Предлагаемая методология построения АСДП

    Ввиду своей не тривиальности, задача проектирования и реализации автоматизированной системы доставки продовольствия пока не имеет чётко сформулированной методологии построения. Это ставит перед нами задачу разработки подобной методологии, ведь изучать АСДП, как систему, будет иметь смысл лишь тогда, когда мы обозначим правила для построения подобных систем в будущем.

    В будущем, созданная методология построения позволит разрабатывать новые автоматизированные системы доставки продовольствия и развивать это направление.

    Исходя из этих соображений, логично следующим шагом в работе обозначить разработку методологии построения АСДП, а уже затем, руководствуясь её положениями, приступить непосредственно к этапу проектирования АСДП.  

    Ссылаясь на параллели в логической и иерархической организации АСДП с системами интегрального обслуживания (СИО), можно разработать методологию построения, следуя примеру методологии построения СИО.     

 

  Основные этапы проектирования АСДП.

Первым этапом любого инженерного проектирования является сбор исходных данных, необходимых для осуществления проекта. При этом желательно учесть максимальное количество факторов, для обеспечения максимально точности инженерных расчётов. Однако в методологии построения, их должно быть упомянуто минимально необходимое для обеспечения функционирования системы количество. Такой подход позволит инженеру, занятому разработкой собственного проекта АСДП, максимально свободно варьировать список исходных данных и факторов, необходимых или влияющих на проектирование, для каждой отдельной реализации АСДП.

Итак, выделим основные исходные данные, необходимые для осуществления системного проектирования автоматизированной системы доставки продовольствия:

1. Расположение–расположение узловых складов (ПС) и центрального склада (ЦС) хранения продовольствия, которые будут обеспечивать промежуточное звено, между основным складом и пунктом назначения.

2. Способ получения заказанных продуктов: самовывоз с ПС/ЦС или доставка на дом.

3. Способ оплаты: электронный перевод, наличный расчёт, пластиковая карта, как единовременное средство оплаты и возможность привязки счёта карты к аккаунту для регулярного списания средств.

Предположим, заявки на услуги будут поступать в систему пуассоновскими входными потоками интенсивности задающимися матрицами  и , где  - интенсивность поступления заявок для продукции i -гo вида и j -го приоритета заказа между s -м и d -м заказом;  - интенсивность поступления заказов на продукцию i -гo вида и j -го приоритета между s -м и d -м УC. Будем называть матрицу  матрицей тяготения между УC для продукции i -гo вида и j -го приоритета, а матрицу  - матрицей тяготений между ЦC для продукции i -гo вида и j -го приоритета. В целях упрощения задачи проектирования с учетом пуассоновского характера входных потоков, принимая во внимание подобие в обработке конкретных видов и приоритетов в каждом реализованном в системе типе заказа, интенсивности поступающих заказов, можно задать матрицами  и . Здесь

 и ,                          (4.1)

где I_K - множество возможных заказов, поступивших к обработке; J_K - множество приоритетов, предусмотренных для обработки заказов; I _П - множество типов возможной продукции, предоставляемых сервисом; J _П - множество приоритетов, предусмотренных для обработки заказов в системе.

Так же с потоком заявок свяжем понятие удалённости возможного адреса доставки от ПС, поскольку этот параметр оказывает прямое влияние на вероятное время на доставку заказа. При аналитических расчётах будем считать, что время доставки для каждого заказа произвольного вида и приоритета будет распределена экспоненциально со средним 1/μ^{k ij} и одинаково для всех пар склад-заказчик, время предполагаемой доставки любого приоритета распределена экспоненциально со средним 1/μ^{п ij} и одинаково для всех парах источник-адресат. В упрощенном случае можно рассматривать усредненную по всем видам и приоритетам длительность доставки заказа:

,                                        (4.2)

где , .

Аналогично среднее расстояние от склада до пункта назначения

,                                         (4.3)

где , .

4. Требования пользователей к качеству доставки заказов в АСДП. Эти требования могут быть заданы в виде матрицы показателей качества , элемент которой  представляет собой вектор граничных значений показателей качества при передаче информации i -гo вида в j -м приоритетом (,..., ).

5. Ограничения на параметры элементов АСДП: вектор допустимых скоростей доставки заказов С ^д = { }; вектор допустимых максимальных размеров складских помещений ПС ; вектор скорости обслуживания заявок клиентов ПС U ^п = { } и др. Эти ограничения определяются особенностями статистически по ходу эксплуотации АСДП.

6. Функции стоимости элементов АСДП в зависимости от их параметров. Стоимость i -гo КСв можно представить как

,                                                 (4.4)

где l_i – расстояние до ПС; c_i - его производительность; стоимость на содержание ПС можно представить как , где  - объём складских помещений j -го ПС;  - производительность j -го ПC;  - дополнительные возможности j -го УC, к которым можно отнести возможность выполнять тот или иной набор сервисных функций, возможность реализовать в j -го ПC те или иные адаптивные алгоритмы управления, обеспечить повышенную надежность j -го УC. Под живучестью понимается возможность объекта (в данном случае УC) выполнять свои функции при внешних воздействиях, направленных на нарушение функционирования объекта.

Полная стоимость АСДП может быть оценена как

,                       (4.5)

где М _K - число ЦС в сети; N_Y - число ПС в сети.

По своему характеру задача системного проектирования СИО является оптимизационной и состоит в выборе такого набора значений внутренних первичных параметров (структурных и алгоритмических), при которых обеспечивается экстремум некоторого Функционала полезности. На практике для многих больших систем построить достаточно обоснованный функционал полезности весьма трудно. Ввиду этого получил распространение маргинальный подход, суть которого состоит в оптимизации одного из внешних параметров системы при ограничениях на остальные. Учитывая специфику АСДП, которые характеризуются высокой стоимостью и наличием ряда жестких требований к значениям внешних параметров, в качестве критерия оптимальности на этапе предварительного проектирования целесообразно использовать затраты на создание и эксплуатацию системы.

Описанная задача проектирования относится к комбинаторным и может быть сформулирована в терминах дискретного математического программирования. Однако отсутствие аналитических моделей и методов решения, необходимость учета влияния множества факторов, значительная часть которых отражает воздействие случайных процессов, ведет к чрезмерно высокой размерности задачи и делает практически невозможным ее прямое решение на базе существующих методов и средств. В связи с этим используются различные упрощения, суть которых состоит в декомпозиции общей задачи на совокупность частных. Рассмотрим методику построения АСДП на основе декомпозиции и дадим краткую характеристику частных задач, решаемых на отдельных этапах в соответствии с работами.

Таким образом задача проектирования АСДП формулируется так: найти внутренние параметры системы (топологическую структуру, алгоритмы управления, параметры элементов системы), при которых для заданного множества пользователей АСДП выполняются требования по качеству доставки и предоставляемого продовольствия, с минимальными затратами на создание системы.

Описанная задача проектирования относится к комбинаторным и может быть сформулирована в терминах дискретного математического программирования. Однако отсутствие аналитических моделей и методов решения, необходимость учета влияния множества факторов, значительная часть которых отражает воздействие случайных процессов, ведет к чрезмерно высокой размерности задачи и делает практически невозможным ее прямое решение на базе существующих методов и средств. В связи с этим используются различные упрощения, суть которых состоит в декомпозиции общей задачи на совокупность частных. Рассмотрим методику построения АСДП на основе декомпозиции и дадим краткую характеристику частных задач, решаемых на отдельных этапах в соответствии с работами.

Общая задача системного проектирования подразделяется на следующие частные задачи, решаемые последовательно: синтез топологической структуры сервиса, выбор методов и разработку алгоритмов создания и обработки заказов, выбора методов и разработку алгоритмов доставки товара, выбор параметров ПС. Каждая из этих задач может решаться неоднократно, если результаты решения остальных свидетельствуют о необходимости повторных решений. Рассмотрим этапы построения АСДП.

1. Топологическая структура сервиса. Основной целью этого этапа является выбор числа и координат расположения ПС, а также производительности ЦС из дискретного набора. Общий подход к проектированию топологической структуры СИО основан на следующих предположениях:

Задано число и местоположение ПС и матрица расстояний между ними: местоположение ЦС определяется обычно в задаче топологического синтеза АСДП.

Заданы матрицы тяготений между ПС (в предположении пуассоновских входных потоков заказов), известны распределения длительностей обработки заказов и

Известны стоимостные показатели элементов сети (ПСв и ЦС), требования к качеству обслуживания запросов пользователей, характеристики ПСв и ЦС, которые могут выбираться из заданного набора.

Предполагается, что в АСДП реализованы различные процедуры выбора маршрутов и ограничения интенсивностей потоков, которые предполагаются независимыми.

Заданы требования к надежности АСДП при условии, что повреждения и отказы элементов не зависят друг от друга. На этапе топологического синтеза требования к надежности обычно выражаются через величину связности сети ν [1, 2 ]. Сеть называется ν-связанной, если для каждой пары ПС существует по меньшей мере ν связанных и непересекающихся путей.

При таких предположениях может быть поставлена задача синтеза сети минимальной стоимости:

,

где  - заданные допустимые значения показателей качества обслуживания заказов пользователей;  - заданная допустимая связность сети;  и ν - значения показателей качества обработки заказа и связность соответственно для конкретного варианта топологической структуры сети; n - число показателей качества обслуживания, по которым заданы допустимые значения.

2. Топологический синтез АСДП и выбор его компонентной базы, элементов из которых он будет состоять. Разработка алгоритма взаимодействия этих компонентов, а так же требования к ним. Здесь нужно будет, как можно более чётко сформулировать требуемый процесс работы: как отдельных компонентов, так и системы в целом. Что потребуется для реализации концепта в процессе инженерного проектирования и т.п.

3. Выбор методов и разработка алгоритмов управления обработки заказов. На основе обзора, проделанного в гл. 2, можно сделать вывод, что в АСДП все основные особенности и взаимодействия можно условно поделить на два типа повторяющихся процессов, а именно процесса взаимодействия между парой пунктов сети и процессов, происходящих непосредственно в АСУ. Это возможно вследствие того, что процесс обработки и передачи заказа на исполнение и процесс доставки состоят из повторяющихся циклов. Заказ обработанный АСУ отправляется на ПИ из ЦС, а затем до получателя.

Таким образом, управление процессом заказа и доставки должны содержать в себе управление потоками по входу с АСУ, внутри ПС и по выходу из него. Управление по входу ПС включает в себя процедуры управления интенсивностью обрабатываемых заявок и выездов. Управление ПС в АСУ представляет собой систематизацию потоков, а управление по выходу из ПС - совокупность процедур управления структурой склада. Последняя разновидность управления является средством увеличения производительности АСДП и улучшения качества обслуживания запросов пользователей. Однако реализация его в АСДП потребовала бы дорогостоящих технических средств и поэтому не будет в дальнейшем рассматриваться. Рассмотрим основные требования, необходимые к выполнению для обеспечения функционирования ПС:

1) Алгоритмы управления процессом доставки заказов (реализованные в АСУ)

2) Доступ к путям дорожного сообщения, обеспечивающим должный уровень оперативности и надёжности

3) Техническая база, включающая в себя всё необходимое, для обеспечения длительного хранения продовольствия в надлежащих условиях (морозильные установки, складские помещения и пр.)

4) Минимальный штат сотрудников, работающих на складе и развозящих заказы (менеджер склада, грузчики, водители)

5) Автопарк: рефрижераторы, для обеспечения поставками продовольствия и транспорт, предназначающийся для непосредственного осуществления доставки клиенту.

С точки зрения системного подхода к построению систем, при построении АСДП важно уделить внимание оценке эффективности введения конкретной версии каждого алгоритма. Это необходимо для упрощения неизбежного процесса оптимизации алгоритмов в будущем.

Предварительное решение об использовании того или иного алгоритма, как правило, принимается на основе достаточно приближенных аналитических моделей. При выборе конкретной версии должны учитываться затраты ресурсов на реализацию алгоритма в процессе функционирования АСДП.

Затраты необходимых к потреблению ресурсов, при эксплуатации ПС, связаны с множеством очевидных факторов: затраты на перевозки, выплаты работникам, аренда помещений и пр.

4. Выбор параметров, разработка структуры и алгоритмов функционирования ПС. В качестве исходных данных на этом этапе используются топологическая структура АСДП, параметры потоков заказов и доставок, поступающих на входы АСУ и ПС, алгоритмы управления процессом доставки, алгоритмы осуществления заказа и поставок, функции затрат на оборудование ПС. Задача состоит в выборе таких параметров, структуры и алгоритмов функционирования ПС, при которых узел требовал бы минимума затрат при реализации и соответствовал основным требованиям пользователей к предоставляемым услугам.

Сформулированные задачи органически связаны с другими частными задачами, возникающими при построении АСДП. Принимая во внимание иерархичность топологической структуры системы, предлагается методика построения АСДП (рис. 4.1), основанная на принципе декомпозиции. В случае успешного выполнения этапов 1-6 производится переход к этапу инженерного проектирования.

 

 

5.Проверка требований

4.Выбор параметров и разработка структуры и функционирования для ЦС и ПС

3.Выбор методов алгоритмов взаимодействий элементов АСДП 3.1.Алгоритмы оплаты 3.2.Алгоритмы доставки

17.Уточнение исходных данных

3.1.Алгоритмы оплаты

3.2.Алгоритмы доставки

2. Топологический синтез АСДП 2.1. Постановка требований к элементной базе 2.2. Требования к организации АСДП

2.1. Постановка требований к элементной базе

2.2. Требования к организации АСДП базе

1. Определение исходных данных АСДП

8.Проверка АСДП в целом

6. Все уровни?

9.Переход к инженерному проектированию

 

Рис.4.1 Этапы проектирования АСДП

Предлагаемая методика исследования удобна тем, что позволяет производить неоднократное повторение решения каждой из подзадач на этапах, если результаты решения остальных будут вызывать в этом необходимость.

Все это дает возможность предложить унифицированную методологию построения АСДП любого масштаба. Использование предлагаемой общей методологии построения АСДП и методики системного моделирования для анализа методов адаптивного управления обработки и доставки заказов, позволяет в конечном итоге решить задачу построения АСДП в приемлемые сроки и с прогнозируемыми материальными затратами.