background image

KONCEPCJA HYBRYDOWEGO SYSTEMU WSPOMAGANIA 

DECYZJI W ZAKRESIE ZAOPATRZENIA I TRANSPORTU W 

SYSTEMACH LOGISTYCZNYCH 

Lech BUKOWSKI, Jerzy FELIKS, 

Marek KARKULA, Adam LICHOTA 

Akademia Górniczo-Hutnicza 

Wydział Zarządzania 

Katedra Inżynierii Systemów  

30-067 Kraków, ul. Gramatyka 10  

e–mail: jfeliks@zarz.agh.edu.pl 

STRESZCZENIE 

Znane  aktualnie  systemy  wspomagania  decyzji  w  zakresie  zaopatrzenia  i  transportu  oparte  są  na 

modelach  klasycznych,  zbudowanych  przy  założeniach  dalece  odbiegających  od  realiów  panujących  w 
przedsiębiorstwach  produkcyjnych,  usługowych  oraz  na  rynku.  Istnieją  wprawdzie  rozwiązania,  zwłaszcza  w 
zakresie  transportu  [6],  które  wychodzą  poza  ograniczenia  determinizmu  i  liniowości,  lecz  są  to  rozwiązania 
cząstkowe,  a  nie  systemowe  w  ujęciu  logistycznym.  Jeszcze  gorzej  wygląda  sytuacja  w  zakresie  logistyki 
zaopatrzenia  (dostawy  i  zapasy),  gdzie  aktualnie  stosowane  modele  słuszne  są  przy  założeniu  niezmienności  
m.  in.  zapotrzebowania,  popytu  (liniowe  rozchody  z  magazynów),  cen  zakupu,  kosztów  gospodarki 
magazynowej  i  kosztów  zamawiania.  Dlatego  w  referacie  zaproponowano  koncepcję  budowy  narzędzia 
wspomagającego  decyzje  logistyczne  w  zakresie  transportu  i  zaopatrzenia  w  postaci  otwartego  hybrydowego 
systemu  ekspertowego,  wykorzystującego  najnowsze  techniki  modelowania  złożonych  nieliniowych  procesów 
dyskretno-ciągłych o dużej zmienności. 

1.  WSTĘP 

W  czasach  gospodarki  wolnorynkowej  wszelkie  procesy  podejmowania  decyzji 

odgrywają  kluczową  rolę  w  kierowaniu  i  zarządzaniu  przedsiębiorstwem  czy  organizacją. 
Coraz wyższy poziom złożoności procesów produkcyjnych i logistycznych, zwiększająca się 
konkurencja  czy  też  ograniczenia  budżetowe  to  niektóre  z  czynników  zmuszających 
kierownictwa  przedsiębiorstw  do  ciągłego,  dynamicznego  i  racjonalnego  planowania. 
Narzędziami  pozwalającymi  skutecznie  wspomagać  realizację  tego  celu  są  systemy 
informatyczne,  a  w  szczególności  systemy  wspomagania  decyzji.  Komputerowe  systemy 
wspomagania  decyzji  nie  od  dzisiaj  wykorzystywane  są  w  rozwiązywaniu  problemów 
związanych  z  planowaniem  i  sterowaniem  złożonych  systemów  i  procesów.  Przykładem 
systemu  logistycznego  o  dużym  stopniu  złożoności  zarówno  strukturalnej  (statycznej)  jak  i 
dynamicznej jest elektrownia cieplna (EC). Zapotrzebowanie na energię elektryczną i cieplną 

POLITECHNIKA WARSZAWSKA 

Wydział Transportu 

Polska Akademia Nauk 

Komitet Transportu 

background image

zmienia  się  w  czasie  bardzo  znacznie,  przy  czym  oprócz  zmian  losowych  obserwuje  się 
nieregularne  zmiany  periodyczne  w  cyklach  dobowych,  tygodniowych  oraz  rocznych. 
Procesy  technologiczne  w  EC  są  zatem  ciągłe,  lecz  o  bardzo  skomplikowanym  charakterze 
zmienności.  Natomiast  procesy  wspomagające  produkcję  energii  elektrycznej  i  cieplnej  
(w tym zaopatrzenie i transport) mają charakter dyskretno-ciągły, a trudność ich modelowania 
wynika  m.  in.  z  konieczności  dostosowania  się  do  zmienności  procesów  technologicznych, 
specyfiki  rynku  dostaw  (paliwa)  oraz  wymagań  środowiskowych  (woda,  powietrze,  gleba, 
organizmy  żywe).  Dodatkowo  w  ostatnich  latach  zwiększająca  się  konkurencja  pomiędzy 
producentami  energii  elektrycznej  i  cieplnej  stawia  nowe  wymagania  elektrowniom  
i elektrociepłowniom w Polsce. Wymagania te dotyczą między innymi ograniczenia kosztów 
działalności  przedsiębiorstwa  poprzez  zwiększenie  efektywności,  dyspozycyjności,  jak 
również ograniczenie szkodliwego oddziaływania na środowisko naturalne. W sytuacji kiedy 
możliwości  redukcji  bezpośrednich  kosztów  wytwarzania  bez  spadku  jakości  produktu 
wydają  się  aktualnie  wyczerpane  dostrzega  się,  że  o  konkurencyjności  może  decydować 
sprawność łańcuchów logistycznych przedsiębiorstwa. 

2.  OBSZAR BADAŃ 

Elektrociepłownie  zawodowe  stanowią  po  elektrowniach  systemowych  drugi  pod 

względem  mocy  zainstalowanej  i  pod  względem  znaczenia  dla  długoterminowego 
programowania  element  systemu  wytwarzania  energii  elektrycznej  w  Polsce.  Są  to  obiekty 
należące do energetyki zawodowej wykorzystywane jednocześnie do produkcji w skojarzeniu 
(tzw. kogeneracji) energii elektrycznej odprowadzanej do sieci elektroenergetyki zawodowej  
i energii cieplnej dla odbiorców lokalnych (np. infrastruktura miejska i przemysł). 

Specyfika  działalności  przedsiębiorstwa  jakim  jest  elektrociepłownia  zdeterminowana 

jest cechami głównych produktów wytwarzanych przez zakład: energii elektrycznej i ciepła. 
Dokonując analizy tych cech można między innymi stwierdzić, że: 

  w systemie elektroenergetycznym – będącym wielkim obwodem elektrycznym 

złożonym  ze  źródeł  (elektrowni,  elektrociepłowni)  i  odbiorników  energii 
(przemysł,  odbiorcy  komunalni)  –  produkcja  i  zużycie  energii  elektrycznej 
związane są nierozerwalnie ze sobą w czasie, czyli podaż w każdej chwili musi 
równoważyć popyt,  

  zapotrzebowanie  na  energię  i  ciepło  produkowane  w  zakładzie  zmienia  się  w 

czasie  (w  ciągu  doby,  w  poszczególnych  dniach  tygodnia,  w  poszczególnych 
sezonach) i zależy od wielu czynników, które są możliwe do prognozowania w 
większym lub mniejszym stopniu, 

  energia  elektryczna  to  najdogodniejsza  postać  tzw.  energii  użytkowej  ze 

względu  na  fakt,  że  w  łatwy  sposób  można  ją  przesyłać  na  duże  odległości, 
jednak  jej  dużą  wadą  są  trudności  związane  z  magazynowaniem,  a  niedobór 
energii  w  systemie  elektroenergetycznym  musi  być  natychmiast  równoważony 
przez zwiększenie produkcji elektrowni. 

Z  drugiej  strony  cechy  energii  elektrycznej  jako  nośnika  energii  oraz  powszechność  jej 
wykorzystania w gospodarce decydują o strategicznym znaczeniu jakie dla kraju i lokalnych 
społeczności  ma  funkcjonowanie  elektroenergetyki.  W  skali  lokalnej  niebagatelną  rolę 
odgrywa także produkcja i sprzedaż ciepła. 

Bardzo ważnym elementem działalności przedsiębiorstwa jakim jest elektrociepłownia, 

jest  odpowiedni  system  zarządzania  dotyczący  zamówień  i  dostaw  paliwa  energetycznego 

background image

(głównie węgla kamiennego) oraz jego przepływu wewnątrz zakładu. Okazuje się, ze koszty 
związane  z  wszystkimi  tymi  procesami  stanowią  ponad  40 %  kosztów  działalności 
przedsiębiorstwa.  Kolejnym  elementem,  na  który  należy  zwrócić  uwagę,  to  problem 
odprowadzania,  składowania  czy  dystrybucji  odpadów  powstałych  w  wyniku  procesu 
produkcyjnego (głównie żużel i popiół). Część z tych odpadów trafia na własne składowiska, 
część  do  firm  dystrybucyjnych,  których  działalność  związana  jest  ze  sprzedażą  odpadów  i 
eksploatacją składowiska. Popyt na odpady ma charakter sezonowy i nie jest skoordynowany 
z podażą tego produktu. Wynika to z faktu, że w okresie szczytu jesienno-zimowego, w czasie 
którego powstają duże ilości odpadów, zapotrzebowanie na nie jest dużo niższe niż w okresie 
letnim (wtedy to w wyniku mniejszej produkcji mniej jest popiołu i żużla). 

Zadania wynikające ze specyfiki działania przedsiębiorstwa są ściśle powiązane między 

sobą oraz innymi podsystemami (np. produkcyjnym) za pomocą złożonych relacji. Podejście 
systemowe  do  rozwiązywania  zadań  logistycznych  daje  możliwość  kompleksowej  analizy 
rozpatrywanych  procesów.  Zasada  podejścia  systemowego  w  badaniu  problemów 
logistycznych opiera się na traktowaniu przedsiębiorstwa jako  systemu złożonego z celowo 
powiązanych części, dążącego do optymalnej realizacji celów globalnych. Ujęcie systemowe 
koncentruje  się  na  wiedzy  o  działalności  koordynującej  i  może  być  traktowane  jako  inne 
podejście  do  zarządzania  przedsiębiorstwem,  a  mianowicie  jako  zarządzanie  logistyczne. 
System  jest  to  pewna  całość  tworzona  przez  określony  zbiór  obiektów  i  powiązań  między 
nimi,  rozpatrywana  z  określonego  punktu  widzenia,  mający  przy  tym  takie  właściwości, 
których  nie  posiadają  jego  elementy.  Dla  wyjaśnienia  funkcjonowania  całego  systemu  nie 
wystarcza objaśnienie jego elementów składowych, lecz konieczne jest określenie charakteru 
związków  między  tymi  elementami.  Potraktowanie  organizacji  gospodarczej  jako  celowego 
systemu  składającego  się  z  wzajemnie  powiązanych  elementów,  pozwala  na  wyodrębnienie 
podsystemu realizującego zadania stawiane logistyce. Ponieważ ujęcie systemowe stawia na 
pierwszym  planie  poznanie  związków  między  poszczególnymi  elementami  systemu,  to 
decyzje  dotyczące  określonego  elementu  muszą  uwzględniać  jego  wkład  w  poziom 
efektywności  całego  systemu.  Jeśli  w  jednym  z  podsystemów  wystąpią  zakłócenia,  to 
przyczyn  nie  należy  szukać  wyłącznie  w  tym  podsystemie,  lecz  także  w  pozostałych 
elementach systemu logistycznego. 

Charakterystyka  procesów  logistycznych  zachodzących  w  elektrociepłowni  oraz  ich 

związki  z  innymi  procesami  przedsiębiorstwa  (szczególnie  z  systemem  produkcyjnym) 
skłania  do  przyjęcia  założenia  o  ich  złożonym  charakterze.  Opisane  powyżej  problemy 
mieszczą  się  w  ramach  procesów  logistycznych  oraz  mogą  i  powinny  być  przedmiotem 
zainteresowania zarządzania logistycznego. Modelowanie tak złożonych problemów wymaga 
zastosowania  metod  i  narzędzi  z  obszaru  sztucznej  inteligencji  tzn.  sztucznych  sieci 
neuronowych, modeli opartych na logice rozmytej oraz kombinację tych technik z systemami 
ekspertowymi.  Koncepcja  systemu  wspomagania  decyzji  w  zakresie  podejmowania  decyzji 
logistycznych  opiera  się  o  wykorzystanie  zarówno  metod  statystycznych  jak  i  metod  z 
obszaru  sztucznej  inteligencji,  począwszy  od  prognozowania,  poprzez  modelowanie  i 
symulację procesów, aż do budowy hybrydowego systemu wspomagania decyzji złożonego z 
kilku  podsystemów  (rys.1).  Wśród  najważniejszych  podsystemów  wyróżnić  należy 
podsystem służący do prognozowania zapotrzebowania na energię elektryczną (podsystem A) 
oraz  podsystem  wykorzystywany  do  modelowania  i  symulacji  odpowiednich  procesów 
technologicznych  jak  i  systemów  wspomagających  produkcję  energii  (podsystem  B).  Na 
rysunku  1  przedstawiono  schemat  blokowy  ilustrujący  koncepcję  budowy  hybrydowego 
systemu wspomagania decyzji logistycznych.  
 
 

background image

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Rys. 1. Koncepcja budowy hybrydowego systemu wspomagania decyzji logistycznych. 

3.  METODY PROGNOZOWANIA W SYSTEMACH LOGISTYCZNYCH 

Prognozowanie  polega  na  wnioskowaniu  o  zdarzeniach  nie  znanych  na  podstawie 

zdarzeń znanych. Prognozowanie możemy podzielić na: 

- racjonalne  –  gdy  podane  zostały  przesłanki  i  został  zachowany  związek  między 

przesłankami a wynikiem, 

- zdroworozsądkowe – gdy przesłanki i tok wnioskowania oparty jest na doświadczeniu, 
- naukowe – gdy w procesie wnioskowania wykorzystuje się dorobek nauki, 
- nieracjonalne  –  gdy  przesłanki  nie  zostały  podane  i/lub  nie  zachowano  związku 

między przesłankami a konkluzją. 

W  prognozowanym  zjawisku  (np.  poziomie  sprzedaży  w  przedsiębiorstwie)  mogą 

zachodzić  zmiany  zarówno  ilościowe  jak  i  jakościowe.  Zmiany  ilościowe  to  zmiany 
polegające  na  zmianach  wartości  zmiennej  prognozowanej,  zgodnie  z  zaobserwowanymi 
prawidłowościami. Zmiany jakościowe polegają na zmianie dotychczasowych prawidłowości 
np.  zmianie  czynników  zewnętrznych  oddziaływujących  na  zmienną  prognozowaną.  Ze 
względu  na  okres  którego  prognoza  dotyczy,  prognozowanie  dzielimy  na  krótkookresowe, 
średniookresowe oraz długookresowe. 

Prognoza  krótkookresowa  –  to  prognoza  na  taki  odcinek  czasu  (horyzont),  w  trakcie 

którego  w  prognozowanym  zjawisku  zachodzą  tylko  zmiany  ilościowe.  Prognoza 
średniookresowa  –  prognoza  budowana  na  taki  odcinek  czasu,  podczas  którego  w 
prognozowanym  zjawisku  występują  nie  tylko  zmiany  ilościowe,  ale  i  niewielkie  zmiany 
jakościowe. Prognoza długookresowa – budowana jest na taki odcinek czasu, podczas którego 
w prognozowanym zjawisku zachodzą zarówno zmiany ilościowe jak i jakościowe. 

Najczęściej  używane  narzędzia  do  prognozowania  zapotrzebowania  na  energię 

elektryczną  stosowane  przez  firmy  zajmujące  się  produkcją  i  handlem,  stanowią  hybrydy 
kilku  elementarnych  typów  modeli  statystycznych.  Do  podstawowych  technik 

OBIEKT 

Decyzje 

Podsystem A 

Podsystem B 

WE 

WY 

background image

prognostycznych, zwłaszcza jeżeli chodzi o prognozy krótkoterminowe, należą modele Boxa-
Jenkinsa  (ARIMA,  SARIMA),  wygładzanie  wykładnicze,  regresja  wielokrotna, 
dekompozycja  sezonowa  Census  I,  dekompozycja  widmowa.  Metody  te  opierają  się  na 
analizie  statystycznej  badanego  szeregu  czasowego.  Ostatnie  lata  zaowocowały  bogactwem 
opracowań  całkowicie  nowych  niekonwencjonalnych  technik  bazujących  na  metodach 
sztucznej  inteligencji.  Należą  do  nich  sztuczne  sieci  neuronowe,  logika rozmyta,  algorytmy 
genetyczne.  Z  każdym  rokiem  ukazuje  się  coraz  więcej  publikacji  opisujących  nowe 
zastosowanie powyższych technik, jak i ich modeli hybrydowych czyli łączących z sobą co 
najmniej  dwóch  powyższych  metod.  W  procesie  budowy  hybrydowego  systemu 
wspomagania  decyzji  logistycznych  planuje  się  zastosowanie  kombinację  wyżej 
wymienionych  metod,  gdyż  pozwalają  one  na  wykorzystanie  wiedzy  ekspertów  z  danej 
dziedziny poprzez zapisanie jej np. w stosownej bazie reguł systemu rozmytego.  

4.  METODY MODELOWANIA I SYMULACJI PROCESÓW 

Złożoność  procesów  logistycznych  elektrociepłowni  wymusza  stosowanie  do  analizy 

ich  dynamicznego  zachowania  efektywnych  metod  wspomagania  komputerowego 
wykorzystujących modelowanie i symulację. Ze względu na ich charakter procesy związane z 
produkcją i systemami logistycznymi można podzielić na: 

  procesy ciągłe – głównie te, dotyczące systemu produkcyjnego, 

  procesy dyskretne (sterowane zdarzeniami) – związane z układem dostarczania 

węgla i surowców pomocniczych oraz z dystrybucją odpadów paleniskowych. 

Badanie dynamicznych zachowań w sferze logistycznej przedsiębiorstwa nie może być 

dokonywane bez uwzględnienia wpływu na te zachowania systemu produkcyjnego. Z punktu 
widzenia  modelowania  system  produkcji  energii  elektrycznej  i  ciepła  jest  systemem  bardzo 
złożonym, w którym dochodzi do reakcji chemicznych oraz wielokrotnych przemian energii. 
Wykorzystując  tradycyjne  metody  analityczne  dynamika  takich  procesów  opisana  była  by 
przy pomocy równań różniczkowych (zwykłych,  liniowych, ale zazwyczaj nieliniowych i o 
parametrach  rozproszonych).  Taki  sposób  modelowania  i  identyfikacji  tak  złożonych 
systemów  wydaje  się  być  zbyt  trudny  do  realizacji,  a  wyniki  pracy  modelu  (zbudowanego 
przy  założeniu  zbyt  dużych  uproszczeń)  mogą  być  nieodpowiednie,  uniemożliwiając  ich 
wykorzystanie  w  procesie  podejmowania  decyzji.  Dlatego  też  planuje  się  budowę  modelu 
procesu  produkcyjnego  z  wykorzystaniem  sztucznych  sieci  neuronowych  oraz  logiki 
rozmytej. 

Procesy logistyczne związane z przepływem materiałów można przyjąć jako dyskretne 

sterowane  zdarzeniami  (np.  przywóz  węgla,  odbiór  ze  składowiska,  pobranie  do  produkcji, 
itp.). Procesy takie można modelować m.in. przy pomocy sieci Petriego, języków symulacji 
dyskretnej  czy  specjalizowanych  symulatorów  wykorzystujących  osiągnięcia  nauki  m.in.  z 
zakresu teorii sterowania, teorii automatów, procesów stochastycznych i wielu innych[1]. 

Z uwagi na ograniczenia panujące w przedsiębiorstwie, a konkretnie dostępność danych 

o procesach (dla wybranych procesów dane te są rzetelne, jednak dla wielu z reguły niepełne i 
niepewne) planuje się wykorzystanie zarówno metod analitycznych jak i metody opartych o 
sztuczne  sieci  neuronowe  czy  logikę  rozmytą.  W  wielu  konkretnych  zastosowaniach 
kombinacja kilku określonych metod przynosi lepsze rezultaty niż wykorzystanie kilku metod 
pojedynczo  dla  każdego  przypadku.  Dzięki  takiemu  podejściu  można  uwzględnić  zjawiska 
występujące w systemach logistycznych, zarówno te zdeterminowane jak i te, których natura 
ma charakter stochastyczny oraz takie, na temat których wiedza i dane są niepełne i niepewne. 

background image

Budowa takich modeli umożliwi  serię eksperymentów symulacyjnych typu  what-if, których 
wyniki mogą być zbiorem informacji użytecznych w procesie podejmowania decyzji. 

5.  WNIOSKI 

Dążenie do budowania i wykorzystywania modeli hybrydowych w celu analizy zachowań 

procesów  czy  systemów  mieści  się  w  ramach  aktualnych  tendencji  i  kierunków  badań 
naukowych. Obszar zastosowania proponowanego rozwiązania został wybrany ze względu na 
bardzo  duże  znaczenia  sektora  energetycznego  dla  gospodarki  krajowej  oraz  aktualność 
problematyki  spowodowaną  wejściem  Polski  do  Unii  Europejskiej  (konieczność  sprostania 
wymaganiom Dyrektywy UE nr 2003/54/EC i silnej konkurencji zagranicznej). Jak wynika ze 
wstępnych badań przeprowadzonych w Elektrociepłowni Łagisza S.A., procesy logistyczne są 
najmniej  zbadanymi  procesami  w  elektrowniach  cieplnych  w  sensie  ilościowym,  a  ich 
optymalizacja pozwoli na znaczne obniżenie tzw. kosztów logistycznych w przedsiębiorstwie. 
Ze względu na wymienione wyżej problemy tematyka referatu dotyczy ważnych i aktualnych 
zagadnień  związanych  z  procesem  podejmowania  decyzji  w  systemach  zarządzania 
przedsiębiorstwem energetycznym.  

LITERATURA 

[1]  Bukowski  L.,  Karkula  M.:  The  simulation  of  Logistic  Processes  using  DOSIMIS-3  Simulator, 

Miezinarodni    Konference    Financni  a    Logisticke    Rizeni,    Srdce  Beskyd,  25-26.6.2003, 
str. 296-300. 

[2]  Kosko B.: Neural Networks and Fuzzy Systems, Prentice – Hall 1992. 
[3]  Korbicz  J.,  Kościelny  J.  M.,  Kowalczuk  Z.,  Cholewa  W.:  Diagnostyka  procesów.  Modele. 

Metody sztucznej inteligencji. Zastosowania, WNT Warszawa 2002. 

[4]  Laudyn D., Pawlik M., Strzelczyk F.: Elektrownie, WNT Warszawa 2000. 
[5]  Mori H., Urano S.: Short-Term Load Forecasting with Chaos Time Series Analysis, IEEE 1996. 
[6]  Smalko Z.: Modelowanie eksploatacyjnych systemów transportowych, Radom 1996. 
[7]  Zieliński  J.S.:  Expert  Systems  in  Electrical  Power  Systems,  Inżynieria  Wiedzy  i  Systemy 

Ekspertowe, Wrocław 1997, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej. 

 

Praca naukowa finansowana ze środków Komitetu Badań Naukowych w latach 2005-2007 jako projekt badawczy.

 

THE CONCEPTION OF HYBRID SYSTEM OF DECISION MAKING IN RANGE OF SUPPLY AND 

THE TRANSPORTATION IN LOGISTIC SYSTEMS 

ABSTRACT 

Many decision-making tasks are very complex, but the systems of aid of decision making which are build 

currently are based on classical models, and the assumptions which was accepted during building of this systems 
are  running  away  from  current  realities.  The  solutions  are  exist  in  range  of  transportation  which  go  out  from 
limitation  of    linearity,  but  they  are  only  partially  solutions,  not  system  solution  in  logistic  conception.  In  the 
paper the conception of build a expert system, which is helping make logistic decisions in range of transportation 
and supply, in character of open hybrid system was proposed.  The system was build using the newest techniques 
of  modeling  the  complex  and  non  -  linear  processes  with  use  e.g.  fuzzy  logic.  Fuzzy  logic  allows  decision 
making with estimated values under incomplete and uncertain information.