автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Оптимизация функционирования информационной системы административного управления на основе теории расписаний

Введение

Ь Информационные системы административного управления

1.1. Особенности функционирования информационных систем 12 административного управления

1.2. Различные способы формализации информационной систе- 14 мы административного управления

1.2.1. Формальная схема функционирования иерархической систе- 15 мы управления

1.2.2. Декомпозиционный подход к моделированию организацион- 21 ных структур

1.3. Анализ вариантов оптимизации функционирования админи- 26 стративной информационной системы

1.3.1. Алгоритмы оптимизации структур сложных систем

1.3.2. Механизм управления проблемами

1.3.3. Модель деятельности аппарата управления при принятии 34 решений

1.3.4. Методология решения задач планирования управления ма- 35 лых организаций социальной сферы

Выводы и постановка задач исследования

2. Оптимизация на основе теории расписаний

2.1. Некоторые понятия и определения теории расписаний

2.2. Построение расписаний для системы конвейерного типа

2.3. Применение теории двойственности к решению задач теории 57 расписаний

2.4. Получение алгоритма решения задачи теории расписаний

2.5. Решение задачи о назначениях

Выводы второй главы

3. Формализация задачи обслуживания административной сис- 80 темы управления и получение алгоритма ее решения

3.1. Формализация задачи в терминах теории расписаний

3.2. Математическая модель функционирования информацион- 86 ной системы административного управления малой организации

3.3. Получение алгоритма решения задачи

3.4. Получение фактического расписания выполнения работ

3.5. Формальная схема функционирования системы поддержки 98 структур управления на основе теории расписаний

Выводы третьей главы

4. Практическая реализация и внедрение результатов диссерта- 107 ционной работы

4.1. Структура программного комплекса

4.2. Описание функционирования программного комплекса

4.3. Апробация и внедрение результатов оптимизации функцио- 118 нирования системы управления

Выводы четвертой главы

Актуальность темы. Мировая и отечественная наука достигла значительных успехов в разработке теории и в практике организации управления и принятия решений, определяющих повышение эффективности управления организаций на основе использования современных управленческих технологий, базирующихся на возможностях вычислительной техники, новых информационных технологий, на достижениях математической теории. Объективной характеристикой функциональных возможностей системы управления является время ее реакции на внезапные изменения условий деятельности организации. Время реакции системы управления является минимальным циклом управления и зависит как от совершенства самой организации, так и от характера внезапного изменения условий функционирования организации. Быстрота реакции на внезапные изменения ситуации (условий функционирования) характеризует адаптивные свойства организации, так как является пределом ее управленческих возможностей. Поэтому важным является разработка общих информационных схем, основанных на математическом описании и моделировании функционирования систем. Такие формальные схемы позволяют оптимизировать функционирование систем поддержки структур управления, помогают вырабатывать рациональное управление.

Неотъемлемой частью процесса управления является планирование. Для малых организаций социальной сферы задачи планирования состоят в эффективной организации деятельности по выполнению заявок заказчиков в кратчайший срок. Заявки, имеющие различную степень сложности, продолжительность выполнения, приоритетность, поступают в систему неодновременно, и известны директивные сроки завершения их обслуживания. Требуется предложить эффективный вариант функционирования социально-экономической организации на основе эффективного распределения (упорядочивания) обслуживания заявок на приборах и оборудовании, предназначенного для их выполнения в определенном порядке.

Задачами упорядочивания занимается теория расписаний. Однако из-за большой размерности возникающих задач необходимо применение теории оптимизации. Существующие в настоящее время методы и алгоритмы либо не позволяют получить оптимального или близкого к нему решения, или при решении задачи осуществляется полный перебор всех возможных вариантов, что не является эффективным.

Таким образом, актуальность диссертационного исследования заключается в разработке метода, модели, алгоритма и программных средств для оптимального функционирования информационной системы административного управления элемента социальной сферы на основе теории расписаний с применением теории оптимизации.

Исследования проводились в соответствии с межвузовской комплексной научно-технической программой И.Т. 601 "Перспективные информационные технологии в высшей школе" и одной из основных программ Воронежского государственного технического университета "Проблемно-ориентированные системы управления".

Цель и задачи исследования. Целью работы является формирование оптимального функционирования информационной системы административного управления социально-экономическими организациями на основе теории расписаний, обеспечивающего ее выживание и развитие в современных условиях.

Достижение данной цели предполагает решение следующих задач: проанализировать информационные системы административного управления и выявить особенности и закономерности их функционирования; разработать схему решения задачи оптимизации функционирования систем административного управления социальными организациями, учитывающую их особенности; разработать математическую модель обслуживания информационной административной системы управления, ориентированную на организацию эффективного функционирования социально-экономической организации; разработать алгоритм поиска решения задачи управления на основании теории расписаний и использовании элементов теории оптимизации; разработать комплекс компьютерных программ оптимизации функционирования систем административного управления; практическая реализация и апробация разработанных моделей и алгоритмов для интеллектуальной поддержки принимаемых решений в малых организациях социальной сферы.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались основные положения системного анализа, методы статистического анализа, методы моделирования, методы исследования операций, методы оптимизации, математическое программирование, теория двойственности, теория расписаний, теория принятия решений.

Научная новизна. В работе получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной: математическая модель функционирования информационной системы административного управления малой организации в виде линейной целочисленной модели задачи составления расписаний для системы конвейерного типа, отличающаяся учетом различных моментов поступления заявок на выполнение работ и наличием директивных сроков завершения их обслуживания; подход к решению задач теории расписаний, основанный на применении теории двойственности и теории оптимизации, позволяющий получать приемлемые решения для задач, принадлежащих классу алгоритм решения задачи составления расписаний для системы конвейерного типа, основанный на переходе к двойственной задаче в терминах функции Лагранжа с последующим использованием схемы алгоритма Удзавы; формализация задачи применения элементов теории расписаний к построению формальных схем функционирования систем поддержки структур управления, учитывающая различные варианты технологических маршрутов движения аналитических и управленческих потоков информации.

Практическая значимость и результаты внедрения. Предложенные в диссертационной работе модели и алгоритмы оптимизации функционирования информационной системы административного управления за счет рациональной организации выполнения работ, учитывающие различные моменты поступления заявок в систему на обслуживание и наличие директивных сроков их выполнения, позволяют дополнить математическое обеспечение управления социально-экономическими организациями, повышают производительность труда сотрудников. Выполнение составляемых с помощью этого подхода расписаний приводит к резкому сокращению времени межоперационного простоя, что ведет к увеличению объема выполняемых работ и, следовательно, к увеличению дохода.

Результаты диссертационной работы внедрены в работу лаборатории массовых анализов Воронежского государственного аграрного университета имени К.Д. Глинки, отдела химико-аналитического контроля кормов, почв и агрохимикатов ГЦАС "Воронежский".

Апробация результатов исследования. Научные результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции "Интеллектуальные информационные системы" (Воронеж, 1999-2000); III Всероссийской научно-технической конференции "Информационные технологии и системы" (Воронеж, 1999); I Всероссийской научно-технической конференции "Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве" (Нижний Новгород, 1999); Ь студенческой научной конференции (ВГАУ, 1999).

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 11 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 99 наименований, приложений. Основная часть работы изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 18 рисунков и 9 таблиц.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Выделены характерные особенности процессов управления в социальных и экономических системах и определены пути интеллектуальной поддержки процесса принятия решений на основе совершенствования математического аппарата.

2. Разработаны математические модели на основе теории расписаний обслуживания информационной системы административного управления, ориентированные на организацию эффективного функционирования социально-экономической организации.

3. Разработан математический аппарат, позволяющий находить эффективный вариант функционирования организации, использующий методы теории расписаний, теории оптимизации.

4. Разработан алгоритм поиска решения задачи управления, основанный на предложенном подходе к решению задач теории расписаний.

5. Разработана процедура корректировки полученного расписания с учетом поступления в систему новых заявок, в том числе с приоритетами.

6. Предложена формализация задачи применения элементов теории расписаний к построению формальных схем функционирования систем поддержки структур управления, учитывающая различные варианты технологических маршрутов движения аналитических и управленческих потоков информации и позволяющая структуризовать существо задачи.

7. Предложенные в диссертационной работе модели и алгоритмы реализованы в виде программного комплекса Schedule, обеспечивающего оптимизацию функционирования информационных систем административного управления за счет составления расписаний выполнения работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Агеев В.М., Павлова Н.В., Петров В.В. О регуляризации алгоритмов обработки информации в задачах управления // Автоматика и телемеханика. 1995, .№9. С. 73-81.

2. Амосов A.A., Дубинский Ю.А., Копченова Н.В. Вычислительные методы для инженеров. М.: Высш. шк., 1994. - 544 с.

3. Аснина А.Я., Баева Н.Б., Чернышова Г.Д. Вычислительные методы линейной оптимизации. ВГУ, 1987. 189 с.

4. Аснина А.Я., Толоконникова О.В. Применение теории двойственности к решению задач теории расписаний // Высокие технологии в технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 1997. 4 1. С. 30-36.

5. Баранов В.В., Матросов В.М. Структуры систем динамического принятия решений. I, II. // Изв. Рос. АН. Теория и системы управления. 1997, № 1. С.5-15. № 2. С. 5-16.

6. Боглаев Ю.П. Вычислительная математика и программирование. М.: Высш. шк., 1990. - 544 с.

7. Бурков В.Н., Еналеев А.К., Новиков Д.А. Механизмы функционирования социально-экономических систем с сообщением информации // Автоматика и телемеханика. 1996, .№ 3. С. 3-25.

8. Бурков В.Н., Ириков В.А. Модели и методы управления организационными системами. М.: Наука, 1994. - 270 с.

9. Гольштейн Е.Г., Юдин Д.Б. Задачи линейного программирования транспортного типа. -М.: Наука, 1969. С. 165-179.

10. Гордон B.C. Параллельные алгоритмы решения задач теории расписаний// Автоматика и телемеханика. 1992.№ 5. С. 97-106.

11. Горев А., Ахаян Р. Эффективная работа с СУБД. СПб.: Питер, 1997. - 704 с.

12. Дарахвелидзе П., Марков Е. Delphi среда визуального программирования. - С-Пб.: BHV, 1996. - 352 с.

13. Еремин И.И. Противоречивые модели оптимального планирования. --М.: Наука, 1988. 160 с.

14. Иванов Ю.Н., Токарев В.В., Уздемир А.П. Математическое описание элементов экономики. М.: Физматиздат, 1994. - 326 с.

15. Информационные системы в экономике: Учебник. Под редакцией В.В. Дика. М.: Финансы и статистика, 1996. - 272 с.

16. Исследование операций (в 2-х томах). М.: Мир, 1992.

17. Зацепина С.А., Львович Я.Е., Фролов В.Н. Теория управления. Учебное пособие. Воронеж: ВГУ, 1989. 197 с.

18. Карасев А.И., Кремер Н.Ш., Савельева Т.И. Математические методы и модели в планировании. -М.: Экономика, 1987. 236 с.

19. Катериночкина H.H. Алгоритм локального поиска одного класса задач целочисленного линейного программирования // Журн. выч. математики и матем. физики. 1997. Т. 37. № 2. С. 250-256.

20. Конвей Р.В., Максвелл В.Л. Теория расписаний. М.:Наука, 1975.360 с.

21. Коротаева Л.Н., Назаров Э.М., Ченцов А.Г. Об одной задаче о назначениях. // Журн. вычисл. математики и мат физики. 1993. Т 33, .№ 4. С. 483494.

22. Косарев Н.Г., Уздемир А.П. Динамическая задача планирования научных исследований и разработок и метод ее решения // Автоматика и телемеханика. 1977. № 1. С. 62-73.

23. Кричевский P.JI. Если Вы руководитель. М.,1992.

24. Кумагина Е.А. Об одном подходе к решению задач упорядочения // «Интеллектуальные информационные системы»: Труды Всерос. конф. Воронеж, 1999. С.61.

25. Лагоша Б.А., Шаркович В.Г., Дегтягева Т.Д. Методы и модели совершенствования организационных структур. М.: Наука, 1988. - 189 с.

26. Ларионов А.И., Юрченко Т.И., Новоселов А.Л. Экономико-математические методы в планировании. М.: Высшая школа, 1991. - 239 с.

27. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. Вербальный анализ решений. М.: Наука, 1996.

28. Ларичев О.И., Стернин М.Ю. Человеко-машинные методы решения многокритериальной задачи о назначениях // Автоматика и телемеханика. 1998, .№7. С. 135-156.

29. Левин В.И. Оптимизация расписаний в системах с неопределенными временами обработки. 1,11. // Автоматика и телемеханика. 1995. № 2. С. 99-110, №3. С. 106-116.

30. Левин В.И. Задача трех станков с неопределенными временами обработки// Автоматика и телемеханика. 1996, .№ 1. С. 109-120.

31. Литвак В.И. Управленческие решения. Учебник. М.: ЭКМОС, 1998. - 248 с.

32. Литвак Б.Г. Экспертные оценки и принятие решений. М.: Патент, 1996.- 184 с.

33. Малишевский A.B. Качественные методы в теории сложных систем. -М.: Наука, 1998.- 528 с.

34. Мишенин А.И. Теория экономических информационных систем. -М.: Финансы и статистика, 1993. 166 с.

35. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. М.: Мир, 1990.-208 с.

36. Новиков Д.А. Оптимальность правильных механизмов управления активными системами. I. Механизмы планирования. // Автоматика и телемеханика. 1997. №2. С. 154-161.

37. Основы научного управления социально-экономическими процессами. Под редакцией Бёлоусова P.A.

38. Паркинсон С.Н., Рустомджи М.К. Искуство управления. М.: Агенст-во «ФАИР», 1997.

39. Перегудов Ф.И., Тарасенко В.П., Ехлаков Ю.П. и др. Информационные системы для руководителей. М.: Финансы и статистика, 1989. - 176 с.

40. Подиновский В.В., Стерхова О.В. Модели оценки эффективности самостоятельных управленческих единиц // Вест. Моск. Ун-та. Сер 15. Вычислительная математика и кибернетика. 1997, .№ 1. С. 23-28.

41. Попов Э.В., Шапот М.Д. и др. Статистические и динамические экспертные системы. М.: Финансы и статистика, 1996. - 320 с.

42. Поппель Г., Голдстаей Б. Информационная технология миллионные прибыли. - М.: Экономика, 1990. - 299 с.

43. Прилуцкий М.Х. Многокритериальное распределение однородного ресурса в иерархических системах // Автоматика и телемеханика. 1996, .№ 2. С. 139-146.

44. Саатти Т. Принятие решений. Методы анализа иерархий. / Пер.с англ. М.: Радио и связь, 1993. - 320 с.

45. Сергеев С.И. Условия оптимальности в задачах дискретной оптимизации// Автоматика и телемеханика, 1997.№ 3. С. 3-19.

46. Сергеев С.И. Оценка разрыва двойственности в задачах дискретной оптимизации // Автоматика и телемеханика. 1995.№ 3. С. 29-33.

47. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учебник для вузов. Высш. шк., 1998. - 319 с.

48. Соловьев А.К., Кузнецов B.C. Автоматизированная технология планирования научно-производственной деятельности. М.: Финансы и статистика, 1991.- 126 с.

49. Солодовников В.В, Тумаркин В.И. Теория сложности и проектирование систем управления. М.: Наука, 1990. - 168 с.

50. Схрейвер А. Теория линейного и целочисленного программирования. Т. 1,2.-М.: Мир, 1991.

51. Танаев B.C., Гордон B.C., Шафранский Я.М, Теория расписаний. Одностадийные системы. М.: Наука, 1984. - 348 с.

52. Танаев B.C., Состсков Ю.Н, Струсевич В.А. Теория расписаний. Многостадийные системы. М.: Наука, 1989. - 356 с.

53. Теория расписаний и вычислительные машины. Под редакцией Э.Г. Кофмана. М. Наука, 1984. - 334 с.

54. Топка В.В. Вероятностная модель планирования исследований и разработок с линейными ограничениями // Автоматика и телемеханика. 1997. № 4. С. 232-237.

55. Трантенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. М.: Синтег, 1998.- 376 с.

56. Тюкачев H.A., Свиридов Ю.Г. Проектирование баз данных в Delphi. -Воронеж: Биомин, 1998.- 190 с.

57. Хоботов E.H. Некоторые замечания к теории Джонсона // Автоматика и телемеханика. 1995, № 10. С. 186-187.

58. Хоботов E.H. Использование оптимизационно-имитационного подхода для решения задач планирования и выбора маршрутов обработки. I, II // Автоматика и телемеханика. 1996, .№ 1. С. 121-128. № 2. С. 147-155.

59. Шапиро В.Д. Управление проектами. С.-Петербург, 1996. - 512 с.

60. Шмелев В.В. Динамические задачи календарного планирования // Автоматика и телемеханика. 1997. № 1.С. 121-125.

61. Управление персоналом. Под редакцией Еремина Б.Л. М.: ЮНИТИ, 1998.- 422 с.

62. Уздемир А.П. Динамические целочисленные задачи оптимизации в экономике. М.: Физматлит, 1995.

63. Уздемир А.П., Шмелев В.В. Обобщенная задача календарного планирования дискретного производства. I-II. // Автоматика и телемеханика. 1999,.№ 2. С. 103-111. №4. С. 103-110.

64. Файоль А., Эмерсон Г., Тэйлор Ф., Форд Г. Управление это наука и искусство. - М. 1992.

65. Франчук В.И. Основы современной теории организации. М.: Академия организационных наук, 1995. - 326 с.

66. Федоров A. Borland Pascal: практическое использование Turbo Vision 2.0. 1995.

67. Цыгичко В.Н. Руководителю о принятии решений. - М.:ИНФРА-М, 1996.- 272 с.

68. Юрочкин А.Г. Системотехнический анализ и синтез проектируемых распределенных систем / Информационные технологии и системы, № 1, МАИ ВО, Воронеж, 1996.

69. Юрочкин А.Г., Собенина О.В. Алгоритм получения расписания административного управления, учитывающий оптимальный порядок обслуживания заявок. // "Интеллектуальные информационные системы": Труды Всерос. конф. Воронеж, 2000. С.63-64.

70. Юрочкин А.Г., Толоконникова О.В. Моделирование оптимального календарного планирования функционирования организации // «Интеллектуальные информационные системы»: Труды Всерос. конф. Воронеж, 1999. С. 10.

71. Юрочкин А.Г., Толоконникова О.В. Методология решения задач планирования управления малых организаций социальной сферы // Прикладные задачи моделирования и оптимизации. 4.1: Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж, 1999. С. 39-44.

72. Юрочкин А.Г., Толоконникова О.В. Программный комплекс административной информационной системы управления организации социальной сферы// Современные технологии обучения. Воронеж, ВГАУ, 1999.

73. Юрочкин А.Г., Толоконникова О.В. Оптимизационная модель управления малой организации социальной сферы // "Интеллектуальные информационные системы" ч. 2: Труды Всерос. конф. Воронеж, 1999. С.7-8.

74. Эддоус М., Стэнсфильд Р. Методы принятия решений. М.: Аудит, ЮНИТИ, - 1997.

75. Argyris С. Organizational learning and management information systems.// Accounting, Organizations and Society, 2 (2), 1994. P. 18 24.

76. Butler R.J., Hickson D.J., Wilson D.C. Organizational power, politicking and paralysis.// Organization and Administrative Sciences, 8 (4), 1995. P. 3 8.

77. Butler R.J. Strategy and strategic choice: the case of telecommunications.// Strategic Management Journal, 7, 1992. P. 14 22.

78. Butler Richard. Designing organizations. A decision making perspective. -New York. 1995.- p. 256.

79. Burns T. User satisfaction with a service: power, task and the personal touch.// Journal of Management Studies, 17 (1), 1996. P. 4-12.

80. Carney M.G. Managing markets: implications for the make or buy decision.// Journal of Management Studies, 20 (2), 1995. P. 11 21.

81. Child J. Organization structure, environment and performance: the role of strategic choice.// Sociology, 6, 1997. P. 8 13.

82. Duncan R.G. Characteristics of organizational environments and perceived environmental uncertainly.// Administrative Science Quartely, 17(2), 1996. P. 11 -19.

83. Emery F.E., Trist E.L. The causal texture of organizational environments. // Human Relations 18,1994. P. 14-21.

84. Ginslerg M.I., Stohr E.A. Decision support systems: Issues and perspectives//Decision support systems. Amsterdam: North - Holland, 1982. P. 9-21.

85. Greenwood R. Organizational design types, tracks and the dynamics of strategic change.// Organization Studies, 9 (3), 1995. P. 15-21.

86. Huber G.P. The decision making paradign of organizational design.// Management Science, 32 (5), 1994. P. 17 24.

87. Ignall E. and Schräge L. Application of the Branch-and-Bound Technique to Some Flow Shop Scheduling Problems, Operations Peserch 13, № 3. 1965.

88. Johnson S.M. Optimal Two and Three - Stage Production Schedules with Setup Times Included, Nav. Res. Log. Quart 1. № 1. 1954.

89. Kerzner H. Project Management: A Systems Approach to Planning, Schedulling and Controlling. 4th. Edition. New York, Van Noatrad Renhold, 1992.- 1 -45 p.131

90. King J.R, Spachis A.S. Scheduling: Bibliographi and review // Int. J. Phisical Distribution and Material Manag. 1980. V. 10. 1 3. P. 100-132.

91. Mintzberg H. The design school: reconsidering the basic premises of strategic management.// Strategic management Journal, 11 (3), 1990. P. 11 17

92. Organization Theory: Structure designs and applications. Third edition. Stephen P. Robbins. San Diego Stste Univesity. 1990. - 1 - 140 p.

93. Powe C. Analyzing management decision making: further thoughts after the Bradford Studies.// Journal of Management Studies, 26, 1 (Jan.), 1989. P. 12-19.

94. Uzawa H. Iterative methods for concave programming.//Studies in linear and nonlinear programming . Stanford University Press, 1958.