автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Поддержка принятия решений при управлении распределением ресурсов в двухуровневых производственных системах

На

чпляр

ФИЛИППОВ Арсений Викторович

ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ УПРАВЛЕНИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ РЕСУРСОВ В ДВУХУРОВНЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ

Специальность 05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2004

Работа выполнена на кафедре вычислительной математики и кибернетики Уфимского государственного авиационного технического университета

Научный руководитель

канд. техн. наук, доц. БАБКОВА Елена Васильевна

Официальные оппоненты:

д-р техн. наук, проф. КАБАЛЬНОВ Юрий Степанович

канд. техн. наук

АБРАМОВА Марина Вадимовна

Ведущая организация

Башкирский государственный университет (г.Уфа)

Защита диссертации состоится «¿Р^ » г. _часов на заседании диссертационного совета Д-212.288.03

Уфимского государственного авиационного технического университета по адресу: 450000, Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан «__»_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.В. Миронов

&ÏY psj.u uuw j

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В экономике процесс принятия решений на всех уровнях управления происходит в сложных условиях, обусловленных противоречивыми тенденциями развития уровней иерархии, что не позволяет принять обоснованное согласованное решение по распределению ресурсов. В настоящее время в российской экономике, ориентированной на рыночные отношения, наряду с нехваткой ресурсов в отдельных секторах производства, существует проблема эффективного использования ресурсов с учетом, как внутренних тенденций развития производственных систем, так и учета поведения внешней среды (поведения поставщиков, рынка сбыта и др.)- Это относится ко всем прикладным задачам распределения ресурсов, таким как, задачи об оптимальных объемах распределения финансовых средств, предоставляемых предприятиям со стороны министерств; планирование численности сотрудников предприятия; распределения ограниченного количества материала по цехам; распределения объемов выпуска нескольких видов продукции для промежуточного потребления в производственной системе при условии увеличения прибыли объекта и другие.

Слабо разработанные вопросы поддержки принятия решений при управлении согласованным распределением дефицитных ресурсов с учетом изменения внешних и внутренних факторов функционирования двухуровневых систем приводят к ошибкам в принятии решений и как следствие к перерасходу дефицитного ресурса.

Таким образом, проблема распределения ресурсов существует в любом секторе экономики - от сельского хозяйства и промышленности до торговли и финансов, что и объясняет ее постоянную актуальность.

Решения по управлению распределением ресурсов в производственных системах принимаются руководителями, как правило, при наличии больших массивов информации сложной структуры. В этих условиях скорость принятия решений зависит как от профессионализма руководителей, так и от качества информационной технологии, которая должна обеспечить обработку больших объемов данных в сжатые сроки с нужной эффективностью.

В диссертационной работе проводится исследование процесса принятия решений при управлении распределением ресурсов, рассматриваются схемы распределения средств с учетом интересов как нижних, так и верхнего уровней, разрабатывается метод поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов в двухуровневых производственных системах и оценивается эффективность применения данного метода.

В основу разработок, выполненных в диссертации, были положены труды отечественных и зарубежных ученых: В.В. Леонтьева, JÏ.B. Канторовича, А.Г. Аганбегяна, А.Г. Гранберга, Н.Н. Моисеева, В.Н. Буркова, В.В. Кульбы, Г.Ф. Хахулина, Я. Корнай, Т. Липтака, М. Месаровича, А.Г. Рубинштейна, А.М.Алексеева, Б. Мургафа, К.А. Багриновского, Г.Ш. Рубинштейна, В.Ф. Венда, Х.А. Taxa, Т. Саати, И.Г. Поспелова, Д.А. Поспелова, Э.В. Попова, И.М. Бобко, В.Ф. Хорошевского, F ^^ьиц^дк]. U ЛЮДаоского. ЛИ. Юсу-

повой, Р. Ривеста, В.И. Дудорина, В.В. Шкурба, A.A. Вавилова, Б.Г. Тамма, Б.Г. Ильясова, Л.А. Исмагиловой.

Цель работы и задачи исследования. Цель работы - решение важной научно-практической проблемы, состоящей в разработке метода поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов в двухуровневых производственных системах на основе алгоритмов согласования и моделирования распределения средств.

В рамках поставленной цели были сформулированы следующие основные задачи исследования:

1) разработать математические модели двухуровневой оптимизации распределения ресурсов;

2) разработать алгоритм централизованного распределения ресурсов с процедурой согласования распределения средств между двумя уровнями производственной системы;

3) разработать структуру информационной системы анализа и оценки эффективности принятия решений при управлении распределением ресурсов;

4) разработать методику поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов;

5) разработать деловую игру для обучения пользователей методике поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов и оценить эффективность ее использования.

Методы исследования. Результаты исследований, а также разработка методики поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов базируются на основных положениях теории иерархических систем, методов системного анализа, математического программирования, методов исследования операций, методов планирования эксперимента, математической статистики, теории управления организационными системами, а также методов разработки объектно-ориентированного программного обеспечения.

На защиту выносятся:

1) Модель двухуровневой оптимизации распределения ресурсов, учитывающая пропорции объемов вложенных средств по видам затрат.

2) Алгоритм централизованного распределения ресурсов, использующий методы линейного программирования для решения задач верхнего и нижних уровней, а также содержащий разработанную процедуру согласования распределения средств на основе двойственных оценок задач нижних уровней.

3) Структура информационной системы поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов в двухуровневых производственных системах.

4) Методика поддержки принятия решений и оценки эффективности предлагаемого распределения средств на основе разработанных алгоритмов и моделирования параметров двухуровневой системы. Результаты исследования эффективности применения моделирования в реальной двухуровневой производственной системе. _ .. ..,

5) Методика повышения качества принятия решений за счет обучения специалистов с помощью деловой игры при управлении распределением ресурсов в двухуровневых производственных системах.

Научная новизна диссертационной работы состоит:

1) в разработанной модели двухуровневой оптимизации распределения ресурсов, а именно во введении коэффициента распределения средств между видами затрат, что позволяет управлять потоками распределения ресурсов с учетом интересов объектов нижнего уровня;

2) в разработанном алгоритме централизованного распределения ресурсов, содержащем процедуру согласования распределения средств между объектами верхнего и нижних уровней;

3) в предложенной структуре информационной системы распределения ресурсов, включающей комплексную поддержку принятия решений при осуществлении управления с использованием единой базы данных, обеспечивающей повышение быстродействия и учитывающей особенности функционирования двухуровневой производственной системы;

4) в разработанной методике поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов на основе разработанного алгоритма и моделирования параметров двухуровневой системы, учитывающей многоэтапный процесс получения допустимых решений;

5) в разработанном программном обеспечении, включающем элементы обучения пользователя распределению ресурсов.

Практическая значимость н введреине результатов работы.

Практическая ценность разработанных научных подходов к решению задач в двухуровневых производственных системах и принятия решений по распределению ресурсов заключается в том, что:

1) методика поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов на основе разработанных моделей и алгоритма позволяет:

а) распределять средства между объектами нижнего уровня с учетом эффективности их функционирования;

6) сократить время на принятие решений по распределению ресурсов.

2) Алгоритм моделирования параметров объектов верхнего и нижних уровней обеспечивает получение дополнительной информации о качестве распределения ресурсов в зависимости от изменения заданных параметров в двухуровневой производственной системе, а также служит основой для поддержки принятия решений по распределению ресурсов.

3) Комплексная методика обучения персонала принятию решений по распределению ресурсов на основе деловой игры сокращает время на принятие решений.

Методика поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов и программный продукт «Моделирование пропорций распределения ресурсов в двухуровневой системе» используются в ОАО «СТС Автодор» и ОАО «Управление строительными инвестициями» и позволили улучшить эф-

фективность вложения средств, а также сократить среднее время на принятие решения о распределении финансовых ресурсов.

Результаты работы внедрены в учебный процесс Уфимского государственного авиационного технического университета.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследования докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:

Международная научно-практическая конференция «Реформирование системы управления на современном предприятии» (Пенза, 2001);

Международная научно-практическая конференция «Проблемы и тенденции современного развития стран СНГ в условиях глобализации» (Пенза, 2002);

Пятая Всероссийская научно-техническая конференция «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве» (Н.Новгород, 2002);

Пятый Международный симпозиум «Компьютерные науки и информационные технологии» (Уфа, Россия, 2003);

Международная научно-практическая конференция «Приоритеты России 21 века: от биосферы и техносферы к ноосфере» (Пенза, 2003);

Международная научно-практическая конференция «Наука и практика. Диалоги нового века, 17-18 марта 2003 года» (Набережные Челны, 2003);

Первая Всероссийская научно-практическая конференция «Управление в социальных и экономических системах» (Пенза, 2003);

Шестой международный симпозиум «Интеллектуальные системы» (Москва-Саратов, 2004).

Основные положения отражены в 17 публикациях, в том числе 4 статьях в межвузовских сборниках и материалах конференций, а также получено 1 свидетельство регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из 152 страниц включающих 26 рисунков и 13 таблиц, введения, 4 глав, заключения, библиографии из 119 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дается общее описание проблемы по распределению ресурсов в производственных системах, определяется область исследования диссертационной работы, рассматриваются общие методы и подходы к решению двухуровневых задач распределения ресурсов.

Показано, что главной проблемой, возникающей при решении данных типов задач, является проблема принятия решений по управлению распределением централизованных ресурсов. Решение, принятое верхним уровнем по распределению средств, не всегда удовлетворяет потребностям нижних уровней.

В главе проведен анализ декомпозиционных методов решения двухуровневых задач с распределением ресурсов, рассмотрены принципы моделирования как инструмента решения и анализа ресурсных задач и поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов, приведен обзор блочных методов решения двухуровневых задач распределения ресурсов и выясне-

ны их недостатки, а также рассмотрены особенности пакетов прикладных программ моделирования.

Анализ сформулированной проблемы показал, что методы, которые служат систематической основой принятия решений в зависимости от классификации ресурсов, структуры модели и сферы ее использования (экономика, социальная сфера и т.п.) слабо разработаны. Нет механизма адаптации декомпозиционных алгоритмов к решению реальных производственных задач. Большинство методов не учитывают тот факт, что часто имеется множество решений. Именно тогда и возникает необходимость в поддержки принятия решений.

На основе анализа существующих проблем определен круг научных и практических задач, решение которых позволит сократить время на принятие решений, а также повысит эффективность распределения ресурсов в двухуровневых систем.

Во второй главе ставится задача исследования, разрабатываются математические модели двухуровневой оптимизации распределения ресурсов с учетом распределения средств между видами затрат (материальные затраты и затраты на социальную сферу), разрабатывается алгоритм централизованного распределения ресурсов с предложенной процедурой согласования на основе двойственных оценок задач нижних уровней, а так же предлагается схема поддержки принятия решений по распределению ресурсов в двухуровневой системе.

Общий случай распределения ресурсов показан в виде схемы на рис. 1.

Рис. 1. Распределение ресурсов в двухуровневой системе

Математическая модель задачи верхнего уровня распределения ресурсов в двухуровневой системе имеет вид:

Задача 1. Для заданных величин: B,w,N* ,N" ,cJ,kJ,lJ,n,j = \,n найти оптимальные значения ху, j = 1 ,п., удовлетворяющие условиям:

\xj\<N* ; j = \7n,

t Xj^B-,

j=i

tkjXj<B-w;

M

¿/^<5 (1-^);

M

n

M = ^CjXJ max >

j-i

где ху - объем средств, потребляемых j - м предприятием;

j - количество предприятий, j = 1, п; N", N" - соответственно верхние и нижние ограничения на объемы средств, потребляемых j - м предприятием (Nf >0;N" >0);

Cj - коэффициент эффективности вложения ресурса в j - е предприятие (рентабельность);

к], lj - соответствующие коэффициенты долевого вложения средств в основные фонды и социальную сферу j - го предприятия, к) + = 1;

В - общий объем средств, выделяемых верхним уровнем, В = F + L-, F, L - объемы средств, выделяемых верхним уровнем на развитие соответственно основных фондов и социальной сферы, F = wB, L = ( 1 - w)B;

w - коэффициент распределения средств между видами затрат, 0 < w < 1. Для нижних уровней решаются следующие задачи линейного программирования.

Задача 2. Для заданных величин N', ку, xjt С^ kjt lp j-\,n,

N", i = l,m найти оптимальные значения Xtj, j = \,n, г = \,т удовлетворяющие условиям:

т,

i=i

т,

9^1Lcjx.j -»max. <=i

где /я - количество цехов на j -м предприятии, i~],mi;

/V ®, Л',; - соответственно верхние и нижние ограничения на объемы средств, потребляемых /- м цехом, i = \,mJ на j -м предприятии, ./ = !,/?

, lv - соответствующие коэффициенты долевого вложения средств в основные фонды и социальную сферу / - го цеха j -го предприятия, ktJ +ltJ = 1;

Математическая постановка двойственных задач для нижних уровней имеет вид (для наглядности индекс j при mJ далее не пишется).

Задача 2*. Для заданных величин N,®, ktJ, ltJ, i,, N" , кlJt i-\,m, 7 = найти оптимальные значения двойственных оценок г1;, сг(, , , (' = 1, от, j = 1,п, удовлетворяющих условиям: r„>0, а, >0, ^ >0,

т т

+kjxjaj +1JxJi1J ->min,

i=i 1=1

где tv , (У,, rj,, - двойственные оценки для соответствующих ограничений, содержащих кjxj , IjXj, N".

Для поставленной задачи приводятся алгоритмы распределения ресурсов с учетом процедуры согласования, использующей оценки двойственных задач нижних уровней.

Отмечено, что существуют различные модификации двухуровневых задач, в частности задача, которая наряду с рентабельностью учитывает не только объем денежных средств, необходимых подотчетным объектам, но и план производства работ нижних уровней. В этой задаче целевая функция нижних уровней максимизирует уже не свою прибыль, а объем выполняемых работ. Данная задача имеет такую же схему распределения ресурсов, что и задача 1, однако математическая постановка задач нижнего уровня имеет ряд существенных отличий. Нижним уровнем являются подсистемы, представляющие собой районные подразделения, распределяющие выделенные средства среди подотчетных им производственных объектов.

Математическая постановка задачи верхнего уровня аналогична задаче 1, а задачи нижних уровней имеют следующий вид.

Задача 3. Для заданных величин , х), , 1 = 1,т,

7 = 1,и; найти /,,/2, ,>/2 такие,что /, и/2 =/, 7, иУ2 удовлетворяющие условиям

{1, если I е 7,,} е У,, работа включена в план, О, если г е /2, у е У2, работа не включена в план,

т

1=1

т

Х^ЛА 5 'Л:

л «

у=1 .-I

где у„ - объем г - го вида работы на у - м объекте, г = \,т, у = 1, л;

рч - доля премии за выполнение в полном объеме работы у на объекте ремонта ( (руб. на единицу измерения работ); выдается из премиального фонда;

- тариф заработной платы за единицу работы у на объекте ремонта / (руб. на единицу измерения работ);

- стоимость единицы работы г на у - м объекте.

Данная задача является целочисленной. Поскольку процедура согласования основана на использовании двойственных оценок, то при решении задачу 3 заменяют задачей линейного программирования. Для формирования списка работ на основе полученных нецелочисленных решений г^ < 0, / = 1, т, у = 1, п применяют разработанную специальную эвристическую процедуру.

В главе 2 также рассматривается задача распределения средств между компаниями, входящими в холдинг.

Для рассмотренных модификаций задач разработан универсальный алгоритм распределения ресурсов, на основе которого реализована методика поддержки принятия решений (ППР) при управлении распределением средств как в бюджетной, так и в коммерческой сферах.

Общая схема поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов приведена на рис. 2, где показаны значения р целевой функции на разных этапах реализации алгоритма:

уи0 - получено при решении задачи 1 на первом этапе алгоритма;

№ £ - получено с учетом решений задач нижних уровней;

/и - получено при согласованном решении двухуровневой задачи;

рс - получено при использовании процедуры согласования;

М0 ~ получено после анализа решения на качество;

М„м - получено после моделирования параметров двухуровневой системы;

- получено после моделирования параметров двухуровневой системы и процедуры согласования;

- получено с учетом решений задач нижних уровней и анализа решения на качество.

Рис.2. Схема поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов в двухуровневой системе

В третьей главе анализируются результаты управления распределением ресурсов в двухуровневых системах.

Показано, что поскольку невозможно получить аналитический вид зависимости хогт - то решение такой сложно формализуемой задачи заменяют вычислительными экспериментами с моделированием переменных ,

к~0,п при следующих допущениях: а) задана размеренность и структура исходных данных в изучаемой двухуровневой системе; б) определены математические ограничения для задачи верхнего и нижних уровней; в) сформулирована стратегия выбора параметров у>к, к = 0,п в каждом эксперименте; г) определена математическая процедура замены поиска оптимального решения

многократным решением двухуровневых задач при различных значениях к = 0, и.

В зависимости от числа управляемых параметров в двухуровневой системе с распределением ресурсов рассматриваются однофакторный, двухфактор-ный и 2*-факторный эксперименты. В однофакторном эксперименте управляемым параметром является коэффициент распределения средств. В двухфак-торном эксперименте управляемыми параметрами являются величины ж и В. 2"-факторный эксперимент используется для моделирования комбинаций параметров распределения ресурсов при условии, что имеем к (к > 2) факторов. Для к > Ри , где параметр Рм зависит от числа уравнений в математической модели двухуровневой задачи, выбор факторов для моделирования осуществляется как на основе имитационной процедуры генерации к , так и с помощью экспертизы.

Блок-схема 2/с-факторного эксперимента приведена на рис. 3.

Конец

Рис.3. Блок-схема алгоритма 2*-факторного эксперимента

В главе 3 также изучается чувствительность полученных результатов согласованных распределений ресурсов на основе решения следующих задач:

1) определение изменения оптимума вследствие изменения объемов ресурсов В' = В±АВ;

2) определение интервалов изменения объемов ресурсов, при которых полученные распределения ресурсов будут допустимыми;

3) определение изменения согласованного оптимума двухуровневой системы из-за изменения показателей эффективности (рентабельности) объектов нижнего уровня;

4) определение оптимума двухуровневой системы на основе целевого программирования - решения двухкритериальных задач линейного программирования.

Глава четвертая посвящена разработке методики ППР при управлении распределением ресурсов в двухуровневых производственных системах на основе разработанной информационной системы поддержки принятия согласованных решений. Структура информационной системы представлена на рис.4.

Подсистема адаптации

Подснстеыа Подсисте-

моделиро- Подсисте- ма алго-

вания И ма ритмов

анализа моделей решения

чувстви- и согласо-

тельности вания

База данных

База знаний

Анализ решения

Оценка эффективности решения

Принятие решений о распределении ресурсе:

Реализация решения

Подсистемы

нижнего уровня

Рис. 4. Структура информационной системы поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов

Разработанное программное обеспечение в отличие от имеющихся программных продуктов позволяет получить согласованное распределение ресурсов в двухуровневой системе, провести анализ полученных решений на основе моделирования параметров системы, а также служит инструментом 111 IP при распределении средств.

Наряду с описанием структуры программного продукта в главе 4 излагается концепция разработки экспертной системы поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов на примере финансирования группы компаний входящих в холдинг. Предлагается деловая игра как средство обучения пользователя распределению ресурсов. Приводятся результаты решения реальной двухуровневой задачи с применением разработанного в диссертационной работе метода поддержки принятия решений при управлении распределением средств на основе оптимизационных алгоритмов и алгоритмов моделирования распределения ресурсов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ и РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1) Предложены математические модели двухуровневой оптимизации распределения ресурсов, которые включают основные параметры и ограничения решаемой задачи распределения ресурсов системы. Данные модели отличаются введенным коэффициентом пропорций распределения средств между видами затрат, например затратами на основное производство и социальные мероприятия.

2) Разработан алгоритм централизованного распределения ресурсов, включающий процедуру согласования, что позволяет получать приемлемые согласованные решения для объектов двухуровневой системы.

3) Предложена структура информационной системы анализа и оценки эффективности для поддержки принятия решений при управлении двухуровневой системой, которая основана на новых знаниях об объектах верхнего и нижних уровней.

4) Предложена методика поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов, основанная на разработанном алгоритме и моделировании, а также поддержанная информационной системой. Использование данной методики в ОАО «Управление строительными инвестициями» позволяет улучшить эффективность вложения финансовых средств.

5) Разработаны программное обеспечение, реализующее методику поддержки принятия решений, а так же деловая игра, позволяющая уменьшить время на принятие решений по распределению ресурсов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Филиппов A.B. Алгоритмы распределения однородного ресурса в двухуровневых иерархических производственных системах // Интеллектуальные системы управления и обработки информации: Междунар. науч.-практ.конф. Уфа: УГАТУ, 2001. С. 154.

2. Филиппов A.B. Повышение эффективности деятельности организации за счет оптимального использования специалиста // Реформирование системы управления на современном предприятии: Сб. матер, междунар. науч.-практ.конф. Пенза: Приволжский Дом Знаний, 2001. С. 154 - 155.

3. Вабкова Е.В., Филиппов A.B. Управление человеческими ресурсами на основе адаптивного прогнозирования и моделирования // Проблемы и тенденции современного развития стран СНГ в условиях глобализации: Матер, междунар. науч.-практ.конф. Пенза, 2002. С. 41 - 43.

4. Бабкова Е.В., Филиппов A.B., Бабков O.K. Об адаптивной классификации ресурсов в распределительных задачах // Принятие решений в условиях неопределенности: Межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2002. С. 280 - 283.

5. Бабкова Е.В., Филиппов A.B., Бабков С.О. Моделирование процесса перераспределения ресурса в социально-экономических системах // Информационные технологии в науке, проектировании и производстве: Матер, пятой Всерос. науч.-техн. конф. Н.Новгород: МВВО АТН РФ, 2002. С. 26 - 27.

6. Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Моделирование как средство сокращения потребления ресурсов при росте темпов производства в двухуровневых системах // Приоритеты России 21 века: от биосферы и техносферы к ноосфере: Сб. матер. Междунар.науч.-практ.конф. Пенза : ПГСХА, 2003. С. 25 - 27.

7. Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Моделирование пропорций распределения ресурсов в двухуровневой системе / Свид. об офиц. регистр, программы для ЭВМ №2003611768.- Выдано РосПатент 24 июля 2003.

8. Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Моделирование пропорций распределения финансовых ресурсов в двухуровневых системах // Сб. тр. CSIT'2003. Уфа: УГАТУ, 2003. Т.2. С. 175 - 178. (На англ. яз.)

9. Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Применение методов статистического моделирования для решения задач распределения ресурсов в сложных организационно-технических системах // Принятие решений в условиях неопределенности: Межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2003. С. 291 - 298.

Ю.Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Принятие решений по управлению процессом распределения материальных и трудовых ресурсов на основе имитационного моделирования // Управление в социальных и экономических системах: Сб. матер. 1-й Всерос. науч.-практ. конф. Пенза, 2003. С. 162 - 164.

11. Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Технология моделирования как средство эффективного распределения ресурсов в иерархических системах // Наука и практика. Диалоги нового века: Матер, междунар. науч.-практ. конф. Набережные Челны, 2003. С. 25 - 26.

12.Бабкова Е.В., Филиппов A.B., Бабков O.K. Активные формы обучения как средство повышения качества подготовки специалистов // Система мониторинга качества профессиональной подготовки специалистов в ВУЗе: Сб. тр. Уфа: БАГСУ, 2003. С. 8 - 11.

1 З.Филиппов A.B. Моделирование пропорций распределения материальных и трудовых ресурсов в двухуровневых системах // Принятие решений в условиях неопределенности: Межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2003. С, 351 - 359.

14.Бабкова Е.В., Вишняков A.C., Филиппов A.B. Эффективность информационной технологии моделирования как динамической составляющей научно-технического прогресса // Совершенствование управления научно-техническим прогрессом в современных условиях: Сб. матер. 2 Междунар. на-уч.-практ. конф. Пенза, 2004. С. 10-12.

15.Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Интеллектуальная информационная система распределения ресурсов для объектов с иерархической структурой // Интеллектуальные системы: Тр. 6-го междунар. симп. М.: РУСАКИ, 2004. С. 253 -255.

16.Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Методы имитационного моделирования сложных социально-экономических систем // Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, * 2004. ДЕП. ВИНИТИ, №189-В2004 от 03.02.2004. 80 с.

17.Филиппов A.B. Поддержка принятия решений по распределению ре- f сурсов в двухуровневых производственных системах // Принятие решений в j условиях неопределенности. Вопросы моделирования: Межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2004. С. 238 - 246.

г

ФИЛИППОВ Арсений Викторович

ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ УПРАВЛЕНИИ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ РЕСУРСОВ В ДВУХУРОВНЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМАХ

Специальность

05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати 23.12.04. Формат 80x64 1/16. Бумага писчая. Печать плоская. Усл. печ. л. 1,0 Усл. кр. -отт. 1,0. Уч. -изд.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 704. Бесплатно. Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12

I

)

V i

1-4081

РЫБ Русский фонд

2006-4 9514

Список основных обозначений, принятых в работе

Введение

Глава 1. Анализ моделей и методов решения задач распределения ресурсов

1.1. Анализ моделей и алгоритмов решения задач распределения ресурсов в двухуровневых системах

1.2. Моделирование как средство анализа и управления распределе- ^у нием ресурсов

1.3. Проблема разработки средств поддержки принятия решений по управлению распределением ресурсов

Выводы по главе 1.

Глава 2. Разработка алгоритмов поддержки принятия согласо- ^ ванных решений по распределению ресурсов

2.1. Постановки задач и математические модели двухуровневой оптимизации распределения ресурсов с учетом распредения 38 средств между материальной и социальной сферами

2.2. Метод поддержки принятия решений при распределении ресурсов в двухуровневых системах на основе алгоритмов согласова- 53 ния

2.3. Алгоритмы решения задач распределения ресурсов в двухуров- ^ невых системах

Выводы по главе 2.

Глава 3. Анализ результатов управления распределением ресур- ^ сов в двухуровневых системах

3.1. Анализ результатов управления распределением ресурсов в двухуровневых системах

3.2. Управление вычислительным экспериментом с моделями двухуровневых систем в задачах распределения ресурсов

3.3. Анализ чувствительности согласованных решений двухуровневых задач по распределению ресурсов Выводы по главе 3.

Глава 4. Методология поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов в двухуровневых произведет- 89 венных системах

4.1. Информационная система поддержки принятия согласованных ^q решений по управлению распределением ресурсов

4.2. Концепция разработки экспертной системы поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов на при- 92 мере финансирования группы компаний

4.3. Деловая игра как средство обучения пользователя распределе- ^ нию ресурсов

Выводы по главе 4.

Ресурс является дефицитным платным средством, обеспечивающим производство и воспроизводство экономических отношений общества. Распределение ресурсов в двухуровневых системах часто обусловлено противоречивыми тенденциями развития уровней иерархии, что не позволяет принять обоснованное согласованное решение по распределению дефицитных ресурсов в данных системах. Поэтому необходимо привлекать к решению таких задач современные информационные технологии, обеспечивающие получение не только согласованного численного решения для всех уровней иерархии, но и позволяющих с помощью моделирования учитывать возмущения внешней среды (поведение поставщиков, изменения цен на ресурсы, рынок сбыта и др.) в перспективах распределения ресурсов в двухуровневых системах.

Примерами прикладных задач распределения ресурсов являются: задача об оптимальных объемах предоставляемых финансовых ресурсов министерством, предприятиям, бюджетируемым за счет государственных средств; планирование численности сотрудников предприятия; распределение ограниченного количества материала по цехам; распределение объемов выпуска нескольких видов продукции для увеличения прибыли организации и другие.

Решения по распределению ресурсов принимаются руководителями, как правило, при наличии больших массивов информации сложной структуры. В этих условиях скорость принятия решений зависит как от профессионализма руководителей (выбрать из множества решений одно) так и от качества информационной технологии, которая должна обеспечить обработку больших объемов данных в сжатые сроки с нужным качеством. В этой ситуации компьютер играет роль "поддержки", а за человеком остается ответственность "принятия" решения.

Поддержка принятия решения о распределении ресурсов должна использовать эффективные оптимизационные алгоритмы с соответствующими процедурами согласования объемов распределения между двумя уровнями.

Существующие алгоритмы согласования не учитывают внешние возмущения и внутренние факторы двухуровневых систем:

- изменение спроса и предложения на выполняемую работу или услугу;

- изменение цен и спроса на ресурсы;

- соотношение глобальных и локальных критериев развития системы и другие.

Имеющиеся алгоритмы согласования эвристические, индикативные. Кроме того, нет алгоритмов, которые позволяли бы прогнозировать будущую стратегию в распределении ресурсов с учетом внешних и внутренних изменений в таких системах. Следовательно, возникает необходимость в разработке как вычислительных алгоритмов распределения и согласования распределения ресурсов в двухуровневых системах, так и соответствующих алгоритмов моделирования.

Для этого необходимо решить следующие задачи:

- разработать постановки и математические модели задач двухуровневой оптимизации распределения ресурсов;

- разработать алгоритмы поддержки принятия решений по управлению распределением ресурсов;

- разработать алгоритмы поддержки принятия согласованных решений по распределению ресурсов между двумя уровнями системы;

- разработать методику поддержки принятия решений по управлению распределением ресурсов;

- разработать концепцию построения экспертной системы поддержки принятия решений по управлению распределением ресурсов;

- разработать деловую игру для обучения пользователей методике поддержки принятия решений по управлению распределением ресурсов.

С целью решения сформулированных задач и поиска оптимального распределения ресурсов в двухуровневых системах проводится анализ двухуровневых систем по следующим направлениям:

1) анализ каждой подсистемы с позиций новых целей исследования по аналогии с анализом системы в целом;

2) разработка алгоритмов согласования по распределению ресурсов между двумя уровнями для различных структурных ситуаций системы;

3) выделение типовых классов алгоритмов для численного решения задачи распределения централизованных ресурсов с учетом адаптивных свойств алгоритмов моделирования;

4) определение перечня показателей количественной оценки каждой моделируемой структуры

- с позиций достижения критериев оптимальности;

- в зависимости от достигаемых показателей (например, удельные нормы расхода ресурсов, показатели эластичности);

5) качественный и количественный анализ эффекта системности: в случае неудовлетворительных результатов моделирования двухуровневой системы может рассматриваться вопрос о статусе центрального органа управления (например, отказ от иерархии в управлении или переход к специальной схеме распределения ресурсов).

В основу разработок, выполненных в диссертации, были положены труды отечественных и зарубежных ученых: В.В. Леонтьева, JI.B. Канторовича, А.Г. Аганбегяна, А.Г. Гранберга, H.H. Моисеева, В.Н. Буркова, В.В. Кульбы, Г.Ф. Хахулина, Я. Корнай, Т. Липтака, М. Месаровича, А.Г. Рубинштейна, А.М.Алексеева, Б. Муртафа, К.А. Багриновского, Г.Ш. Рубинштейна, В.Ф. Венда, Х.А. Taxa, Т. Саати, И.Г. Поспелова, Д.А. Поспелова, Э.В. Попова, И.М. Бобко, В.Ф. Хорошевского, Е.И. Ефимова, Ю.Я. Любарского, Н.И. Юсуповой, Р. Ривеста, В.И. Дудорина, В.В. Шкурба, A.A. Вавилова, Б.Г. Тамма, Б.Г. Ильясова, Л.А. Исмагиловой.

Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов состоит:

1) в разработанной модели двухуровневой оптимизации распределения ресурсов, а именно во введении коэффициента распределения средств между видами затрат, что позволяет управлять потоками распределения ресурсов с учетом интересов объектов нижнего уровня;

2) в разработанном алгоритме централизованного распределения ресурсов, содержащем процедуру согласования распределения средств между объектами верхнего и нижних уровней;

3) в предложенной структуре информационной системы распределения ресурсов, включающей комплексную поддержку принятия решений при осуществлении управления с использованием единой базы данных, обеспечивающей повышение быстродействия и учитывающей особенности функционирования двухуровневой производственной системы;

4) в разработанной методике поддержки принятия решений при управлении распределением ресурсов на основе разработанного алгоритма и моделирования параметров двухуровневой системы, учитывающей многоэтапный процесс получения допустимых решений.

5) в разработанном программном обеспечении, включающем элементы обучения пользователя распределению ресурсов.

Выводы по главе 4

1) С целью получения эффективной поддержки принятия согласованного решения по управлению распределением ресурсов использована информационная система, обеспечивающая организацию информации и доступ к данным, моделям принятия решений и результатам моделирования.

2) Предложена концепция построения экспертной системы поддержки принятия решений по управлению распределением ресурсов.

3) Для проведения вычислительных экспериментов используется программный продукт, разработанный на базе универсального языка программирования.

4) Применение методики решения и анализа двухуровневой задачи распределения ресурсов позволяют: a) для фиксированной исходной информации определить оптимальное согласованное распределение ресурсов; b) выявить тенденции изменения оптимального распределения при изменении пропорций м> и объемов В ресурса; c) определить объекты нижнего уровня с малой эластичностью.

5) Использование деловой игры при обучении персонала позволяет быстро изучить методику расчета, а так же преодолеть психологический барьер при работе с новыми алгоритмами.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Особенностью современного этапа развития рыночных отношений России является появление новых видов производственных связей, что отражается в новых отношениях между верхними и нижними уровнями в двухуровневых системах. Изучение в диссертации двухуровневых систем позволяет сделать следующие выводы.

1) Существующие алгоритмы принятия решений по распределению ресурсов в двухуровневых системах не обеспечивают качество распределения дефицитных ресурсов (финансовых, материальных и других). Для улучшения качества принятия решений по распределению ресурсов необходимо использовать современную информационную технологию, в которой особое место занимают алгоритмы поддержки принятия решений.

2) Алгоритмы поддержки принятия решений включают в себя: а) оптимальные алгоритмы распределения ресурсов; б) алгоритмы согласования решений о распределении ресурсов между верхним и нижними уровнями; в) алгоритмы с элементами моделирования распределения ресурсов с целью изучения перспектив развития системы: разработаны алгоритмы моделирования распределения ресурсов между основными фондами и социальной сферой за счет введения коэффициента распределения -н>.

3) Для проведения вычислительных экспериментов используется программный продукт, разработанный на базе универсального языка программирования. Применение деловой игры при обучении персонала позволяет быстро изучить методику расчета, а так же преодолеть психологический барьер при работе с новыми алгоритмами.

4) Для организации эффективных вычислительных экспериментов, с целью получения согласованных оптимумов двухуровневой системы, используются классические правила построения вычислительных однофакторных, двухфакторных, 2 -факторных экспериментов.

Основными факторами для исследования двухуровневых систем являются: коэффициент распределения ресурсов - м>; объем ресурса - В; рентабельность - с]; эластичность использования ресурса. Исследование чувствительности оптимального решения двухуровневой системы позволяет выявить особенности поведения системы при изменении внешних условий функционирования.

5) Разработанная методика поддержки принятия согласованных решений по распределению ресурсов в двухуровневых системах с учетом алгоритмов согласования и моделирования позволяет а) для фиксированной исходной информации определить оптимальное согласованное распределение ресурсов;

6) выявить тенденции изменения оптимального распределения при изменении пропорций ч> и объемов В ресурса; в) определить объекты нижнего уровня с малой эластичностью.

1. Адрианов Д.Л. и др. Имитационное моделирование и сценарный подход в системах поддержки принятия решений // Проблемы теории и практики управления.- 2002, № 12.

2. Айвазян С.А., Мхитарян B.C. Прикладная статистика и основы эконометрики. -М.: ЮНИТИ, 1998.

3. Алиев P.A., Либерзон М.И. Безытеративные алгоритмы координации в двухуровневых системах // Известия АН СССР. Техническая кибернетика.-1986.- № 3.- С.163-166.

4. Алиев P.A., Либерзон М.И. Методы и алгоритмы координации в промышленных системах управления. М.: Радио и связь,1987.-208с.

5. Аникин Б. Логистика: учебник для ВУЗов/ М.: Инфра М, 2000.

6. Бабкова Е.В. Задача перераспределения ресурсов в иерархических системах / Принятие решений в условиях неопределенности : Межвуз. науч. сб.- Уфа: Уфимск. госуд. авиац. техн. ун-т, 1996. С.142-145.

7. Бабкова Е.В. Моделирование распределение ресурсов в двухуровневой системе // Принятие решений в условиях неопределенности: Меж-вуз.науч.сб./ Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, Уфа.- 2001. -С. 60-61.

8. Бабкова Е.В. Статистическое моделирование и прогнозирование показателей развития социально-экономических систем: Учебное пособие .Уфа: Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т , 2002.- 128 с.

9. Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Интеллектуальная информационная система распределения ресурсов для объектов с иерархической структурой: Труды Шестого международного симпозиума "Интеллектуальные системы": М.: РУСАКИ, 2004. С. 253-255.

10. Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Методы имитационного моделирования сложных социально-экономических систем.: Уфимс.Госуд.Авиац.Техн. ун-т, 2004. ДЕП. ВИНИТИ, №189-В2004 от 03.02.2004- 80с.

11. Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Моделирование пропорций распределения ресурсов в двухуровневой системе / Свид. об офиц. регистр, программы для ЭВМ №2003611768.- Выдано РОСПАТЕНТ 24 июля 2003г.

12. Бабкова Е.В., Филиппов A.B. Моделирование пропорций распределения финансовых ресурсов в двухуровневых системах: Сб. трудов CSIT'2003, Т.2 Уфа: УГАТУ, 2003.-С. 175-178. (На англ. языке)

13. Бабкова Е.В., Филиппов A.B., Бабков O.K. Активные формы обучения как средство повышения качества подготовки специалистов/ Система мониторинга качества профессиональной подготовки специалистов в вузе: Сб.-Уфа: БАГСУ, 2003.-С.8-11.

14. Бабкова Е.В., Филиппов A.B., Бабков O.K. Об адаптивной классификации ресурсов в распределительных задачах / Принятие решений в условиях неопределенности: Межвуз. науч. сб. Уфа: Уфимс.Госуд.Авиац.Техн. ун-т, 2002.-С.280-283.

15. Багриновский К.А. Основы согласования плановых решений. М.: Наука, 1977.-304 с.

16. Белый С.А. Интеллектуальная поддержка принятия управленческих решений в газовой промышленности // Газовая промышленность.- 2003.-№ 1.- С. 86-88.25