автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Разработка системы концептуального моделирования и автоматизации синтеза сценариев регулирования регионального рынка труда

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Петрозаводский государственный университет

РГ6 и..

' На правах рукописи

УДК 681.3

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ СИНТЕЗА СЦЕНАРИЕВ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕГИОНАЛЬНОГО РЫНКА ТРУДА

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Специальность 05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

Петрозаводск -1998

Работа выполнена в Институте информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН (г.Апатиты).

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор, лауреат премии Правительства Российской Федерации Путилов В.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Елохин В.Р.

кандидат экономических наук, доцент Трофимов A.A.

Ведущая организация - Институт экономических проблем Кольского научного центра РАН (г.Апатиты).

Ы

У/--

Защита состоится ¿-/*€>/*<£ 199В г. в ^ часов на заседании диссертационного совета К 063.95.05. при Петрозаводском Государственном Университете по адресу: 185640, г. Петрозаводск, пр. Ленина, 33

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета

Автореферат разослан'^"- 1998 г.

Ученый секретарь

специализированного совет»-

кандидат технических наук, nov^wW^f^^J В.В.Поляков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из актуальных проблем российских регионов в рамках договоров о разграничении предметов ведения между федеральным правительством и администрацией региона является достижение стабильности социально-экономического положения региона и выход на траекторию устойчивого развития. Данная проблема включает вопросы снижении уровня безработицы и контроля использования и воспроизводства трудовых ресурсов. Это ведет к постепеннному расширению объектов регулирования на рынке труда и повышению требований к эффективности применения методов регулирования. Все это обуславливает необходимость создания значительного количества адресных программ регулирования состояния рынка труда региона, возможных сценариев их реализации и оперативных методик проведения мониторинга в данной области. Сценарий реализации программы регулирования рынка труда региона является результатом разработки стратегии решения задачи достижения устойчивого равновесия между спросом и предложением на рабочую силу определенного качества при заданном среднем уровне оплаты труда. Разработка стратегии регулирования рынка труда является сложным творческим процессом и выполняется специалистами - экономистами и социологами - на основе знаний и накопленного опыта. Возрастание сложности данной задачи ведет к резкому повышению затрат на ее решение существующим способом, ввиду ограниченности возможностей человека. Это ставит перед исследователями проблему широкого применения методов и средств автоматизации при создании новых сценариев регулирования рынка труда региона. Большинство известных систем автоматизации в области социально-экономического управления ориентировано на управление процессом регулирования и на обработку полученной в результате реализации програмы регулирования информации, что позволяет решить только часть проблемы автоматизации процессов регулирования рынка труда. Поэтому целесообразно создать систему автоматизации регулирования рынка труда региона, которая включала бы в себя поддержку ранних этапов процесса регулирования, менее изученных с точки зрения формализации и алгоритмизации. Основой такой системы должна быть база знаний регулирования рынка труда с инструментальными средствами синтеза сценариев регулирования рынка труда региона и соответствующих им сценариев мониторинга результатов регулирования рынка труда.

Целью диссертационной работы является создание инструментальной системы поддержки концептульного и сценарного моделирования для решения задач по регулированию регионального рынка труда.

Основные задачи, решаемые в работе:

1. Формализация представления знаний специалистов о целях, методах и средствах управления региональным рынком труда.

2. Реализация базы знаний о предметной области.

3. Разработка средств формализации и анализа проблем развития рынка труда, синтеза сценариев их решения и соответствующих им моделей мониторинга реализации.

Методы исследования. В исследованиях были использованы: функционально-целевая технология, методы математической логики, элементы теории множеств и теории графов, методы математической статистики, методы социологических исследований.

Научная новизна. В диссертации осуществлено применение функционально-целевого подхода для решения задачи автоматизации процесса концептуального моделирования развития регионального рынка труда. Это позволило эффективно решить следующие важные научно-технические задачи:

1. Разработан метод формализации и представления знаний специалистов о предметной области, что позволило на основе функционально-целевой технологиии построить концептуальную модель регионального рынка труда в естественной терминологии.

2. Разработана структура базы знаний о региональном рынке труда, позволяющая автоматизировать процесс формализации представлений экспертов о рынке труда и его развитии, выявлять и накапливать новые знания о принципах решения задач регулирования рынка труда. Для представления знаний использован аппарат алгебры множеств.

3. Разработаны алгоритмы интерактивной процедуры анализа и формализации проблем регулирования регионального рынка труда, с целью определения разрешимости этих проблем, реализованы алгоритмы синтеза соответствующих сценариев регулирования, а также моделей мониторинга результатов выполнения данных сценариев.

Положения, выносимые на защиту. Разработанные в диссертационной работе модели, методы и алгоритмы позволяют решить проблему автоматизации ранних этапов регулирования рынка труда, касающихся разработки сценариев регулирования, обеспечивающих желаемое развитие рынка труда региона, а также проблему разработки моделей сбора и обработки информации в процессе мониторинга результатов выполнения программ. На основе полученных результатов могут быть сформулированы следующие основные положения, выносимые на защиту.

1. Разработка концептуальной модели предметной области является эффективным средством формализации знаний специалистов о региональном рынке труда как о социально-экономической системе. Функционально-целевой подход обеспечивает

достаточно естественное для специалистов иерархическое представление знаний о целях, задачах и ресурсах системы.

2. Создание базы знаний о развитии рынка труда региона позволяет автоматизировать процессы анализа целей регулирования регионального рынка труда и синтеза соответствующих целям сценариев регулирования и возможных вариантов их реализации, а также автоматизировать процессы анализа информации о состоянии рынка труда и синтеза моделей мониторинга результатов реализации выбранных сценариев регулирования.

3. Разработанные в диссертации алгоритмы и средства автоматизации позволяют использовать знания специалистов, формализованные в виде базы знаний, для разработки эффективных вариантов региональных программ развития рынка труда и соответствующих моделей сбора и обработки информации на стадиях подготовки и исполнения этих программ.

Практическая ценность. В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором в ходе исследований, проводимых по планам научно-исследовательских работ Института информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского научного центра РАН в период 1989-1998гг.: "Системные средства математического моделирования в области химико-технологических, горнопромышленных и экологических систем" 1989 г. (З.ГР 0189.0072643), "Разработка интегрированной системы комплексной автоматизации производства и управления предприятия "Северная Заря" 1989г. (отчет о научно-исследовательской работе по ХУД N.4050 от

20.05.89.),"Разработка интегрированной системы комплексной автоматизации производства и управления Кандалакшинского опытно-машиностроительного завода" 1991г. (отчет о научно-исследовательской работе по Х/Д N.2151 от

18.04.90.), "Функционально-целевая информационная технология диагностики и прогноза динамики систем "Технологические процессы - трансформированные природные комплексы" 1991 - 1994 гг., "Информационно-аналитическое обеспечение для разработки совместной Российско-Финляндской программы занятости населения г.Кандалакши и Кандалакшского района Мурманской области и района Кемиярви-Салла Лапландской губернии" (отчет о научно-исследовательской деятельности, по Х/Д N.2751 от 31.03.94.).

На основе полученных научных результатов реализована база знаний о развитии регионального рынка труда на основе его концептуальной модели и созданы средства автоматизации разработки сценариев реализации региональных программ регулирования рынка труда в виде инструментальной системы, предоставляющей следующие возможности:

1. Настройка системы на конкретный региональный рынок труда и создание концептуальной модели данной предметной области, а также корректировка модели.

2. Формализация проблем регулирования рынка труда в виде спецификации программы ее решения на основе понятий концептуальной модели, с параллельным анализом ее разрешимости.

3. Синтез сценариев реализации программы с отбраковкой по заданным критериям.

4. Занесение в базу знаний и выбор на основе спецификации готовых сценариев регулирования рынка труда.

5. Ввод исходной фактографической информации о состоянии рынка труда, и, в случае необходимости, актуализация данных на момент начала реализации программы регулирования.

6. Синтез модели мониторинга для получения информации о ходе реализации программы регулирования рынка труда, включающей возможность получения данных с помощью социологических методов.

7. Ввод фактографической информации о ходе выполнения программы и, в случае необходимости, корректировка рабочего сценария.

Внедрение результатов. Результаты проведенных исследований нашли практическое применение в следующих разработках, в которых автор принимал непосредственное участие:

Созданная на основе указанных в диссертационной работе методов и разработанных технологических приемов инструментальная система концептуального моделирования была применена при разработке совместной Российско-Финляндской программы занятости для приграничных регионов "Информационно-аналитическое обеспечение для разработки совместной Российско-Финляндской программы занятости населения г. Кандалакши и Кандалакшского района Мурманской области и района Кемиярви-Салла Лапландской губернии" (отчет о научно-исследовательской деятельности, по Х/Д N.2751 от 31.03.94.).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 24-й Всесоюзной школе по автоматизации научных исследований (Апатиты, 1990г.), Международной конференции ЮНЕСКО "Математика, компьютер,управление, инвестиции" (Москва, 1993г.), 3-ей Санкт-Петербургской международной конференции "Региональная информатика- 94"(Санкт-Петербург, 1994г.), 4-й Международной конференции "Human services Information Technology Applications" (Рованиеми, Финляндия, 1996), Международной конференции по информатике и управлению - ICI&C97 -(Санкт-Петербург, 1997г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 12 работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (76 наименований) имеет общий объем 122

машинописных страниц, содержит 7 рисунков. Приложение к диссертации содержит 32 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и методы исследования. Приводится краткое изложение содержания и основных результатов диссертационной работы, а также основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена обзору существующих представлений о развитии регионального рынка труда и систем автоматизации в области управления социально-экономическими системами регионального уровня. Вводятся понятия рынка труда и программ его регулирования для региона и, в соответствии с ними, проводится классификация рассматриваемых средств автоматизации. Дана сравнительная характеристика систем автоматизации управления социально-экономическим развитием региона, в частности - систем автоматизации управления рынком труда -, и представленной в диссертационной работе интеллектуальной системы разработки концептуальной модели и сценариев реализации программ регулирования рынка труда.

Формулируются основные вопросы автоматизации менее изученных с точки зрения формализации и алгоритмизации этапов моделирования. Данные вопросы заключаются в формализации и представлении знаний специалистов о данной предметной области, а также в разработке соответствующих алгоритмов и средств автоматизации.

Решение этих вопросов позволит существенно сократить время на анализ проблем развития рынка труда и разработку соответствующих программ его регулирования.

Во второй главе рассматривается этап формализации знаний о развитии регионального рынка труда с помощью концептуальной модели. Описаны состав и структура концептуальной модели регионального рынка труда, даны основные определения и правила интерпретации. В основу метода создания концептуальной модели положен функционально-целевой подход, развитый для класса задач с древовидными моделями предметной области. Это обеспечивает формальную основу синтеза сценариев реализации регулирующих программ, в структурно-алгоритмической организации которых отражена структура целей конкретной предметной области.

Концептуальная модель регулирования рынка труда региона представлена в виде древовидного графа, соответствующего декомпозиции глобальной цели управления рынком труда региона, которой является достижение его устойчивого равновесия. Кроме того, концептуальная модель имеет в своем составе

классификаторы отраслей, территорий, ресурсов, объектов и агентов-исполнителей рынка труда также представленные в виде иерархических графов. Все элементы нижнего уровня декомпозиции цели регулирования рынка труда и элементы классификаторов образуют единый набор примитивов, на котором заданы отношения модели.

Для синтеза алгоритмов решения определяемых в данной предметной области задач регулирования рынка труда в состав концептуальной модели введен набор элементарных операций управления рынком труда. Данный набор конечен и его элементов достаточно для синтеза алгоритмов достижения всех целей, определяемых на базе концептуальной модели.

Каждому из компонентов концептуальной модели соответствует множество атрибутов, объединение которых дает множество атрибутов модели.

Таким образом, в состав концептуальной модели, КМрт, входят следующие множества:

КМрт = {в, М, Т, О, А, Ъ, Я, Б, М}.

Здесь О - глобальная цель устойчивого развития рынка труда, М - множество методов регулирования рынка труда, А - множество агентов (исполнителей) рынка, Ь - множество объектов, И - множество ресурсов, Т - множество локализаций объектов воздействия - экономических территорий, О - множество отраслеых специализаций региональной экономики, О - множество элементарных действий управления и действий по сбору и обработке данных, Ас - множество атрибутов модели.

Для разных структур моделей предметной области и степени формализации знаний существуют различные подходы к построению концептуальной модели. Одним из таких подходов является функционально-целевой подход, развитый для класса задач с древовидными моделями предметной области.

Исходная посылка функционально-целевого подхода - управление через целеполагание (формирование многоуровневой древовидной структуры целей управления). В функционально-целевом подходе эта иерархия целей используется не только как обычное средство наглядного структурного описания, но и как инструмент структурно-алгоритмического проектирования системы, обеспечивающий учет особенностей структуры предметной области.

Множество отношений концептуальной модели состоит из связей между примитивами модели и связей примитивов с элементарными операциями управления. При этом под примитивами модели понимаются листья древовидного дерева иерархии классов эквивалентности - элементарные функции, неделимые с

точки зрения экспертов, - а под классами эквивалентности - множества, входящие в состав концептуальной модели.

Связи между примитивами концептуальной модели отражают знания экспертов о возможности совместного использования объектов предметной области, соответствующих различным примитивам модели, при проведении регулирования рынка труда, например, могут показывать, какими объектами рынка труды (группами трудоспособного населения) можно управлять через посредство того или иного агента рынка труда (например, через центр занятости) и т.д. Данное множество отношений представляет собой подмножество декартова произведения множества примитивов на себя.

Связи примитивов концептуальной модели с элементарными операциями управления отражают знания экспертов о возможности применения действий из данного набора к примитивам. Данное множество отношений представляет собой подмножество декартова произведения множества примитивов концептуальной модели на множество элементарных операций управления.

Связи между атрибутами агентов рынка труда, объектов регулирования и операциями по сбору и обработке информации отражают знания экспертов о возможности применения действий по сбору и обработке информации из данного набора к неключевым атрибутам примитивов. Данное множество отношений представляет собой подмножество декартова произведения множества неключевых атрибутов примитивов на множество элементарных операций мониторинга рынка труда.

Использование таких моделей обеспечивает формальную основу синтеза систем, в структурно-алгоритмической организации которых отражена структура целей регулирования регионального рынка труда.

Для задач с древовидными моделями предметной области доказана теорема о покрытии, которая заключается в следующем: "Система, построенная из подсистем, покрывающих подзадачи основной целевой задачи системы, покрывает основную целевую задачу системы".

Из вышесказанного следует, что для достижения цели регулирования рынка труда, которая заключается в достижении устойчивого равновесия между спросом и предложением на рабочую силу определенного качества при заданном уровне средней оплаты труда, достаточно покрыть цепочками элементарных операций управления (экономического и административно-правового характера) элементы любого уровня декомпозиции данной цели, представляющей собой ее модель в виде дерева целей. При этом для синтеза соответствующей цели модели мониторинга рынка труда достаточно покрыть цепочки элементарных операций управления цепочками элементарных операций по сбору и обработке информации.

В качестве способа представления декларативных знаний об исследуемой предметной области использован язык алгебры множеств, обладающий простой, жесткой и единой для всех уровней декомпозиции структурой и сменным понятийным аппаратом. Знания, представляемые с помощью алгебры множеств, допускают использование в качестве принципиальной основы такого языка концептуальную модель предметной области.

В третьей главе представлена структура базы знаний регулирования регионального рынка труда и алгоритмы выбора или синтеза на основе накапливаемых знаний сценариев реализации цели регулирования и соответствующей модели мониторинга рынка труда.

База знаний представляет собой компьютерную реализацию формализованных в виде концептуальной модели знаний экспертов о регулировании регионального рынка труда. Декларативные и процедурные знания реализованы в виде фактов и правил базы знаний. К фактам базы знаний относятся:

- кодификаторы методов регулирования (М) и объектов (Ь) рынка труда;

- справочники агентов (А), ресурсов (Я), территорий (Т) и отраслей специализации (О) рынка труда;

- набор элементарных операций управления и сбора данных (Б);

- набор спецификаций сценариев реализации цели регулирования рынка труда (С):

V й е С, с,= {1;, Ть О,, А,, Яь ф},

здесь - Ь б Ь, Т| с Т, 0[ с О, А[ с А, & а К, q¡ - оценка качества сценария, где N1 в общем случае равно числу сочетаний элементарных действий, покрывающих примитивные подцели, но за счет применения специальных правил отбора (в том числе - дискриминатора) для реальных целей регулирования не превышает нескольких десятков;

- шаблоны вывода и дискриминатор.

База знаний регулирования рынка труда содержит два шаблона вывода.

1. Шаблон вывода ([), определяющий возможность совместного использования при регулировании элементов концептуальной модели, обозначенных как примитивы и реализованных в базе знаний в виде кодификаторов и справочников.

2. Шаблон вывода (%), определяющий для каждого элементарного действия регулирования рынка труда те элементы кодификаторов и справочника ресурсов, которым оно доступно.

Дискриминатор, Эб, комбинаций элементарных действий состоит из двух компонентов - множества разрешенных и множества запрещенных комбинаций элементарных действий.

I п

Оэ = {Бг, ОП

Множество разрешенных комбинаций элементарных действий определяет возможный порядок следования операций при синтезе алгоритмов решения задач регулирования рынка труда. Для каждого элементарного действия существует элемент множества разрешенных комбинаций, который представляет собой подмножество множества элементарных действий, которые могут при регулировании рынка труда следовать непосредственно после данного действия.

Уй е О, Э сИ£ е 01, <1Ь= {с)|,...Д,}.

Множество ИГ запрещенных комбинаций элементарных действий содержит комбинации атомов синтеза алгоритма регулирования рынка труда, объявленные экспертами, как "невозможные". При этом под атомами синтеза понимаются пары из элементов множества действий - элементарных операций управления - и множества актуальных примитивов.

V ¿Г, е Э <15 = Щ, Р3), здесь Ц с: О, а Р) с Р - подмножество набора актуальных примитивов модели.

К процедурным знаниям базы знаний относятся правила применения шаблонов вывода и дискриминатора при постановке и решении задач регулирования рынка труда региона и правила выбора вариантов решения данных задач относительно принятых критериев качества. К критериям качества разрабатываемых алгоритмов регулирования относятся: точность регулирования (количественная или качественная оценка достижения цели), время выполнения регулирования (оперативность), расход ресурсов (оценка "стоимости" регулирования), а также ограничения на методы регулирования и привлечение агентов-исполнителей.

Цель регулирования рынка труда (Ор) определяет объект регулирования, его территориальную локализацию и отраслевую специализацию (профессионально-квалификационные ограничения), а также может содержать ограничения на точность регулирования, оперативность и стоимость:

Ср = {'р. ср> Ор, Чр}, здесь 1р е Ь, 1р е Т, Ор б О, Яр - ограничения на качество регулирования.

Данной информации достаточно для того, чтобы, используя базу знаний, поставить задачу регулирования рынка труда в виде спецификации, содержащей используемые методы, исполнителей и ресурсы.

Zp = {GP, Mp, Ap, RP}, здесь Mp с M, Ap с A, Rp с R.

Эта спецификация может быть использована либо для выбора готовых сценариев регулирования рынка труда, адекватных поставленной задаче, либо в качестве постановки задачи синтеза нового сценария.

Сценарии, содержащиеся в базе знаний, представлены в виде спецификаций, включающих подмножества тех же множеств, что и спецификация, получаемая в результате постановки задачи регулирования рынка труда. Поэтому последняя может быть использована в качестве критерия выбора готовых сценариев регулирования, адекватных цели регулирования рынка труда. Предлагаемый механизм синтеза сценариев регулирования рынка труда включает в себя три этапа.

1. Определение множества атомов синтеза алгоритма регулирования, которые представляют собой множества из двух элементов: одним является примитив концептуальной модели, другим - элементарная операция управления.

Sdz: V sd¡ е Sd2, sd¡ = {p¡, d¡}, p, e P2, di e D2, Pz = MP ^ Ар u Rp, g: Pz ->Dz.

2. Генерация множества разрешенных дискриминатором композиций атомов.

DP: V dp¡ е DP, dp¡ = <di,p,.....dB,p„>,

причем V dj & dj+i e dp„ dj+i e dtj, dtj e Dt, а также V d§ e Df, dfj г dp¡.

3. Для каждого варианта алгоритма регулирования рынка труда рассчитываются значения критериев качества (точность регулирования, оперативность и стоимость), как функции от значений этих критериев для каждого атома, составляющего данные алгоритмы. Значения этих критериев являются основанием принятия пользователем того или иного варианта алгоритма регулироования рынка труда.

Для оценки соответствия результатов регулирования рынка труда специфицированной цели регулирования по сформированному сценарию разрабатывается соответствующая модель мониторинга. Механизм синтеза модели мониторинга включает два этапа: 1. Формирование информационной модели мониторинга:

At = Atg и Atm и Ata u Atl и Atru Atto» Ato,

здесь Atg - атрибуты целей, Atm - атрибуты методов регулирования, Ata-атрябуты объектов рынка, Atl- атрибуты агентов действия, Atr - атрибуты ресурсов, Att- атрибуты территорий, Ato- атрибуты отраслей специализации.

Информационной моделго мониторинга рынка труда, соответствующего цели программы регулирования и сценарию ее реализации является подмножество атрибутов A't множества At:

A't £ At: V ati е A't, 3 dpi е DP, где dp¡ - подмножество атомов, составляющих сценарий регулирования. 2. Генерация соответствующего алгоритма сбора и обработки данных.

Между информационными характеристиками атрибутов, входящих в информационную модель и элементарными действиями по реализации процесса мониторинга на этапе построения базы знаний экспертно определяются связи, позволяющие строить цепочки атомов сценария мониторинга с помощью того же механизма, который реализован для построения сценария программы регулирования:

dpm¡ с DmxA't, dpm¡ = <dmi,ati,—,dm„,at„>,

где Dm - множество действий по сбору и обработке информации, покрывающих A't.

По результатам регулирования созданный сценарий оценивается на стабильность достижения цели регулирования. При этом, на основании экспериментальных данных, полученных с помощью мониторинга, устанавливаются значения показателей точности и сходимости результатов регулирования к заданным параметрам цели. Если результаты удовлетворяют принятым ограничениям, то сценарий в виде показанной выше спецификации вносится в базу знаний, пополняя ее при этом новыми знаниями.

Четвертая глава посвящена описанию инструментальной системы MODEX, созданной на основе специфицированных в диссертационной работе методов и разработанных алгоритмов. Система автоматизирует процесс создания сценариев регулирования рынка труда и соответствующих моделей мониторинга, а также оценку сценариев по результатам исполнения на предмет стабильности достижения цели регулирования. Процедуры инструментальной системы обеспечивают:

- формализацию знаний экспертов о регулировании рынка труда региона в виде концептуальной модели;

- накопление и хранение формализованных знаний в базе знаний системы;

- использование знаний для постановки задачи регулирования рынка труда, синтеза алгоритма регулирования согласно поставленной задаче, генерации

описания сценариев, реализующих созданный алгоритм, или выбор из имеющихся в базе знаний системы готовых сценариев регулирования, адекватных поставленной задаче регулирования рынка труда;

- использование знаний и описаний сценариев для генерации соответствующих моделей мониторинга рынка труда.

В состав инструментальной системы входят следующие компоненты;

- база знаний системы;

- блок пользовательского интерфейса;

- блок формализации знаний экспертов;

- блок решения задач;

- блок представления и объяснения результатов решения задач.

Основными режимами работы системы МООЕХ являются;

- приобретение и пополнение знаний;

- решение задач;

- представление и объяснение результатов решения задач.

В режиме "Приобретение и пополнение знаний" производится настройка системы на конкретный региональный рынок труда и формализация знаний экспертов о данной предметной области в виде концептуальной модели. Для создания концептуальной модели использован графической входной язык, обеспечивающий наглядное и структурированное представление проблемы. При этом формируется блок декларативных знаний базы знаний системы, который содержит также шаблоны вывода, построенные на основе отношений концептуальной модели, и дискриминатор композиций элементарных операций, управления, пополняемый в процессе функционирования системы.

В режиме "Решение задач" на основе фактов и правил базы знаний системы согласно сформулированной цели регулирования рынка труда разрабатывается спецификация, содержащей методы регулирования, объекты регулирования, исполнителей и ресурсы регулирования рынка труда, которая используется в качестве постановки задачи синтеза сценария данного регулирования и в качестве критерия выбора сценариев, адекватных задаче регулирования рынка труда. На основе синтезированного или выбранного сценария и множества атрибутов концептуальной модели синтезируется модель мониторинга рынка труда, соответствующая цели регулирования. По результатам исполнения сценария, полученным в ходе мониторинга, производится оценка синтезированного сценария регулирования на адекватность и стабильность достижения цели регулирования рынка труда.

В режиме "Представление и объяснение результатов решения задач" производится представление алгоритма синтезируемого сценария и соответствующей модели мониторинга в виде ориентированных графов и трансляция данных алгоритмов в текстовое описание процесса регулированияи

процесса мониторинга. Кроме того, в процессе синтеза нового сценария пользователю предоставляются промежуточные результаты всех этапов данного процесса.

Система MODEX реализована в среде Fox Pro 2.5 и функционирует на компьютерах типа IBM PC AT под управлением MS DOS версии 3.0 и выше или Windows 95. Оболочка системы занимает 3.5 Мб дисковой памяти.

В приложении к диссертационой работе приведен вид инструментальной панели многооконного интерфейса системы MODEX и диалоговых окон, поддерживающих работу пользователей в конкретных режимах работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Совокупность сформулированных и обоснованных в диссертационной работе положений, а также ее практические результаты представляют собой решение актуальной научно-технической проблемы автоматизации ранних, менее изученных с точки зрения формализации и алгоритмизации этапов проектирования программ регулирования регионального рынка труда с использованием знаний экспертов. При этом в работе получены следующие результаты.

1. Разработан метод формализации и представлению экспертных знаний о предметной области, основанный на функционально-целевой технологии и позволяющий специалистам в своей терминологии строить концептуальную модель предметной области.

2. В рамках предложенного метода разработана концептуальная модель регулирования регионального рынка труда, которая позволила формализовать и представить знания специалистов в области управления социально-экономическими системами о регулировании рынка труда и дала возможность учитывать в процедурах решения задач особенности структуры исследуемой предметной области.

3. На основе концептуальной модели регулирования регионального рынка труда разработана структура и реализована база знаний, которая позволила автоматизировать процесс решения задач достижения устойчивого равновесия рынка труда и обеспечила выявление и накопление новых знаний о принципах решения данных задач. Для представления экспертных знаний использован аппарат алгебры множеств.

4. Разработаны алгоритмы выполнения на основе базы знаний интерактивных процедур постановки задачи регулирования рынка труда, синтеза или выбора сценариев регулирования и синтеза соответствующих моделей мониторинга рынка труда. Спецификой данных алгоритмов является их

недетерминированность, заключающаяся в возможности сужения в интерактивном режиме области решений задач.

5. В результате, на основе специфицированных в диссертационной работе методов и разработанных алгоритмов, создана инструментальная система, автоматизирующая процессы формализации, представления, выбора, синтеза и оценки по результатам исполнения сценариев регулирования регионального рынка труда.

Таким образом показано, что эффективным средством автоматизации разработки программ регулирования рынка труда региона является компьютерная реализация концептуальной модели регулирования рынка труда в виде базы знаний, обеспечивающей создание информационной системы поддержки ранних этапов эксперимента на основе накапливаемых экспертных знаний.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Котомин А.Б. Об одном подходе к созданию системы вычислительного эксперимента для разработки и исследования адаптивных моделей интегрированных систем комплексной автоматизации производства (ИСКАП) .В кн.: Методе и средства вычислительного эксперимента, Апатиты, изд. Кольского научного центра АН СССР, 1990.- С. 18-24.

2. Котомин А.Б. Формирование критериев эффективности управления промышленным предприятием. /Тезисы докл.-24 Всесоюзная школа по автоматизации научных исследований.- Апатиты, изд. Кольского Научного Центра АН СССР, 1990,- С. 63-64

3. Котомин А.Б. Методы н средства организации баз знаний в системах вычислительного эксперимента для разработки и исследования адаптивных моделей интегрированных систем комплексной автоматизации производства. - В кн.: Вычислительный эксперимент в исследовании технологических процессов и систем.- Апатиты, изд Кольского научного центра АН СССР, 1991.- С. 42-46.

4. Котомин А.Б. Путилов В.А. Вычислительный эксперимент в управлении социально-экономическими системами. /Тезисы докл.-М.: Международная конференция ЮНЕСКО "Математика, компьютер, управление и инвестиции", -Москва, 15-19 февраля 1993.-С. 47.

5. Котомин А.Б. Путилов В.А. Проблемы развития информационной инфраструктуры региональных социально-экономических систем Севера России. -В кн.: Вычислительный эксперимент в задачах прогнозирования.- Апатиты, изд Кольского научного центра РАН , 1994.- С. 7-22.

6. Котомин А.Б. Система вычислительного эксперимента на базе экспертных знаний для непрервного прогнозирования социально-экономического развития

региона. /Тезисы докл.- 3-я Санкт-Петербургская международная конференция "Региональная информатика - 94", С-Петербург,- 1994,- С. 59-61.

7. Котомин А.Б. Автоматизированная система непрерывного прогнозирования социально-экономического развития региона на базе вычислительного эксперимента с использованием экспертных знаний (на примере Мурманской области РФ). -В кн.: Синтез систем вычислительного эксперимента. Апатиты, изд. Кольского научного центра РАН, 4.1. 1995.- С. 86-102.

8. The Northern Border /Piijo Helppikangas, Petri Kinnunen, Alexander Kotomin, Kyosti Urponen/.- Rovaniemi, Finland, Lapin Yliopisto, 1996, - 164 p.

9. Kotomin A., Application of fuzzy models in forecasting of a condition of labour resources of a region.- The Abstracts of Forth International Conference HUSITA 4, Rovaniemi, Lapland, Finland, University of Lapland, 11-14 June, 1996,- P. 24-25.

10. Горохов A.B., Котомин А.Б. Разработка моделей мониторинга для прогнозного социального проектирования.// Интеллектуальные инструментальные средства вычислительного эксперимента. -Апатиты, изд. КНЦ РАН, 1996. - С. 69-76.

11. Котомин А.Б. Применение нечетких моделей для прогнозирования состояния трудовых ресурсов региона.// Интеллектуальные инструментальные средства вычислительного эксперимента. -Апатиты, изд. КНЦ РАН, 1996. - С. 5868.

12. Котомин А.Б. Оценка качества управленческих решений с позиции устойчивого развития: информационный аспект,- Доклад на Международном семинаре "Устойчивое развитие", Апатиты, ИЭП КНЦ РАН. -Мурманск, Мурманское книжное изд., 1997,- С. 38-42

Автореферат

КОТОМИН Александр Борисович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯИ АВТОМАТИЗАЦИИ СЦЕНАРИЕВ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕГИОНАЛЬНОГО РЫНКА ТРУДА

Технический редактор Лицензия

Подписано к печати 14.05.98.

Формат бумаги 60x841 1/16. Бумага типографская. Печать офсетная. Уч.-изд.л. 1. Усл. краско-от. Заказ № 12. Тираж 100 экз.

Издательство Петрозаводского государственного университета Петрозаводск, пр. Ленина, 33

Отпечатано подразделением оперативной полиграфии Кольского филиала ПетрГУ

Апатиты, ул. Космонавтов, 3

/

Российская Академия Наук Институт информатики и математического моделирования технологических процессов

На правах рукописи

УДК 681.3

КОТОМИН Александр Борисович

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНЦЕПТУАЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И АВТОМАТИЗАЦИИ СИНТЕЗА СЦЕНАРИЕВ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЕГИОНАЛЬНОГО РЫНКА ТРУДА

Специальность 05.13.16 - Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных

исследованиях

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, лауреат премии Правительства РФ Путилов В.А.

Апатиты-1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................6

1. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ В ОБЛАСТИ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕГИОНОМ

(ОБЗОР).......................................................................................................................14

1.1 Характеристика социально-экономической системы и рынка труда

региона....................................................................................................................15

1.2. Банки данных в сфере регулирования рынка труда...........................................20

1.2.1. Банк данных "Автоматизированная система обработки информации трудоустройства и занятости населения"............................................................21

1.2.2. Банк данных "Автоматизированная система обработки информации социального обеспечения населения".................................................................21

1.3. Системы имитационного моделирования сценариев регулирования

рынка труда............................................................................................................22

1.3.1. Система автоматизации моделирования на основе алгоритмических

сетей САПФИР.......................................................................................................22

1.3.2. Система динамического имитационного моделирования

коммерческих задач РО\УЕЫ81М©.....................................................................24

1.4. Системы автоматизации обработки экпериментальной информации..............25

1.5. Требования к системе концептуального моделирования и автоматизации синтеза сценариев регулирования на базе экспертных

знаний (МООЕХ)...................................................................................................25

1.6. Выводы.................................................................................................................. 29

2. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ.......................31

2.1. Определение предметной области...........!...........................................................32

2.1.1. Классификация методов регулирования.....:....................................................33

2.1.2. Классификация объектов рынка труда............................................................38

2.1.3. Классификация агентов рынка труда...............................................................38

' 2.1.4. Классификация ресурсов регулирования рынка труда...................................39

2.1.5. Методы сбора и обработки информации о рынке труда...............................39

2.2. Состав концептуальной модели рынка труда.....................................................41

2.2.1. Цели управления региональным рынком труда..............................................43

2.2.2. Элементарные действия по регулированию рынка

труда......................................................................................................................44

2.2.3. Атрибуты модели...............................................................................................45

2.3. Отношения модели................................................................................................47

2.4. Метод функционально-целевого подхода к созданию

концептуальной модели........................................................................................49

2.5. Реализация концептуальной модели...................................................................51

2.5.1. Экспертный метод декомпозиции глобальной цели.......................................52

2.5.2. Экспертный метод задания отношений модели..............................................54

2.6. Язык представления модели................................................................................55

2.7. Выводы..................................................................................................................56

3. МЕХАНИЗМ РЕАЛИЗАЦИИ ВЫБОРА И КОНСТРУИРОВАНИЯ СЦЕНАРИЕВ РЕГУЛИРОВАНИЯ РЫНКА ТРУДА............................................58

3.1. Структура базы знаний РЕГУЛИРОВАНИЯ РЫНКА ТРУДА...................... 60

3.1.1. Декларативные знания базы знаний................................................................61

3.1.2. Процедурные знания базы знаний...................................................................63

3.2. Алгоритм разработки спецификаций требований к реализации программы регулирования рынка труда...........................................................69

3.3. Выбор сценариев реализации програмы регулирования рынка труда............71

3.4. Синтез сценария реализации программы регулирования................................72

3.4.1. Определение подмножества элементарных операций

управления...........................................................................................................73

3.4.2. Генерация альтернативных вариантов алгоритма

реализации програмы регулирования рынка труда.......................................... 75

■ 3.4.3. Оценка и выбор алгоритма реализации прграммы регулирования.............78

3.5. Алгоритм мониторинга для оценки практической реализации

выбраного сценария............................................................................................79

3.6. Внесение в базу знаний нового сценария реализации программы регулирования рынка труда................................................................................82

3.7. Выводы.................................................................................................................83

4. ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СИСТЕМА................................................................85

4.1. Состав системы...............:....................................................................................87

4.2. Функционирование системы...............................................................................91

4.2.1. Организация сеанса работы.............................................................................93

4.2.2. Приобретение и пополнение знаний................................................................94

4.2.2.1. Описание пользовательского интерфейса.................................................... 96

4.2.2.2. Настройка системы на исследуемую предметную

область................................................................................................................98

4.2.2.3. Процедура формализации знаний экспертов в виде концептуальной модели предметной области...............................................100

4.2.2.4. Процедура реализации экспертного метода задания

отношений концептуальной модели.................................................................102

4.2.3. Решение задач...................................................................................................103

4.2.3.1. Описание пользовательского интерфейса....................................................105

4.2.3.2. Процедура создания спецификации запроса

пользователя.................................................................................................... 106

4.2.3.3. Процедура выбора сценария согласно спецификации

запроса пользователя.........................................................................................107

4.2.3.4. Процедура синтеза сценария регулирования рынка труда........................108

4.2.3.5. Процедура обработки результатов мониторинга исполнения сценария регулирования для оценки качества выполнения

программы......................................................................................................111

4.2.3.6. Процедура ввода спецификации сценария в базу знаний...........................112

4.2.4. Обслуживание базы знаний..............................................................................113

4.3. Практическое использование возможностей инструментальной

системы........................................................................................................................114

4.4. Выводы ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Одной из актуальных проблем Мурманской области и других северных регионов России является становление новых процессов в сфере занятости населения и регулировании рынка труда, которые выражаются в высоком уровне безработицы, снижении уровня жизни и социального положения населения [11,20,36,37,39].

Особенно острой данная проблема стала в период трансформации политической и экономической системы, когда были разрушены привычные организационные схемы отраслевого и территориального управления и существенно возрос уровень неопределенности условий и принципов хозяйствования. Это обуславливает необходимость разработки значительного количества вариантов региональных программ, направленных на решение важнейших задач стабилизации рынка труда в рамках достижения стратегической цели развития региона. Разработка таких программ (например, программ"Занятость" или "Миграция") проводится группами специалистов службы занятости и миграционной службы по решению и под руководством администрации региона. Процесс разработки программ заключается в анализе проблемы, разработке концепции ее решения, разработке мероприятий по достижению целей программы, формировании сценариев ее реализации и оценке их эффективности.

Все перечисленные этапы, кроме возможно последнего, относятся к сложным творческим процессам и выполняются специалистами на основе знаний и накопленного опыта. Сложность решаемых проблем ведет к значительным трудозатратам на всех этапах, что ставит задачу внедрения средств автоматизации при разработке программ регулирования рынка труда. Лишь последняя стадия процесса разработки - оценка эффективности предложенных сценариев - поддерживается существующими методиками. Известные системы автоматизации и программные продукты в области имитационного моделирования ориентированы на поддержку именно этой стадии. Они оставляют за специалистами - экспертами в названных областях - обязанность определять структуру

модели объекта, существенные параметры и факторы модели, возможные сценарии развития ситуации, обеспечивая лишь имитационное моделирование выбранного варианта того или иного сценария. Между тем ясно, что именно ранние этапы моделирования определяют такие свойства модели как ее адекватность и полнота, именно на этих этапах происходит процесс снижения уровня неопределенности за счет применения знаний экспертов. Поэтому целесообразным является создание системы концептуального моделирования в области разработки программ регулирования рынка труда регионального уровня, которая включала бы средства компьютерного представления знаний специалистов о предметной области, средства поддержки этапа формализации и анализа решаемых проблем и средства синтеза сценариев их решения.

Целью диссертационной работы является создание инструментальной системы поддержки концептульного и сценарного моделирования для решения задач по регулированию регионального рынка труда. Основные задачи, решаемые в работе:

1. Формализация представления знаний специалистов о целях, методах и средствах управления региональным рынком труда;

2. Реализация базы знаний о предметной области;

3. Разработка средств формализации и анализа проблем развития рынка труда, синтеза сценариев их решения и соответствующих им моделей мониторинга реализации.

Методы исследования. В качестве основных методов исследования были использованы:

1. Обобщение и научный анализ теоретических и прикладных разработок в области автоматизации управления социальнно-экономическими системами;

2. Концептуальный подход к созданию модели предметной области и моделей сценариев решаемых проблем;

3. Функционально-целевая технология при построении базы знаний о предметной области;

4. Методы математической логики, теории множеств, теории графов, математической статистики, теории нечетких множеств;

5. Методы статистических и социологических исследований для формализации моделей мониторинга и их практического опробования.

Научная новизна. В диссертации осуществлено применение функционально-целевого подхода для решения задачи автоматизации процесса концептуального моделирования развития регионального рынка труда. Это позволило эффективно решить следующие важные научно-технические задачи:

1. Разработан подход к формализации и представлению знаний специалистов о предметной области, что позволило на основе функционально-целевой технологиии построить концептуальную модель регионального рынка труда в естественной терминологии.

2. Разработана структура базы знаний о региональном рынке труда, позволяющая автоматизировать процесс формализации представлений экспертов о рынке труда и его развитии, выявлять и накапливать новые знания о принципах решения задач регулирования рынка труда. Для представления знаний использован аппарат алгебры множеств.

3. Разработаны алгоритмы интерактивной процедуры анализа и формализации проблем регулирования регионального рынка труда, с целью определения их разрешимости и синтеза соответствующих сценариев регулирования, а также моделей мониторинга результатов выполнения данных сценариев.

Положения, выносимые на защиту. Разработанные в диссертационной работе модели, алгоритмы м технологические приемы позволяют решить проблему автоматизации синтеза сценариев регулирования рынка труда региона, обеспечивающих его развитие в соответствии с заданными целями, а также синтеза соответствующих сценариям моделей мониторинга результатов регулирования. На основе полученных результатов могут быть сформулированы следующие основные положения:

1. Разработка концептуальной модели предметной области является эффективным средством формализации знаний специалистов о региональном рынке труда как о социально-экономической системе. Функционально-целевой подход обеспечивает достаточно естественное для специалистов иерархическое представление знаний о целях, задачах и ресурсах системы.

2. Создание базы знаний о развитии рынка труда региона позволяет автоматизировать процесс анализа проблем и синтеза соответствующих сценариев программ его регулирования и возможных вариантов их реализации, а также моделей подготовки исходных данных и мониторинга результатов выбранных сценариев.

3. Разработанные в диссертации алгоритмы и средства автоматизации позволяют использовать знания специалистов, формализованные в виде базы знаний, для разработки эффективнэх вариантов региональных программ развития рынка труда и соответствующих им моделей сбора и обработки информации на стадиях подготовки и исполнения.

Практическая значимость. В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором в ходе исследований, проводимых по планам научно-исследовательских работ Института информатики и математического моделирования Кольского научного центра РАН в период 1989-1998гг.: "Системные средства математического моделирования в области химико-технологических, горнопромышленных и экологических систем" 1989 г. (З.ГР 0189.0072643), "Разработка интегрированной системы комплексной автоматизации производства и управления предприятия "Северная Заря" 1989г. (отчет о научно-исследовательской работе по Х/Д N.4050 от 20.05.89.),"Разработка интегрированной системы комплексной автоматизации производства и управления Кандалакшинского опытно-машиностроительного завода" 1991г. (отчет о научно-исследовательской работе по Х/Д N.2151 от 18.04.90.), "Функционально-целевая информационная технология диагностики и прогноза динамики систем "Технологические процессы - трансформированные природные комплексы" 1991 -1994 гг., "Информационно-аналитическое обеспечение для разработки совместной

Российско-Финляндской программы занятости населения г.Кандалакши и Кандалакшского района Мурманской обл. и района Кемиярви-Салла Лапландской губ. ФР" (отчет о научно-исследовательской деятельности, по Х/Д N.2751 от 31.03.94.), а также ряда других хоздоговорных работ.

На основе полученных научных результатов была реализована база знаний о развитии регионального рынка труда на основе его концептуальной модели и созданы средства автоматизации разработки сценариев реализации региональных программ регулирования рынка труда в виде инструментальной системы, предоставляющей следующие возможности:

1. Настройка системы на конкретный региональный рынок труда и создание концептуальной модели данной предметной области, а также ее корректировка;

2. Формализация проблем регулирования рынка труда в виде спецификации программы ее решения на основе понятий концептуальной модели, с параллельным анализом ее разрешимости;

3. Синтез сценариев реализации программы с отбраковкой по заданным критериям;

4. Занесение в базу знаний и выбор на основе спецификации готовых сценариев регулирования рынка труда;

5. Ввод исходной фактографической информации о состоянии рынка труда, и, в случае необходимости, актуализация данных на момент начала реализации программы регулирования;

6. Синтез модели мониторинга для получения информации о ходе реализации программы регулирования рынка труда, включающей возможность получения данных с помощью социологических методов;

7. Ввод фактографической информации о ходе выполнения программы и, в случае необходимости, корректировка рабочего сценария.

Внедрение результатов. Результаты проведенных исследований нашли практическое применение в следующих разработках, в которых автор принимал непосредственное участие:

1. Созданная на основе указанных в диссертационной работе методов и разработанных технологических приемов инструментальная система концептуального моделирования была применена при разработке совместной Российско-Финляндской программы занятости для приграничных регионов "Информационно-аналитическое обеспечение для разработки совместной Российско-Финляндской программы занятости населения г. Кандалакши и Ка