Инновационные парадигмы имитационного моделирования и их применение в сфере управленческого консалтинга, логистики и стратегического менеджмента
Лычкина Н.Н.
Аннотация
Показано, что имитационное моделирование является эффективным инструментом решения задач анализа и синтеза сложных систем, методологической основой которого является системный анализ. Рассмотрены основные сферы применения дискретного имитационного моделирования в менеджменте: имитационное моделирование бизнес-процессов; имитационное моделирование дискретных производственных систем; логистика складских комплексов; комплексное управление логистическими процессами на основе имитационной модели, управление цепочками поставок; цифровое производство. Доказано, что при реализации динамической модели предприятия могут использоваться различные парадигмы имитационного моделирования и их сочетания для описания различных бизнес-процессов и внешней среды предприятия.
Ключевые слова: инновация парадигма имитационная модель имитационное моделирование управленческий консалтинг логистика стратегический менеджмент
Сегодня имитационное моделирование является эффективным и зачастую единственным методом исследования и решения сложных управленческих проблем. В условиях возрастающей структурной и функциональной сложности объектов управления для принятия эффективных управленческих решений знаний и интуиции экспертов недостаточно, чтобы оценить последствия реализации того или иного решения. Сложные системы контринтуитивны, состоят из множества взаимосвязанных элементов, в которых действует большое количество факторов стохастической природы и неопределенности, причина и следствие в таких системах разнесены во времени и пространстве, краткосрочные решения требуют согласования с долгосрочными прогнозами. Компьютерная модель является инструментом в руках топ-менеджера, государственного служащего, ответственного за выработку и принятие управленческих решений, также она позволяет поверять проектные и другие решения, когда реальный объект еще не существует, а только разрабатывается или проектируется. Имитационное моделирование применяется в тех случаях, когда эксперимент с реальной системой невозможен или слишком дорог, как в случае с крупномасштабными техническими или социально-экономическими системами.
В сфере бизнеса и управления имитационное моделирование используется в широчайшем диапазоне - от операционного и производственного менеджмента до стратегического, в управленческом и ИТ-консалтинге. Во всем мире бизнес-планирование любого хозяйственного объекта осуществляется на основе его имитационной модели. Решения на основе имитационного моделирования востребованы в отраслевых проектах, государственном и территориальном управлении.
Имитационное моделирование - эффективный метод решения задач анализа и синтеза сложных систем, методологической основой которого является системный анализ, именно поэтому в ряде источников наряду с термином «имитационное» специалистами используется термин «системное моделирование», а саму технологию системного моделирования призваны осваивать системные аналитики.
Современные высокотехнологичные коммерческие симуляторы являются мощным аналитическим средством, вобравшим в себя весь арсенал новейших информационных технологий, включая развитые графические оболочки для целей конструирования моделей и интерпретации выходных результатов моделирования, мультимедийные средства и видео, поддерживающие анимацию в реальном масштабе времени, объектно-ориентированное программирование, интернет-решения и др. В силу своей привлекательности и доступности технологии имитационного моделирования с легкостью покинули академические стены и сегодня осваиваются ИT-специалистами и менеджментом компаний.
Имитационное моделирование [1] предполагает отображение и воспроизведение непосредственно на компьютерной модели структурных и динамических, поведенческих особенностей моделируемого объекта или процесса. При имитационном моделировании аналитик осуществляет создание логико-математической модели сложной системы на основе концептуального описания, логическая структура моделируемой системы адекватно отображается в модели, а процессы ее функционирования, динамика взаимодействия ее элементов воспроизводятся (имитируются) на модели с требуемой степенью детализации. Другая важная специфическая особенность имитационного моделирования как вида моделирования - экспериментальная природа имитации, методом исследования компьютерной модели здесь является направленный вычислительный эксперимент, что определяет специальные условия эксплуатации, испытания имитационных моделей. Эти особенности реализации имитационных моделей и специфические условия использования вычислительной техники определяют особенности инженерии в этой сфере, основанной на стыке управленческого и ИТ-консалтинга.
В ИТ-индустрии имитационное моделирование начинает применяться в информационных бизнес-системах - от систем планирования в ERP-, SCM-, APS-системах, инструментов анализа и оптимизации в системах моделирования бизнес-процессов, управления цепями поставок и многих других, до интерактивных моделей ситуационных центров, методов сценарного планирования в системах поддержки принятия решений (DSS, EIS) и системах управления эффективностью бизнеса (BPM), включая высокие технологии современного цифрового производства в системах непрерывной поддержки жизненного цикла изделий (PLM).
Наиболее популярными, закрепившимися в современных инструментальных решениях парадигмами моделирования, нашедшими широкое применение в управлении являются дискретное (процессно-ориентированный подход), системная динамика, агентное моделирование. Если дискретное имитационное моделирование стало основой инжиниринговой деятельности в анализе и оптимизации бизнес-процессов, производственных и логистических систем, то системная динамика и агентное моделирование только начинает занимать умы современных управленцев, пытающихся повысить эффективность своего бизнеса. Имитационное моделирование предприятий сегодня является наиболее перспективной и быстро развивающейся сферой применения имитационного моделирования для бизнеса и корпораций.
Основные сферы применения дискретного имитационного моделирования в менеджменте:имитационное моделирование бизнес-процессов; имитационное моделирование дискретных производственных систем; логистика складских комплексов; комплексное управление логистическими процессами на основе имитационной модели, управление цепочками поставок; цифровое производство [1, 2].
Известно большое количество решений на основе дискретного имитационного моделирования в области операционного, тактического и стратегического планирования и развития производственных и логистических систем, цепочек поставок. Модули планирования реализуются в контуре ERP, SCM, APS, BPM-систем управления предприятия. Без этого невозможна реализация базовых технологий «точно в срок». Часто метод имитационного моделирования применяют при проектировании и реинжиниринге логистической сети как существующей, так и новой системы, в рамках консалтинга или логистического аудита.
Преимущества применения имитационного моделирования для логистических систем:
· комплексное понимание процессов и характеристик логистической цепи с помощью графиков и развитой анимации;
· задачи управления в логистической системе являются достаточно объемными и сложными для формализации, поэтому практическая реализация математической модели принятия решений в общем виде является проблематичной, так как присутствует значительное число внутренних связей и система обладает большой размерностью;
· возможность учитывать стохастическую природу и динамику многих факторов внешней и внутренней среды; пользователь получает возможность моделировать случайные события, используя распределения вероятностей, в конкретных областях и выявлять их влияния на логистическую цепь;
· возможность воспроизводить динамику системы, отражать динамический характер логистических процессов, обилие временных и причинно-следственных связей (требования потребителей, как правило, имеют вероятностный и динамический характер, текущий уровень запаса на складе является динамическим параметром и т.п.);
· применение многошаговой процедуры проектирования позволяет учитывать сложность принятия решений, большое количество решающих правил и критериев оптимизации;
· в большинстве случаев в распоряжении лица, принимающего решения, в логистической системе имеется несколько альтернатив (допустимых решений);
· обеспечение минимизации риска изменения плана путем предварительного анализа и моделирования возможных сценариев развития событий в цепи поставок.
Суть цепи поставок - перенос во времени и пространстве некоторого объема материала. Имитационная модель позволяет описать и продемонстрировать движущиеся материальные потоки, их сложное взаимодействие с информационными и финансовыми потоками. Логистическую сеть можно представить в виде ориентированного графа (стохастической сети), ребра которого представляют различные потоки, а вершины - звенья сети. За элемент потока принимают активность - аналог подвижной материальной сущности, некоторую абстрактную неделимую единицу, обладающую определенным количеством сохраняемых характеристик, таких как объем поставки. Звенья логистической сети могут производить различные действия с активностями. Особенностью логистических систем является то, что многие виды ресурсов являются в них мобильными объектами (средства транспортировки и перемещения грузов). В построенной таким образом имитационной модели описываются процессы передвижения и накопления грузов и товаров в сети, задаются параметры, которые определяют ее состояние и меняются во времени по заданным операционным правилам. Такой способ представления логистической системы в дискретной имитационной модели позволяет детально описывать конфигурации и топологию логистических систем, с детализацией характеристик и правил обработки и транспортировки материальных потоков в отдельных узлах сети, что исключительно полезно в условиях проектирования оптимальной топологии и конфигурации системы и уточнения отдельных решений, связанных с выбором стратегий транспортировки, дистрибьюции, политик управления закупками, запасами и многих других в контексте комплексного решения по формированию и стратегической оптимизации цепи поставок.
В инжиниринговой практике широко применяются решения на основе дискретного имитационного моделирования для обоснования планировочных решений и инвестиционного планирования строящихся логистических комплексов и проектирования инфраструктуры логистических центров, технологического проектирования складских комплексов. Строительство и оснащение современных складских комплексов необходимым оборудованием и техникой требует значительных инвестиций. Поэтому очень важно еще до начала строительства правильно провести проектирование склада. Проектирование склада - сложный многоступенчатый процесс. Он ведется с учетом множества параметров во взаимодействии с заказчиком и строительными проектными организациями. Имитационная модель полезна при реконструкции или строительстве нового склада на этапе формирования проекта, при проектировании инфраструктуры логистического центра, а также позже при технологическом проектировании и оснащении построенного складского комплекса. Имитационная модель позволяет подсказать, как оптимизировать затраты инвестора. Проектирование инфраструктуры складского комплекса включает:
- Построение складского комплекса с максимальной вместимостью и производительностью с размещением на заданном участке земли, на основе анализа топологической схемы участка, где существует множество ограничений, с учетом расположения инженерных и транспортных коммуникаций.
- Выбор вариантов расположения и размеров маневровых площадок с возможностями парковки автомобилей, КПП, определение количества мест парковки на территории склада для транспорта, реализующего внешние грузопотоки, и рациональное количество мест парковки непосредственно к грузовой рампе.
- Определение необходимых площадок для зон приемки, сортировки, комплектации и хранения грузов.
- Определение необходимых ресурсов и размеров функциональных зон и т.п.
Имитационная модель позволяет увидеть (с помощью двух - трехмерной анимации) и проанализировать работу будущего склада до завершения его строительства и, в случае необходимости, внести коррективы в проект склада. На рис. 1 и 2 приведены анимационные табло некоторых консалтинговых проектов по строительству логистических центров, реализуемых с применением имитационного моделирования.
Рис. 1. Анимационные табло имитационных моделей для проектирования инфраструктуры логистического центра (реализовано в системе моделирования AnyLogic)
Рис. 2. Анимационные табло имитационных моделей для проектирования инфраструктуры логистического центра (реализовано в системе моделирования AnyLogic)