А. В. Воронин ПетрГУ, Петрозаводск Вдоклад

О разработке математических моделей
и прикладных программных систем
для предприятий лесопромышленного комплекса

А. В. Воронин

ПетрГУ, Петрозаводск

В докладе рассматриваются вопросы развития исследований в области математического моделирования систем управлений и создания программных систем на кафедре прикладной математики и кибернетики ПетрГУ.

1. Общие сведения о кафедре.

Кафедра прикладной математики и кибернетики (ПМиК) образована в ПетрГУ в 1982 году. Подготовка студентов по программам бакалавров, специалистов и магистров ведется по специальностям "Прикладная математика и информатика", "Информационные системы и технологии". Ежегодно кафедра выпускает 30–40 студентов (защита дипломных работ), курсовые научные работы по кафедре выполняют более 100 студентов, обучаются 8–10 магистров.

Научная работа кафедры проводится по следующим направлениям:

• Интегрированные системы управления предприятиями;

• Математическое моделирование процессов управления;

• Методы решения оптимизационных задач и их практические приложения в управлении производством;

• Разработка программного обеспечения для решения задач моделирования систем управления, проектирование систем поддержки принятия решений и информационных систем.

На кафедре работает аспирантура по специальности 05.13.18 "Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ", в которой обучаются 12 аспирантов. С 1995 по 2001 год на базе кафедры действовал Совет по защите кандидатских диссертаций по специальности 05.13.16 "Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях", в 2003 г. открыт Совет по защите докторских диссертаций по специальности 05.13.18. В настоящее время на кафедре завершается подготовка 2 докторских диссертаций и ведется подготовка 12 кандидатских диссертаций.

На кафедре работает научный семинар по проблемам математического моделирования процессов управления и автоматизации производства, регулярно издается сборник научных статей "Труды Петрозаводского университета (серия: “Прикладная математика и информатика”)".

На базе кафедры созданы: Центр математического моделирования и автоматизации управления производством, Центр ПетрГУ – Метсо систем автоматизации (совместно с фирмой "Метсо Автоматизация", Финляндия), научно-исследовательские лаборатории "Математическое моделирование и автоматизация в лесном комплексе" (совместно с Карельским НИИ лесопромышленного комплекса, СПбЛТА), "Моделирование экономических процессов и систем" (совместно с экономическим факультетом СПбГУ).

При кафедре создан Клуб творчества программистов, в рамках которого под руководством доц. В. А. Кузнецова ведется опережающая подготовка студентов и школьников математическому моделированию, оптимизации, теории алгоритмов и программированию, проводятся городские и республиканские олимпиады по программированию, летние и зимние сборы сильнейших студенческих команд России по программированию. Сборные команды студентов и школьников кафедры хорошо выступают в соревнованиях в рамках командного чемпионата мира по программированию, успешно выступили в полуфиналах первенства и представляли сборную России в финалах чемпионата мира в марте 2002 г. (Гавайи, США) и марте 2004 г. (Прага, Чехия), заняв соответственно 18 и 27 место из 3140 команд 1411 университетов из 75 стран.

2. Публикации.

Ниже приводится перечень монографий, опубликованных преподавателями кафедры ПМиК:

• Кузнецов В. А., Патякин В. И., Шегельман И. Р. Оценка технологических процессов лесозаготовок с применением математических методов и ПЭВМ. СПб.: СПбЛТА, 1998. 60 с.

• Кузнецов В. А., Шегельман И. Р. Математическое моделирование при планировании
  и организации лесозаготовок. Петрозаводск: Изд-во КРИА, 1998. 125 с.

• Шегельман И. Р., Кузнецов В. А. Экономико-математические методы исследования операций при организации лесозаготовок. Петрозаводск, 1999. 64 с.

• Воронин А. В., Кузнецов В. А. Прикладные оптимизационные задачи в ЦБП. Петрозаводск, 2000. 152 с.

• Воронин А. В., Кузнецов В. А. Математические модели и методы в планировании
  и управлении предприятием ЦБП. Петрозаводск, 2000. 256 с.

• Кузнецов В. А. Задачи раскроя в целлюлозно-бумажной промышленности. СПб.: СПбЛТА, 2000. 132 с.

• Воронин А. В., Кузнецов В. А., Патякин В. И., Шегельман И. Р., Базаров С. М. Исследование операций в планировании и управлении предприятием ЛПК. СПб.: СПбЛТА, 2001. 48 с.

• Воронин А. В., Кузнецов В. А., Пладов В. А., Шегельман И. Р. и др. Математические модели и методы планирования и управления предприятием ЛПК региона. Петрозаводск, 2001. 228 с.

• Воронин А. В., Шегельман И. Р. Интегрированные структуры в лесной промышленности. СПб.: Изд-во СПбЛТА, 2003. 160 с.

• Шегельман И. Р., Кузнецов В. А., Пладов А. В. и др. Моделирование движения лесовозных автопоездов на ПЭВМ. Петрозаводск, 2003. 234 с.

3. Организация семинаров и конференций.

Кафедра является организатором ряда всероссийских и международных конференций и семинаров:

• Всесоюзная конференция по управлению и развитию систем (1985).

• Международный семинар "Каплинг и регенерация" (1992).

• Международная конференция "Вероятностные методы в дискретной математике" (1992).

• I–VI Международные конференции "Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике" (1994, 1996, 1998, 2000, 2002, 2004) – совместно с Правительством Республики Карелия, АО "Metso Automation" (Финляндия), ОАО "Кондопога", ОАО "Сегежский ЦБК", ОАО "Архангельский ЦБК", АХК "Петрозаводскмаш", ОАО "Карелэнерго", НПФ "Ракурс".

• Республиканские научно-практические конференции "Актуальные проблемы ЛПК РК" (1995–2003, совместно с АХК "Кареллеспром", Союзом лесопромышленников и лесоэкспортеров, КарНИИЛПом, Институтом леса КарНЦ РАН).

• Республиканские научно-практические конференции молодых ученых ЛПК РК (1999–2003, совместно с АХК "Кареллеспром", Союзом лесопромышленников и лесоэкспортеров, КарНИИЛПом).

• Международная конференция "Медицинские информационные системы" (2002, совместно с Карельским научным медицинским центром Северо-Западного отделения РАМН).

• Международная научно-техническая конференции "Новые информационные технологии в нефтегазовой промышленности и энергетике" (2003, совместно с АО "Метсо Автоматизация", Тюменским нефтегазовым университетом).

4. Сотрудничество с российскими предприятиями.

Научные и прикладные разработки кафедры известны далеко за пределами Карелии. За последние 20 лет внедрено в промышленную эксплуатацию более 70 прикладных программных систем. Среди заказчиков – Архангельский, Кондопожский, Сегежский, Котласский ЦБК, Красноярский и Усть-Илимский лесопромышленные комплексы, ВНПО "Бумпром", ОАО "Карелэнерго", АХК "Петрозаводскмаш", АХК "Кареллеспром" и другие. Ежегодно на кафедре ведется несколько проектов в рамках выполнения договоров по заказам предприятий и организаций.

Перечислим некоторые из наиболее интересных проектов, внедренных кафедрой, например, в целлюлозно-бумажном производстве и энергетике.

Усть-Илимский ЛПК:

• Задача баланса щелоков загрузки оборудования варочного цеха (1985–1990) ВНПО "Бумпром".

• Головная задача управления АСУ технологической линии варки и отбелки целлюлозы (1986–1987).

• Отраслевая методика решения задачи оптимизации загрузки оборудования варочного цеха (1985–1990).

ОАО "Архангельский ЦБК":

• Задача распределения ресурсов предприятия (1982–1984).

• Задача планирования сбыта продукции (1983–1984).

• Задача моделирования течения массы в напорном ящике бумагоделательной машины (1984–1986).

• Задача оптимальной загрузки оборудования производства беленой сульфатной целлюлозы (1984–1986).

• Задача управления фанерным производством (1987).

• Задача управления железнодорожным центром (1987–1989).

• Задача оптимальной комплектовки фанеры (1989).

• Задача управления сбытом продукции (1993–1995, 1997–1998).

• Задача оптимального раскроя гофрополотна (1994–1995).

• Задача оптимального планирования работы оборудования цеха гофротары (1995–1998, 2003–2004).

• Задача управления ремонтным производством (1988–2004).

ОАО "Кондопога" (Кондопожский ЦБК):

• Задача управления ремонтным производством (1990–1991, 1995).

• Задача учета и анализа расхода энергоресурсов предприятия (1996–1997).

• Задача автоматизированного пономерного учета вагонов в ЖДЦ АО "Кондопога" (1999–2001).

• Задача оптимального размещения рулонов бумаги и картона при погрузке в контейнеры и вагоны (1999–2002).

• Задача определения планов раскроя тамбуров группы БДМ (2003–2004).

ОАО "Сегежский ЦБК":

• Задача управления ремонтным производством (1985–1990, 2000–2004).

• Задача автоматизации отдела главного механика (1989–1992).

• Комплексное обследование АО "Сегежабумпром" для решения задачи создания интегрированной системы управления предприятием (1995–1996).

ОАО "Котласский ЦБК":

• Задача оптимального размещения рулонов бумаги и картона при погрузке в контейнеры и вагоны (2003).

АО "Карелэнерго":

• Задача "Совершенствование документооборота и технологии управления системой сбыта энергии в Энергосбыте АО “Карелэнерго”" (1997–1998).

В настоящее время завершается подготовка контрактов на разработку и внедрение АСУ производственными процессами на Подольской картонной фабрике (Московская область) и ряде других предприятий.

5. Центр ПетрГУ – Метсо систем автоматизации.

С 1993 года успешно развивается сотрудничество ПетрГУ с АО "Метсо Автоматизация" (Финляндия). Основными направлениями совместной деятельности являются:

• Организация совместных конференций и семинаров;

• Обучение в ПетрГУ студентов и специалистов предприятий работе с АСУ ТП "Damatic XDi", "metsoDNA";

• Исследовательские проекты, связанные с повышением эффективности управления технологическими процессами;

• Разработка новых средств программирования в среде metsoDNA;

• Участие специалистов ПетрГУ в реализации совместных проектов создания АСУ ТП на базе системы metsoDNA АО "Метсо Автоматизация" на промышленных предприятиях.

АО "Метсо Автоматизация" является одним из учредителей Северо-Европейского открытого университета, созданного на базе ПетрГУ. В 2002 году состоялось официальное открытие совместного Центра ПетрГУ – Метсо Систем Автоматизации как подразделения Северо-Европейского открытого университета и кафедры ПМиК. В настоящее время в Центре работают более 30 человек.

Для функционирования Центра АО "Метсо Автоматизация" предоставило демо-версию АСУ ТП metsoDNA версии 2002 года с динамическим демо-процессом, демо-версию Damatic XDi 7.1 с внешними (VME) процессовыми станциями и картами ввода-вывода, необходимое компьютерное и сетевое оборудование, 12 ноутбуков, мониторы и другое оборудование, необходимое программное обеспечение.

Основными принципами работы Центра являются:

1. Интеграция с заказчиками:

Максимальное и качественное выполнение запросов заказчика;

2. Интеграция с партнерами:

Широкие партнерские связи с российскими и зарубежными университетами, научными организациями и промышленными предприятиями;

3. Интеграция направлений работы:

Интеграция разработок, проектов, исследований, обучения, проведения конференций
и семинаров;

4. Интеграция коллектива:

Совместная работа преподавателей, сотрудников, студентов и аспирантов с целью опережающего профессионального и карьерного роста, развития корпоративного духа.

Структурно Центр состоит из 5 подразделений:

5.1. Группа информационных приложений в ЦБП.

Основные задачи группы:

• Разработка программных систем по заказам отдела информационных приложений в ЦБП фирмы Metso Automation. В настоящее время сотрудниками Центра ведется работа над 6 проектами, связанными с созданием средних и крупных распределенных вычислительных программных систем;

• Разработка программного обеспечения для системы управления производством "Manufacture Execution System".

5.2. Группа АСУТП.

Основная задача группы:

• Внедрение информационных систем metsoDNA и автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) metsoDNA в рамках проектов фирмы Metso Automation. C 2001 года сотрудники Центра участвовали в реализации 18 проектов на предприятиях нефтегазовой, целлюлозно-бумажной, химической, энергетической и горно-добывающей отраслей промышленности на Северо-Западе РФ, в Ставропольском крае, Западной Сибири, Якутии и на Украине в 2001–2004 годах (ОАО "Сегежский ЦБК", ОАО "Соломбальский ЦБК", АО "Сургутнефтегаз", Полтавский ГОК, ОАО "Кондопога" и др.).

5.3. Группа АСУП.

Основные задачи группы:

• Разработка и внедрение программных комплексов для управления производственными процессами, среди которых можно выделить:

• Автоматизированные системы управления многономенклатурным производством класса ERP-MRP II;

• Автоматизированные системы оптимального управления транспортными подразделениями предприятий;

• Автоматизированные системы управления оптимальной погрузки продукции в транспорт;

• Автоматизированные системы оптимального распределения заказов бумагоделательных машин ЦБК;

• Автоматизированные системы оптимального управления производством цеха гофротары класса ERP-MRP II;

• Автоматизированные системы оптимального распределения ресурсов предприятия;

• Автоматизированные системы оптимального управления сбытом продукции;

• Автоматизированные системы оптимального учета и анализа расхода нескладируемых ресурсов предприятия;

• Автоматизированная система оптимальной комплектовки фанеры;

• Автоматизированные системы определения дифференциальных рент лесосек;

• Автоматизированные системы проектирования технологических транспортных сетей лесопромышленного комплекса;

• Интеграция с другими корпоративными информационными системами: SAP R/3, "Парус", "Галактика", "1С: Предприятие" и т. д.;

• Разработка Web-интегрируемых приложений, Web-сайтов, баз и банков данных в Internet;

• Научно-исследовательские работы по заказам предприятий и организаций в области математического моделирования и информационного обеспечения процессов управления, разработки интегрированных систем управления производством;

• Консалтинговые исследования в области высоких технологий и реорганизация бизнес-процессов предприятий;

• Математическое моделирование производственных процессов, разработка новых оптимизационных и аналитических приложений.

5.4. Группа моделирования технологических процессов и систем.

Основные задачи группы:

• Математическое моделирование производственных процессов, разработка новых оптимизационных и аналитических приложений. В настоящее время ведется работа над созданием тренажера противоаварийной защиты котельных установок в ЦБП и энергетике (на базе математической модели).

5.5. Учебный центр.

Основные направления работы:

• Предоставление обучения работе с системой автоматизации metsoDNA персоналу заказчиков и партнеров фирмы Metso Automation (с выдачей сертификатов), а также сотрудников и студентов ПетрГУ. За период с 1999 года прошли обучение:

• 148 студентов и аспирантов (ПетрГУ, Тюменский государственный нефтегазовый университет);

• 83 cпециалиста (Петрозаводск, Сегежа, Новокуйбышевск, Москва, Сургут, Тюмень, Полтава, Кондопога и др.);

• 18 преподавателей и сотрудников ПетрГУ прошли обучение в Тампере.

Для разработки программного обеспечения сотрудниками Центра используются средства программирования metsoDNA (FbCAD, GdCAD, Infoserver), программные продукты Microsoft (Visual 2003, SQL Server 2000, технологии Web Services, компоненты Component One, Infragistics и Crystal Decisions, технологии создания многоуровневой архитектуры приложений с применением шаблонов проектирования Application Blocks), языки, сиcтемы программирования и СУБД (С++, Delphi, Foxpro, Clipper, Oracle и другие).

В докладе обсуждаются перспективы развития вышеуказанных направлений на ближайшие 5 лет.