Актуальная математика производства: Кластеризация

В системах управления производством, кластеризация – основной элемент работы с информацией. Для создания эффективной автоматизированной системы управления производством, необходимо перенести свойства физических объектов и операций в информационное пространство, с возможностью обратного преобразования. Эффективность системы производства, равна эффективности самого слабого элемента системы. Следовательно, для того чтобы иметь возможность адекватного моделирования производства в информационной среде (компьютерной системе), необходимо создать виртуальный прототип каждого физического объекта и операции. Чем выше детализация физических элементов системы физического производства, тем выше эффективность информационной системы управления производством.
В идеале, прототип физического объекта или операции в информационной системе должен быть квантом, то есть неделимой частью производственной системы. Детализация до неделимых частей, позволяет моделировать эффективные системы управления производством до уровня полной автоматизации.
Квант, также, как и кластер необходимо измерить, для того, чтобы создать их виртуальные прототипы. В процессе измерения, элементу физического производства присваиваются атрибуты, описывающие его свойства: объём, размеры, масса, расположение в пространстве, изменения расположения в пространстве, химические свойства и т.д.
Алгоритм производства выражается отношением между объектом и операцией Obcon=Op(Ob), которое означает, что объект Obcon получен выполнением операции Op над объектом Ob. Символы Op и Ob, могут выражать как единичные операции и объекты, так и группы операций и объектов.
Алгоритм производства — это динамическая система, состоящая из множества элементов, для которых задана функциональная зависимость между временем, объектом и операцией.
Определение величины времени для элементов Op, формирует исходные данные (Массивность) алгоритма производства. Массивность алгоритма производства является его основой.
Obcon, Op и Ob могут быть кластерами, состоящими из квантов, но могут быть и квантами, это зависит от конкретных условий.
Obcon, Op и Ob имеют свойства, которые обозначаются атрибутами. Obcon, Op и Ob входят в различные кластеры, может быть один или несколько кластеров, которые формируются по атрибутам в зависимости от персональных потребностей использования информации для принятия стратегических или оперативных управленческих решений.

В качестве пролога к этой статье, я использовал видео, созданное проектом "ПостНаука" – вводная лекция Владимира Григорьевича Спокойного, по теме "Кластеризация"

Владимир Спокойный
Профессор, доктор физико-математических наук, профессор факультетов математики и экономики Гумбольдтского университета, профессор института Вейерштрассе, профессор Сколковского института науки и технологий, заведующий сектором математических методов предсказательного моделирования ИППИ РАН  

В лекции, Владимир Григорьевич выразил очень правильную мысль, обозначив главную проблему кластеризации. Главная проблема, определяющая сложность кластеризации в том, что никто не знает, что такое кластер, что такое однородная группа. Нет ни одного определения, которое бы универсальным образом покрывало все варианты разумного построения кластеров. Нет универсального решения по построению и автоматизации системы управления производством. Каждое производственное предприятие уникально, даже если выпускает одинаковую продукцию. Нельзя просто взять образ АСУП и перенести его на другое предприятие, без изменения предприятия под функционал АСУП. Но некоторые всё же отчаянно пытаются это сделать с завидным упорством. За одним таким бесконечным внедрением, я уже пятый год наблюдаю. Собственник завода, упрямо не желает признавать свою ошибку, вливает кучу денег в АСУП и постоянно ругает своих сотрудников, дескать, саботажники, смутьяны, лентяи – не хотят пользоваться ERP. Внедрение на аутсорсинге, подрядчики дерут с бедного предпринимателя деньги за реализацию каждой его идеи, а толку нет.

Волшебная красная кнопка

"В России есть такая особенность менталитета, которую я называю «скатерть-самобранка». Во многих русских сказках есть такой образ: раскрыть волшебную скатерть — и стол накрыт. Или, например, повелел — и назавтра к утру стоит дворец. В других странах, в других культурах нет таких сказок, в которых герой тридцать лет на печи лежит, а потом встал и всех раскидал. Продолжение этой традиции — потемкинские деревни, когда надо что-то срочно сделать: вчера ничего еще не было, но необходимо, чтобы завтра появилось, и поэтому их просто взяли и нарисовали. И это серьезная проблема."

Владимир Спокойный

Это действительно серьёзная проблема для российского производства и она очень чувствуется в сфере автоматизации производства. Начиная с методов продаж АСУП, менеджеры по продажам вводят в заблуждения TOP-менеджеров, презентуя АСУП, как чудесное решение задач управления производством. При этом они не упоминают о том, что АСУП требует многоуровневого внедрения, а стоимость работ по внедрению, может превышать стоимость программного обеспечения. Впендюривают софт, проводят обучение пользователей основам работы с АСУП, айтишника обучают администрированию, а дальше – если не работает, то сотрудники предприятия виноваты.
В АСУП российских разработчиков, тоже наблюдается синдром «скатерти-самобранки», они пытаются сделать софт "волшебным", универсальным под все задачи с минимальными затратами на внедрение. Но это утопия. Российский софт труднее внедрять, чем западный. Допиливание софта российских разработчиков под индивидуальные потребности пользователей, дело неблагодарное и трудоёмкое.
Неудачные внедрения, которых очень много, порождают негативное отношения к АСУП. Всё чаще приходится слышать – Да пытались мы внедрять это ERP, не работает у нас он на заводе, у нас особая специфика производства, нам это не надо.
Отрицать рациональность автоматизации управления производством, это всё ровно, что отрицать саму необходимость управления производством.
Конечно, если завод держится на авторитетных личностях, которые управляют своими сегментами так, как считают нужным, а все спорные моменты между отделами решают на многочисленных коллективных совещаниях, то такую систему управления производством нельзя автоматизировать, так как нет логичной структуры управления. В первую очередь, нужно разработать логичную модель управления производством, собрать массив данных алгоритма производства, проанализировать и структурировать, а уже после заниматься выбором ПО для автоматизации. 

Кластеризация трудоёмкая задача, которая может быть реализована только на основе корректного массива данных алгоритма производства. Нельзя сразу взять и создать систему кластеров, также как нельзя в одночасье собрать данные массива алгоритма производства и структурировать их.
При реформировании системы управления производством, в первую очередь нужно создать образ системы кластеров верхнего уровня и определить систему взаимосвязей между кластерами. После чего приступать к детализации, разделения кластеров на подгруппы и далее до уровня неделимых элементов производства.
Можно проводить кластеризации и в обратном порядке, собрав информацию о массиве квантов и их связей, но этот путь более тернистый и чреват большем количеством ошибок. 
Кластеризация, важная задача для организации производства, кажется всё просто, но когда доходит до практического применения, свойства кластеров игнорируются при разработке прикладных IT-систем. Самая распространённая ошибка - когда программисты лепят несколько атрибутов объекта в один кластер, искусственно создавая квант, пытаясь тем самым сократить объём информации. А в физическом пространстве объект может входить в несколько кластеров одновременно, по свойствам атрибутов. В результате получается система неудовлетворяющая потребности пользователя АСУП.