Моделирование и проектирование производственных процессов и систем

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 

 
 
 
 
 

М.К. ЧЕРНЯКОВ 
 
 
 
 

МОДЕЛИРОВАНИЕ  

И ПРОЕКТИРОВАНИЕ  
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ 
ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ 
 
 
Утверждено  
Редакционно-издательским советом университета 
 в качестве учебного пособия 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

НОВОСИБИРСК 

2020 

ББК 65.291я73 
        Ч-498 
 
 
Рецензенты: 
д-р экон. наук, профессор И.В. Баранова 
д-р экон. наук, доцент Т.А. Макареня 
 
Работа подготовлена на кафедре АУФ для студентов I курса ФБ,  
обучающихся по направлению 38.04.01 – Экономика 
 
 
Черняков М.К. 
Ч-498  
Моделирование и проектирование производственных процессов и систем: учебное пособие / М.К. Черняков. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2020. – 94 с. 

ISBN 978-5-7782-4249-4 

В настоящем пособии представлено последовательное изложение 
современных методов моделирования, опирающихся на сети Петри. 
Теоретические методы моделирования иллюстрируются практическими 
кейс-задачами. Для демонстрации методов обработки данных используются языки VB и VBA. Предназначено главным образом для студентов, обучающихся по направлению 38.04.01 – Экономика, магистерская 
программа «Экономика безопасности промышленного производства». 
Однако с учетом опыта преподавания подобных дисциплин в технических вузах автор счел целесообразным не ограничиваться рассмотрением только информационных систем, но также обратить внимание на 
технические и технико-экономические системы и объекты. 
 
 
 
ББК 65.291я73 
 
 
 
 
ISBN 978-5-7782-4249-4 
© Черняков М.К., 2020 
 
© Новосибирский государственный 
    технический университет, 2020 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение ................................................................................................................... 5 

1. Основы моделирования и проектирования производственных 
процессов и систем ............................................................................................ 7 

1.1. Понятие производственных процессов и систем ..................................... 7 
1.2. Принципы построения и функционирования производственных 
процессов и систем .................................................................................... 10 
1.3. Классификация производственных процессов и систем ....................... 12 
1.4. Компоненты производственных процессов и систем ............................ 17 
1.5. Производственная система как особая модель объекта экономики ........ 22 
Контрольные вопросы ..................................................................................... 24 
2. Жизненный цикл систем ................................................................................ 27 

2.1. Процессы жизненного цикла производственных процессов  
и систем ...................................................................................................... 27 
2.2. Структура жизненного цикла производственных процессов  
и систем ...................................................................................................... 31 
2.3. Модели жизненного цикла производственных процессов  
и систем ...................................................................................................... 33 
2.4. Каскадная модель жизненного цикла производственных процессов и систем ............................................................................................... 33 
2.5. Спиральная модель жизненного цикла технологических процессов и систем ............................................................................................... 35 
Контрольные вопросы ..................................................................................... 37 
3. Теория моделирования систем ...................................................................... 38 
3.1. Детализация представлений производственных процессов  
и систем ...................................................................................................... 38 
3.2. Концептуальное моделирование .............................................................. 46 
3.3. Функции управления экономикой предприятий .................................... 47 
3.4. Информационная модель предприятия ................................................... 53 

4. Экономические показатели и документы ................................................... 57 
4.1. Основные определения ............................................................................. 57 
4.2. Реализация документопотока в MRP-системах ...................................... 58 
4.3. Реализация документопотока в ЭПС «парус» ........................................ 60 
4.4. Обработка эмпирического материала ...................................................... 61 
5. Имитационное моделирование ...................................................................... 68 

5.1. Методика имитационного моделирования ............................................. 68 
5.2. Пакет программ для имитационного моделирования ............................ 71 
5.3. Последовательность имитационного моделирования ............................ 72 
5.4. Модели данных и знаний и методы их организации в памяти 
компьютера ................................................................................................ 77 
Контрольные вопросы ..................................................................................... 86 
Заключение ............................................................................................................. 88 
Библиографический список .................................................................................. 91 
 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ 

Дисциплина «Моделирование и проектирование производственных 
процессов и систем» является одной из фундаментальных при подготовке студентов по экономическим специальностям. 
Моделирование является универсальным методом получения и использования знаний об окружающем мире и используется человеком в 
целенаправленной деятельности, особенно исследовательской. В современных условиях усиливаются роль и значение математического 
моделирования, которое с развитием средств вычислительной техники 
часто стали называть компьютерным. 
Математические (компьютерные) модели в силу своей логичности 
и строгого формального характера позволяют выявить основные факторы, определяющие свойства изучаемых систем, и исследовать их 
реакции на внешние воздействия и изменения параметров. Часто математические модели проще и удобнее использовать, чем натуральные 
(физические). Они позволяют проводить вычислительные эксперименты, реальная постановка которых затруднена или невозможна. 
Изучение основных принципов математического моделирования 
является неотъемлемой частью подготовки специалистов в технических областях деятельности. Дисциплины, связанные с изучением основных аспектов моделирования объектов и систем, в обязательном 
порядке входят в соответствующие учебные планы и являются компонентами федеральных образовательных стандартов. 
В настоящем курсе дается характеристика компонентов экономических производственных систем (ЭПС) – вычислительной системы, 
базы данных, программного обеспечения; рассматриваются этапы их 
жизненного цикла – проектирование, внедрение, эксплуатация, развитие. Моделирование представлений информации в ЭПС предполагает 

использование синтаксических моделей данных (реляционной, сетевой 
и иерархической) и семантических моделей (семантические сети, 
фреймы и др.). Моделирование процессов опирается на сети Петри. 
Моделирование предметных областей в экономике рассмотрено на 
примере деловой игры «Дельта», демонстрирующей возможности моделирования всех сфер деятельности организаций, включая управление 
маркетингом, финансами и производством. В результате изучения 
дисциплины студент должен: 
 иметь представление о системном анализе, качественных и количественных методах описания информационных систем; 
 знать структуру и общую схему функционирования ЭПС, единицы информации, модели данных и знаний в ЭПС, методы организации 
данных, модели предметной области, методы описания процессов в 
ЭПС; 
 уметь выбирать модели данных, модели знаний и методы организации данных для ЭПС и конкретной предметной области, использовать методы системного анализа в принятии проектных решений в 
информационных системах; создавать и использовать базы данных в 
среде СУБД семейства dBASE; работать с научной литературой по 
теории ЭПС и справочной литературой по СУБД. 
 владеть методами описания данных, знаний и процессов для 
экономических задач. 
Знания, полученные студентами при изучении дисциплины, могут 
быть также использованы при выполнении курсовых и дипломных  
работ. 
 

 

1. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ  
И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ 
ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ 

1.1. Понятие производственных процессов и систем 

Понятия система и элемент являются одними из фундаментальных понятий [1] общей теории систем (ОТС). 
Понятие система происходит от греческого слова Systema, означающего целое, составленное из отдельных частей. Определяется как 
совокупность (соединение) взаимосвязанных и взаимодействующих 
элементов, объединенных с определенной целью. 
Понятие элемент происходит от латинского слова Elementarius и 
означает: начальный, простой, простейший, конечный, неделимый, 
лежащий в основе чего-либо. 
В научных направлениях, называемых системным анализом [8], исследованием операций [10] и теорией принятия решений [23], на современном этапе развития науки выделяют совокупность каких-либо 
механических, физических, химических, биологических, экономических, экологических, энергетических или тому подобных взаимосвязанных и взаимодействующих объектов и изучают или исследуют их 
особенности с целью получения о них новых знаний. Часть реальной 
системы, представляющая интерес для исследований, называется 
предметной областью. В состав новых знаний обычно включают такие категории и понятия, как класс, функция, структура, события,  
позиции, состояния, альтернативы, предпочтения, рациональная организованность и эффективность функционирования. С позиции предметной области различают естественные (природные), искусственные 
(техногенные), технические, социальные, политические и экономические системы. 

Общее число систем огромно и пока еще не существует законченной теории исследования всего разнообразия этих систем. В настоящее 
время системология, призванная исследовать любые системы, еще не 
может дать ответы на все вопросы, которые возникают у разработчиков и пользователей хотя бы информационных систем. Еще более 
сложно обстоят дела у разработчиков и исследователей экономических 
производственных систем [7]. 
Обычно в системологии любую сложную систему принято рассматривать как множество взаимосвязанных и взаимодействующих 
элементов, выбранных исследователем с какой-либо концептуальной 
точки зрения. При этом под концепцией понимается точка зрения 
кого-нибудь на что-нибудь. 
Однако формализация систем – чрезвычайно сложная задача. Дело 
в том, что практически любая система с точки зрения ее математического описания и постановки математической задачи ее научного исследования является плохо формализуемой и слабо структурированной. Поэтому проблемы формализации систем весьма значимы и 
актуальны. 
Системология в настоящее время состоит из теории различных 
природных, технических, социальных и экономических систем и законченного вида пока еще не имеет. По мнению одного из ведущих 
специалистов в области системного анализа академика РАН Н.Н. Моисеева, «… в настоящее время изучено довольно много различных типов систем, но построить теорию, которая была бы достаточно общей, 
пока еще не представляется возможным. Поэтому особое значение 
приобретает выделение классов реальных систем, для изучения которых можно использовать общие подходы». 
Общие подходы (парадигмы) рассматриваются в таких отраслях 
научных знаний, как общая теория систем, теория моделирования систем, системный анализ, исследование операций, теория принятия технических решений и т.п. 
Парадигмой – строгой научной теорией, выражающей существенные черты реальности и выступающей образцом концептуальной схемы постановки и решения задач исследования производственных систем до 90-х годов прошлого столетия, был физикализм, или физикоматематический подход. На этом отрезке развития науки информационные системы формализовались совокупностью обеспечивающих 
подсистем. К ним относились подсистемы организационного, техниче

ского, информационного, математического обеспечения и другие подобные подсистемы. Недостатки такого подхода общеизвестны. 
Методологией современного подхода (парадигмой современной 
формализации информационных систем) является системный подход, 
который формулируется как ансамбль обязательных принципов (требований) анализа и синтеза систем. По мнению большинства авторов 
монографий [1, 8, 10, 23], посвященных этой проблематике, такими 
требованиями к системам являются: 
 относительность знаний и конечность целей исследования; 
 концептуальный выбор структуры (модульности) функций; 
 единость или целостность системы, состоящей из частей; 
 двуединость или статико-динамичность; 
 триединость или иерархичность; 
 связь с окружающей средой; 
 многофункциональность (полиформность или полиморфность); 
 эволюция системы: движение, развитие, зрелость, деградация, 
генезис; 
 причинно-следственность событий и состояний; 
 историзм или преемственность поколений (генераций). 
Информационные системы – это системы [11–12, 15, 17, 18], которые: 
 предназначены для сбора, хранения и обработки информации; 
 ориентированы на конечных пользователей, не обладающих высокой квалификацией в области применения вычислительной техники; 
 включают совокупность методического, информационного, математического, программного, лингвистического, технического и организационного обеспечения. 
– Методическое обеспечение – совокупность материалов, рекомендаций и требований к информационной системе. 
– Информационное обеспечение – совокупность данных и знаний, 
необходимых для эффективной работы информационной системы. 
– Лингвистическое обеспечение – совокупность языковых средств, 
необходимых для обеспечения общения пользователя с информационной системой. 
– Техническое обеспечение – совокупность вычислительной техники и офисного оборудования, необходимых и достаточных для функционирования информационной системы. 

– Математическое обеспечение – совокупность математических 
формул, алгоритмов, необходимых для реализации задач, стоящих перед информационной системой. 
– Программное обеспечение – совокупность программ действий, 
написанных на алгоритмических языках низкого или высокого уровня. 
– Организационное обеспечение – совокупность документов, регламентирующих порядок и условия эксплуатации информационных 
систем. 
В терминах общей теории систем экономическая производственная система (ЭПС), как и любая другая техническая или социальная 
система, определяется как совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, объединенных в некоторую структуру 
с целью обеспечения экономической деятельности наилучшим способом. 
Другими словами, ЭПС – это множество взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, призванных воспринимать, запоминать и 
перерабатывать экономическую информацию, а также обмениваться 
этой информацией внутри себя или с другими системами. 

1.2. Принципы построения и функционирования  
производственных процессов и систем 

Обычно экономическая производственная система рассматривается 
как единое целое, состоящее из отдельных частей. Однако с позиций 
системного подхода ЭПС приходится рассматривать как объект или 
как процесс (принцип двуединости) одновременно. В рамках понятий 
современной парадигмы – это архитектура и информационные технологии. Архитектура и информационные технологии ЭПС, в свою очередь, состоят из различных компонентов, образующих аппаратнопрограммную платформу и технологии обработки (сбора, распределения, хранения и реструктуризации) информации. 
Выделяют простые и сложные системы. Разница между ними состоит в том, что в состав сложной системы входят компоненты, которые сами являются системами. Их называют подсистемами. Каждый 
компонент подсистемы, в свою очередь, может быть системой. Совокупность компонентов подсистемы называют микросистемой. Любая 
система может быть подсистемой другой системы, которая по отношению к ней является надсистемой или макросистемой. В этом и есть