимых процедур бухгалтерского учета, операций транспортировки, установки, наладки и т.д.

При этом, БП ⁰F потребляет ресурсы исключительно с выхода внутреннего источника БП «Накопление ресурсов». Кроме того, БП ⁰F является по причине простоты и глубокой формализации собственных операций, возможно, единственным БП, работа которого никак не регламентируется другими БП на интервале времени, когда организация не претерпевает структурных изменений. Этим тоже обусловлено принципиальное отсутствие необходимости во внешних ресурсах X₂.

2.       Так как БП ⁰F фактически является посредником для других БП организации по поставке ресурсов, то к «собственным» продуктам БП ⁰F можно отнести только следующие информационные ресурсы (см. Рис. 4):

·         запрос на возврат ресурса (необходим, например, для переключения исполнителя с одного рабочего задания на другое);

·         история поставок ресурсов по всей системе БП в виде временных рядов;

·         запрос о возможности поставки имеющейся продукции БП ⁰F внутренним БП организации с указанием адресов поставки.

Рис. 4. Архитектура бизнес процесса «Распределение поставок»

3.       Список ресурсов, используемых исключительно БП ⁰F (непоставляемых другим БП организации) ограничивается следующими информационными ресурсами (см. Рис. 4):

·         извещение какого-либо БП об отсутствии на его входе данных об истории поставок ресурсов по всей системе БП в виде временных рядов;

·         санкция на поставку имеющейся продукции БП ⁰F внутренним БП организации с указанием адресов поставки (используется как для поставки свободного ресурса, так и для высвобождения ресурса, занятого каким-либо БП, для передачи его другому БП).

Динамическое уравнение БП

Если полагать, что стоимость ресурсов, поступающих в организацию из внешней среды известна, то количество разнородных видов ресурса и продуктов можно выразить в единой стоимостной шкале.

Далее будем рассматривать элементарные БП (операции), которые проектировщиком модели уже не подвергаются декомпозиции на другие БП.

С учетом выше изложенного для имитационного моделирования поведения любого недекомпозируемого БП (за исключением БП «Управление поставками») можно воспользоваться динамической моделью, предполагающей линейное наращивание стоимости продукта БП на интервале его цикла производства:

ⁿy_j– стоимость j-го продукта БП, принадлежащего множеству ⁿY;

ⁿx_i – стоимость i-го ресурса, принадлежащего множеству ⁿX;

ⁿm_i – элемент вектора-столбца распределения ресурсов ⁿM = {ⁿm_i}, определяющий, какая доля ресурса ⁿx_i , принадлежащего множеству ⁿX, задействована для производства продукта ⁿy_j ;

ⁿа_i – элемент вектора-столбца износа ресурсов ⁿА = {ⁿа_i}, определяющий, какая доля ресурса ⁿx_i , принадлежащего множеству ⁿX, расходуется для производства продукта ⁿy_j . Для всех ⁿx_i , принадлежащих ⁿX₁, ⁿа_i = 1. В общем случае значение ⁿа_i зависит не только от свойств ресурса ⁿx_i , но  от способа использования этого ресурса (т.е. от свойств БП ⁿX);

t – модельное время;

ⁿτ_j – элемент вектора-столбца ⁿτ = {ⁿτ_j}, равный времени начала производства продукта ⁿy_j;

ⁿδτ_j – элемент вектора-столбца ⁿ∆τ = {ⁿδτ_j}, равный длительности производственного цикла продукта ⁿy_j.

Параметры ⁿδτ_j для БП задаются с учетом известных ограничений возможностей человека и технологических параметров средств производства, за одним исключением. Длительность производственного цикла продуктов БП «Накопление ресурсов» не может быть известна заранее, т.к. задержки поставки ресурсов вычисляются либо БП «Решение распределительной задачи», либо задаются внешними БП, регулирующими БП «Решение распределительной задачи». Поэтому ⁿδτ_j для БП «Накопление ресурсов» вычисляются после совершения поставки ресурсов. Именно эти вычисления возлагаются на программную среду, поддерживающую имитационное моделирование поведения системы БП.