автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Самоорганизация и управление малыми научными группами на основе нелинейных когнитивных динамических моделей с учетом человеческого фактора

На правах рукописи

МУХАМЕДРАХИМОВА Лилия Наилевна

САМООРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ МАЛЫМИ НАУЧНЫМИ ГРУППАМИ НА ОСНОВЕ НЕЛИНЕЙНЫХ КОГНИТИВНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ С УЧЕТОМ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА

Специальность: 05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах

1 з Щ 2015

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа-2015

005568763

005568763

Работа выполнена на кафедре автоматизированных систем управления ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический

университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

д-р. техн. наук, доц. Герасимова Ильмира Барыевна

д-р. техн. наук, ст. науч. сотр. Абрамова Нина Александровна ФГБУН ИЛУ им. В. А. Трапезникова РАН, заведующая лабораторией № 51 «Когнитивного моделирования и управления развитием ситуаций»

канд. техн. наук, доц. Нпзамутдинов Марсель Малиховпч

Институт социально-экономических исследований Уфимского научного центра РАН, заведующий сектором экономико-математического моделирования

ФГБОУ ВПО «Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского», г. Омск

Защита диссертации состоится 17 июня 2015 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.288.03 на базе ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» по адресу: 450000, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» и на сайте www.ugatu.su.

Автореферат разослан «17» апреля 2015 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета, л пд

д-р. техн. наук, проф. /). / Яу«^ В. В. Миронов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Тенденцией современной науки в силу сложности и мультидисциплинарности решаемых проблем является проведение групповых исследований по выполнению научных проектов. Так, более 70% основных средств РФФИ направляется на финансирование инициативных научных проектов, выполняемых «небольшими научными коллективами (до 10 человек)». Таким образом, основную роль в развитии науки, проведении научных исследований и повышении эффективности научной деятельности играют малые научные группы (МНГ).

С точки зрения теории управления МНГ представляют собой сложную открытую динамическую систему, основными элементами которой выступают члены группы и возникающие между ними деловые межличностные отношения. Важным свойством этой системы является способность к самоорганизации и самоуправлению.

Эффективность научной деятельности МНГ зависит от множества факторов, которые условно можно классифицировать на внешние, определяемые социальной микро- и макросредой, внутригрупповые, обусловленные характером и силой взаимоотношений между членами группы, и индивидуальные, описываемые психофизиологическими особенностями каждого человека.

В зарубежной и отечественной литературе имеется достаточно публикаций по вопросам деятельности научных коллективов и проведению коллективных научных исследований. Большинство из них посвящены организационным, управленческим, психологическим и социологическим аспектам, что говорит об актуальности данной тематики.

Однако, некоторые актуальные стороны проблемы управления МНГ остались не полностью раскрыты как со стороны науковедов, так и со стороны построения математических моделей и формализации процесса научной деятельности. К ним относятся построение на основе системного подхода когнитивной модели МНГ, формализация отношений между членами группы, формирование темпа деятельности МНГ, учет человеческого фактора (психологических свойств, типа темперамента и особенностей поведения личности) в процессе самоорганизации и управления.

Таким образом, актуальной проблемой становится изучение свойств МНГ на основе формализации, а именно на основе построения когнитивных динамических моделей МНГ в процессе научной деятельности с учетом человеческого фактора, решение которой позволит изучить закономерности функционирования МНГ, выявить ее латентные состояния, спрогнозировать будущие, а также эффективно управлять группой, повышая производительность ее труда.

Степень разработанности темы

Исследованию процессов научной деятельности и повышения ее эффективности посвящены работы многих отечественных ученых: Р. М. Юсупова, И. Д. Софронова, М. Г. Ярошевского, А. Г. Аллахвердяна, Г. 10. Мошковой, А. В. Юревича, А. И. Яблонского, И. Д. Андреевой, В. Г. Фомина, П. Н. Завли-на, С. В. Булярского, Л. Г. Зубовой, Е. В. Аржаных, О. Н. Андреевой,

С. Г. Струмилина, А. Е. Варшавского, Ю. Л. Качалова, Н. А. Шматко, и других, а также зарубежных авторов Д. Ж. Хесса, Ф. В. Тэйлора, С. Котгрова, С. Бокса.

Значительный вклад в совершенствование теоретических основ и решение научно-практических задач организационного управления и управления человеческими ресурсами на основе методов системного анализа и теории управления внесли: А. М. Новиков, В. Н. Бурков, Д. А. Новиков, В. Н. Волкова, И. В. Прангишвили, Н. А. Абрамова, И. Ю. Солдатова, В. Д. Голиков, Б. Г. Ильясов, Н. И. Юсупова, М. Б. Гузаиров, В. И. Васильев, Р. А. Бадамшин, Л. Р. Черняховская и зарубежные авторы Т. Демарко, Т. Листер, Ж. Вагнер.

Вопросы математического моделирования социальных процессов, в том числе малых групп, а также социальной самоорганизации отражены в трудах В; Н. Буркова, Д. А. Новикова, Н. А. Абрамовой, С. С. Паповяна, В. И. Паниотго, В. С. Максименко, Г. Г. Татаровой, И. Б. Герасимовой, Н. А. Хасановой, а также Г. А. Саймона, А. Б. Соренсена, М. Т. Халиннана, Д. Е. Хантера, В. Чахера и др.

Однако, несмотря на большое количество исследований, не были еще разработаны нелинейные когнитивные динамические модели МНГ, учитывающие и внутригругаговые, и индивидуальные характеристики членов группы, а также не разработаны алгоритмы совместной научной деятельности, позволяющие изучить закономерности функционирования МНГ и личности внутри группы и повысить эффективность их управления.

Объектами исследования является личность и МНГ как сложные динамические системы.

Предметом исследования является процесс управления и самоорганизации личности и МНГ, представленных в формах систем нелинейных дифференциальных уравнений или в виде когнитивных моделей.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является повышение эффективности самоорганизации и управления МНГ на основе нелинейных когнитивных динамических моделей как при автономном взаимодействии личностей как систем с учетом человеческого фактора, так и при взаимодействии членов МНГ как агентов мультиагентной нелинейной иерархической системы, а также оценка эффективности использования предложенных моделей и структур самоорганизации и управления на основе разработанного программного обеспечения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать концепцию изучения личности, ее нелинейные когнитивные динамические модели и проанализировать на основе разработанных моделей различные состояния личности в процессе индивидуальной научной деятельности.

2. Разработать нелинейную когнитивную динамическую модель управления автономным групповым взаимодействием трех личностей как систем с учетом человеческого фактора и исследовать процесс их самоорганизации.

3. Разработать нелинейные когнитивные динамические модели управления МНГ двух типов как мультиагентных иерархических систем и проанализировать их самоорганизацию в процессе выполнения научного проекта.

4. Разработать программное обеспечение для автоматизированной системы когнитивного моделирования состояний личности и деятельности МНГ при

выполнении научного проекта и оценить эффективность управления МНГ методом компьютерного моделирования при различных формах саморегуляции и взаимоотношений между членами МНГ.

Научная новизна:

1. Научная новизна разработанной концепции состоит в двойственной форме представления личности: либо как агента сложной мультиагентной системы, способного к саморегуляции, либо в виде системной триады динамических взаимосвязанных и взаимодействующих концептов: интеллектуальной деятельности, организационно-трудовой деятельности и психофизиологического состояния, и учета саморегуляции этих элементов. Научная новизна нелинейных когнитивных динамических моделей личности заключается не только в учете нелинейного характера взаимодействия между концептами личности, но и в рассмотрении линейных и нелинейных форм ее саморегуляции.

2. Научная новизна нелинейной когнитивной динамической модели управления МНГ при автономном групповом взаимодействии трех личностей как систем заключается в учете индивидуальных психофизиологических особенностей личности, включая формы ее саморегуляции и самоорганизации, в соответствии с общепринятыми психологическими и социологическими портретами личности.

3. Научная новизна нелинейных когнитивных динамических моделей управления МНГ I и П типа как мультиагентными системами заключается в их представлении в виде структур, способных к самоорганизации и самоуправлению. Для повышения эффективности управления МНГ П типа нелинейную когнитивную динамическую модель целесообразно представлять в виде трехуровневой иерархической системы с обменом информации между уровнями и внутри каждого уровня с целью улучшения процессов самоорганизации и самоуправления.

4. Научная новизна программного обеспечения для автоматизированной системы когнитивного моделирования заключается в том, что оно включает в себя все разработанные математические модели личности и управления МНГ, а также позволяет анализировать процессы самоорганизации, саморегуляции и различные виды взаимосвязей между концептами личности и взаимоотношений между членами группы. Научная новизна оценки эффективности управления МНГ рассматривается в реализации трех критериев: поддержание качества функционирования МНГ (исключение неустойчивых, автоколебательных и хаотических движений), поддержание темпа деятельности МНГ за счет ее самоорганизации и сокращение времени, затрачиваемого на выполнение работ по научному проекту.

Теоретическая и практическая значимость

Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке теоретических оснований анализа самоорганизации МНГ в форме систем нелипейных дифференциальных уравнений, что позволяет учитывать самоорганизацию и саморегуляцию членов группы, а также характер взаимоотношений между ними. Разработанные модели управления МНГ вносят теоретический вклад в теорию управления малыми социальными грушами, в том числе научными.

Практическая значимость заключается в том, что полученные результаты могут быть использованы в прикладном плане для повышения эффективности и

производительности как МНГ в целом, так и при формировании процессов самоорганизации личности в составе МНГ. Результаты исследований оформлены в виде методики анализа эффективности самоорганизации и управления МНГ на основе нелинейных когнитивных динамических моделей с учетом человеческого фактора. Разработанное программное обеспечение реализует разработанный комплекс моделей и алгоритмов, и его применение позволяет повысить эффективность управления МНГ.

Практическая значимость результатов подтверждается актом внедрения в научно-исследовательскую часть и учебный процесс ФГБОУ ВПО «УГАТУ».

Методы исследования

При проведении диссертационного исследования были использованы методы системного анализа и основные положения общей теории систем, теории управления, теории дифференциальных уравнений, теории графов, теории когнитивного и динамического моделирования, некоторые положения социологии, психологии и менеджмента. Разработка программного обеспечения производилась в среде MATLAB.

Положения, выносимые на защиту

1. Концепция изучения состояний личности, ее нелинейные когнитивные динамические модели и результаты анализа на основе разработанных моделей различных состояний личности в процессе индивидуальной научной деятельности.

2. Нелинейные когнитивные динамические модели управления автономным групповым взаимодействием трех личностей как систем с учетом человеческого фактора и результаты исследования их самоорганизации.

3. Нелинейные когнитивные динамические модели управления МНГ двух типов как мультиагентных иерархических систем и результаты анализа их самоорганизации в процессе выполнения научного проекта.

4. Программное обеспечение для автоматизированной системы когнитивного моделирования состояний личности и деятельности МНГ при выполнении научного проекта и результаты оценки эффективности управления МНГ методом компьютерного моделирования при различных формах саморегуляции и взаимоотношений между членами МНГ.

Достоверность результатов

Обоснованность полученных в диссертационной работе результатов подтверждается корректным использованием положений теории системного анализа, теории систем и теории моделирования. Диссертационное исследование основывается на применении апробированных эмпирических данных и описательных моделей в области социологии и психологии, научных положений и корректном использовании математического аппарата дифференциального исчисления, а также в согласовании полученных результатов с известными теоретическими положениями, в том числе социологии, психологии и менеджмента.

Апробация результатов

Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались на следующих научно-технических конференциях: VIII и IX всероссийская зимняя школа-семинар аспирантов и молодых ученых (с меж-

дународным участием) «Актуальные проблемы науки и техники» (Уфа, 2013, 2014), II международная конференция «Информационные технологии и системы» (Банное, 2013), X школа-конференция молодых ученых «Управление большими системами» (Уфа, 2013), XXVI европейская конференция по исследованию операций (26th European Conference on Operational Research) (Рим, Италия, 2013), I и П международные конференции «Информационные технологии интеллектуальной поддержки принятия решений» (Уфа, 2013, 2014), XV и XVI международные конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных системах» (Самара, 2013, 2014), VI всероссийская мультиконферен-ция по проблемам управления (Дивноморск, 2013), XII всероссийское совещание по проблемам управления (Москва, 2014), XX конференция международной федерации ассоциаций исследования операций (20th Conference of the International Federation of Operational Research Societies) (Барселона, Испания, 2014), всероссийская молодежная научная конференция «Мавлютовские чтения» (Уфа, 2014), XVI международная конференция «Компьютерные науки и информационные технологии» (16th Conference on Computer Science and Information Technologies) (Шеффилд, Англия, 2014).

Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 21 источнике, включая 5 статей в изданиях из перечня, утвержденного ВАК РФ («Ме-хатроника, автоматизация, управление», «Вестник УГАТУ», «Вестник СамГТУ» серия «Технические науки», «Наука и образование»), и свидетельство о регистрации программы.

За цикл работ по теме диссертационного исследования автор удостоена Диплома всероссийского конкурса научных работ по теории управления и ее приложениям за 2014 год, проводимым Институтом проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН.

Связь темы исследования с научными программами

Работа выполнялась в период 2012— 2015 гг. на кафедрах технической кибернетики и автоматизированных систем управления Уфимского государственного авиационного технического университета в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» 2009 - 2013г. По теме диссертации получен грант РФФИ № 15-08-01334 на тему «Повышение эффективности организационного управления человеко-машинных систем с учетом человеческого фактора».

Объем и структура работы

Диссертационная работа состоит из 178 страниц машинописного текста, включающего в себя введение, четыре главы, заключение, список литературы из 174 наименований и 2 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении к диссертации обосновывается актуальность темы исследования, отмечается новизна работы, теоретическая и практическая значимость, положения, выносимые на защиту.

В первой главе проводится анализ проблемы управления МНГ как социальными объектами, показавший, что эффективное управление МНГ достигает-

ся через эффективное руководство и лидерство, создание положительного психологического микроклимата, учета индивидуальных особенностей ее членов. Повышение эффективности управления МНГ требует исследования системных связей и закономерностей функционирования МНГ, а также принятие во внимание человеческого фактора. В связи с этим необходимым становится рассмотрение МНГ как сложной динамической системы и исследование ее с помощью количественных методов, что позволит устранить пробелы в знаниях о функционировании МНГ, выявить новые качественные проблемы и спрогнозировать будущие состояния.

Во второй главе предложена концепция, включающая в себя два подхода - целостный и системный - к рассмотрению личности в социальной системе. Целостный подход рассматривает личность как активного агента, характеризующегося саморегуляцией темпа и ритма деятельности и вносящего свой индивидуальный вклад в деятельность. Данный подход в большей степени используется для выявления основных закономерностей функционирования личности в составе групп.

Системный подход рассматривает личность как систему трех концептов: интеллектуальной деятельности (ИД), организационно-трудовой деятельности (ОТД) и психофизиологического состояния (ПС). Этот подход дает возможность учитывать влияние особенностей человеческого фактора.

На основе системного подхода разработаны нелинейные когнитивные модели личности как самоорганизующейся системы. При этом различается два состояния личности: пассивное (ментальное) и активное. Пассивное состояние соответствует состоянию в процессе размышления и планирования, в результате которого рождаются идеи, планы, модели и т. д. Это уровень концептуальной деятельности без поставленной цели. В состоянии активной деятельности личность реализует результаты своего «пассивного» состояния (умственной работы) в форме физических объектов: проектов, математических и физических моделей, программного обеспечения и т. д. В этом состоянии появляется новый концепт «цель деятельности» (ЦД), определяемый совместной деятельностью концептов ЙД, ОТД и ПС.

Следует отметить, что в работе здесь и в последующих исследованиях используется допущение: в рассматриваемом классе социальных систем (личности и МНГ) весь процесс достижения цели деятельности (например, выполнения научного проекта) рассматривается как дискретно-временной и разбивается на множество интервалов времени. На каждом интервале времени процесс выполнения работ происходит непрерывно с определенным темпом. Оценка эффективности деятельности самоорганизации и управления личности и МНГ рассматривается в первую очередь по качественному критерию в виде перехода из нежелательных форм движения (автоколебательных, хаотических и неустойчивых) в желательные (устойчивые).

Системная модель личности в состоянии активной деятельности может быть представлена в виде когнитивного орграфа (рисунок 1) или выражена в виде системы нелинейных дифференциальных уравнений, в которой влияние концептов друг на друга происходит в нелинейной форме, а саморегуляция осуществляется с помощью линейных отрицательных обратных связей:

Хх = -а]Х] + - сх2 + и,;

Хъ = -аъХъ + к3Х]Х2 - + и3;

где 1,1 - скорость темпа и темп активной деятельности личности, определяемый произведением концептов личности Х^2Х3,

Х1,Х2,Х3,Х1,Х1,Х2 — скорости изменения темпов и темпы ИД, ПС и ОТД соответственно,

а - коэффициент стабилизации темпа движения к цели,

ах,а2,аъ - параметры саморегуляции кон- тивная модель личности цептов ИД, ПС и ОТД соответственно, в активном состоянии

к^к2,к3 - параметры коллективного влияния двух концептов личности на третий в мультипликативной форме,

с,,с2,с3 - коэффициенты восприятия концептами личности динамики темпа движения к цели,

и(,м2,м} - входные переменные, отражающие индивидуальный вклад каждого концепта в состояние личности.

Важно отметить, что саморегуляция, например, г-го концепта личности может быть не только линейной, но и квадратичной (апХ.-апХ^) или кубической (апХ. -а.3Х*) формах, которые реализуются с помощью положительных и отрицательных обратных связей, а отношения между концептами могут носить линейный характер {кХ1Хг + кпХъ).

Свойства моделей были проанализированы методом компьютерного моделирования с помощью разработанного программного обеспечения в среде МАТЬАВ. В процессе анализа производились изменения отдельных параметров модели, и оценивалось влияние этих параметров на конечный темп деятельности, его устойчивость или неустойчивость.

На основе результатов проведенного анализа выявлено, что максимальный темп индивидуальной научной деятельности личности достигается при полной гармонии концептов: ИД, ОТД и ПС. К тому же, в отличие от моделей пассивного состояния личности, где все процессы протекали плавно (рисунок 2), в моделях активной личности при определенных сочетаниях параметров появляются автоколебательные режимы работы (рисунок 3).

Также на основе линейной и нелинейной моделей личности были проанализированы различные типы личностей, классифицированные по темпераменту: сангвиник, флегматик, меланхолик и холерик. Параметры моделирования заданы в соответствии с известными характеристиками типов личности на основе дан-

ных исследований и научной литературы в области социологии, психологии и менеджмента.

- - -1 -!

Рисунок 2 - Устойчивый темп деятельности личности в пассивном состоянии

Рисунок 3 - Автоколебательный режим системы

Таким образом, разработана оригинальная концепция изучения личности, ее нелинейные когнитивные динамические модели и проанализированы состояния личности на основе разработанных моделей. Когнитивные динамические модели личности как системы позволяют учитывать нелинейный характер взаимодействия между концептами и рассматривать линейные и нелинейные формы их саморегуляции. Анализ состояний личности показал наличие как устойчивых режимов работы, так и неустойчивых и автоколебательных.

В третьей главе проводится исследование автономного группового взаимодействия личностей как систем с учетом человеческого фактора.

Разрабатывается МНГ (рисунок 4), состоящая из трех личностей как систем, находящихся на одном иерархическом уровне и объединенных общей целью - выполнением какого-либо научного проекта. Под научного проектом (программой, проблемой) (НП) понимается решение какой-либо научной проблемы с получением научного результата, т. е. совокупность системно связанных задач, требующие выполнения определенного объема работ к заданному сроку.

Взаимодействие между личностями осуществляется на уровне концепта ИД и концепта ПС в виде линейных или нелинейный связей. При этом природа взаимодействия такова, что одна личность либо стимулирует (с помощью положительных обратных связей), либо тормозит (с помощью отрицательных обратных связей) деятельность других членов МНГ. Выходной координатой функционирования МНГ является темп деятельности группы (скорость выполнения работы), полученный как мультипликативный эффект от объединения индивидуальных темпов ОТД личностей. Также в качестве выходной координаты рассматривается ритм деятельности МНГ.

(2)

Рисунок 4 - Пример когнитивной динамической модели управления МНГ

Пусть / = {1,2,3} и / = {1,2,3} - множество личностей в составе группы и множество концептов каждой личности соответственно. Тогда в общем виде струюура МНГ описывается следующей системой дифференциальных уравнений: ¿~-а(г) + Х13Х2]Х]3;

ЦХ, 1,у)-0, у е {2,3},/ £7; ц(Х,г,У) = 0, уе{1,з}, /6/;

у,-0, /6 {2,3},у 6У; У»"0.

где скорость темпа и темп работы МНГ, определяемые произведением темпов ОТД личностей Х1гХ23Хп,

Хд,Хд - скорость темпа и темп каждого концепта у личности г, а(2), А(Х,1,у) - функции стабилизации темпа деятельности личностей и саморегуляции темпов ИД, ОТД и ПС личности /, которые могут иметь вид:

а(2)-

К{Х,1,]) - функция взаимодействия, отражающие степень влияния концептов личности ¡' друг на друга, может иметь вид:

-аХ.:. » ч

2 ДА

е{изИ4

к. п X.

У I 1 , , ""

щ - параметры, отражающие индивидуальный вклад каждого концепта в состояние личности /,

МЖ>'>/)> - функции взаимодействия личностей на уровнях ИД и

ПС соответственно, которые могут иметь вид:

I 'А

П х „

«е{ш}\{()

П хл

у,у - параметры, отражающие восприятие лидером темпов деятельности на интеллектуальном и организационно-трудовом уровнях.

На основе модели (2) рассматривается психофизиологическая совместимость членов группы. Из всех вариантов сочетаний темпераментов в качестве примера были выбраны одни из наиболее благоприятных: сангвиник-флегматик-меланхолик, и промоделированы с помощью разработанного программного обеспечения. Также было исследовано влияние на функционирование МНГ режима внешнего управления .

По результатам анализа и когнитивного моделирования можно сделать вывод, что при гармоничных отношениях и сотрудничестве между личностями достигается высокий устойчивый темп деятельности, превосходящий индивидуальные темпы деятельности членов МНГ (результат синергетического эффекта). Неритмичность или неустойчивость в процессе выполнения проекта являются результатами несогласованного поведения личностей в процессе совместной деятельности. Повышение темпа деятельности возможно в результате большего сплочения членов МНГ.

Также наблюдаются хаотические состояния системы, например, при понижении саморегуляции лидера-сангвиника, когда он чрезмерно эмоционально воздействует на флегматика и меланхолика, а они, в свою очередь, интеллектуально и эмоционально противодействуют лидеру (рисунок 5).

Рисунок 5 - Детерминированный хаос при противодействий членов группы

Также проанализировано влияние внешнего управления на деятельность МНГ и в рассмотренных примерах выявлено, что оно позволяет повысить темпы деятельности группы и восстановить систему из статически неустойчивого, автоколебательного и хаотического состояний.

Таким образом, разработанная нелинейная когнитивная динамическая модель управления автономным групповым взаимодействием трех личностей как систем с учетом человеческого фактора позволяет учитывать индивидуальные психофизиологические особенности личности, включая различные формы ее саморегуляции, в соответствии с общепринятыми психологическими и социологическими портретами типов личности. Исследование процессов самоорганизации МНГ выявило возможность устойчивой и ритмичной работы МНГ, а также неустойчивых, автоколебательных и хаотических режимов функционирования.

В четвертой главе разрабатываются нелинейные когнитивные динамические модели управления МНГ двух типов при выполнении НП, проводится анализ их самоорганизации на основе разработанных моделей, а также анализ самоорганизации МНГ на основе эмпирических исследований.

Исходная форма МНГ представляется в виде целеориентированной системной триады, выходной координатой (параметром) которой является темп деятельности, полученный в процессе взаимодействия членов группы. Характер взаимодействия в группе циркулярный, т.к. ведущим принципом, лежащим в основе коммуникации, является обратная связь.

В качестве исходной когнитивной динамической модели МНГ рассматривается двухуровневая модель управления МНГ (I типа), работающая над научной темой и состоящая из четырех человек: научного руководителя темы (НРТ) на верхнем уровне и трех научных сотрудников (НС) на нижнем уровне, как, например, на рисунке б.

Каждый агент описывается следующими параметрами:

• параметром саморегулирования (а;, ¿о), который может быть линейной, квадратичной или кубической формах,

• коэффициентами взаимоотношений (взаимовлияний) НС друг на друга kij, которые могут быть линейными или нелинейными,

• параметром обратной связи НРТ (с(), реализуемым отрицательными обратными связями,

• индивидуальным вкладом агентов в выполнение темы проекта (и.,и).

Синергетический эффект работы коллектива достигается через мультипликацию индивидуальных темпов деятельности НС (Х^ХгХ3). Интеграция результатов работы НС осуществляется НРТ.

На основе вышеописанной модели (рисунок 6) была разработана трехуровневая когнитивная динамическая модель управления МНГ (П типа) (рисунок 7), состоящая из нескольких уровней управления: три научные темы, во главе каждой из которых стоит НРТ, объединены в НП во главе с научным руководителем проекта (НТО), к тому же, в подчинении у каждого НРТ находятся по три НС. Целью деятельности МНГ является выполнение НП.

Рисунок 7 - Пример трехуровневой модели управления МНГ П типа Трехуровневая модель (рисунок 7) описывается системой (4):

г,/'= 1,2,3;

X = -а.Х + I к.Х. -c.YA-U.., I lY. + f[X-d.Z+v.,

i it и I 1J• m i i'

ne{U,3}\{i]

Z = -aZ + YY,Y.+w,

i = 1,2,3;

(4)

где Х..,Х.у - скорость темпа и темп работы НС, i,j = 1,2,3;

Yt,Yt — скорость темпа и темп работы НРТ, определяемые произведением темпов работы НС, т.е. ХпХаХ.3, 1 = 1,2,3;

Z,Z — скорость темпа и темп выполнения НП, определяемые произведением темпов работы НРТ, т.е.

а,д..,Ь. - параметры саморегуляции темпов выполнения проекта НС, НРТ и НРП соответственно;

Kji»' _ параметры взаимного влияния НС друг на друга и НРТ друг на друга соответственно;

c,j,dr параметры обратных связей, идущих от НРТ к НС и от НРП к НРТ соответственно;

u.j,v.,w - переменные индивидуальных вкладов НС, НРТ и НРП соответственно.

Итак, произошло усложнение модели управления МНГ I типа в силу увеличения количества агентов, появления нового уровня иерархии МНГ, образования дополнительных связей между НРТ и обратных связей от НРП к НРТ.

Рассмотренные модели управления МНГ I и II типа были проанализированы при помощи разработанного программного обеспечения. В процессе анализа были выявлены состояния МНГ (сочетания значений параметров), при которых группы достигают высокого и устойчивого темпа деятельности, приходят в автоколебательный или хаотический (в случае МНГ II типа) режимы, находятся в состоянии динамической или статической неустойчивости. Также было исследовано наличие чистого запаздывания в обратной связи от высшего уровня к нижнему и влияниевнешнего управления на самоорганизацию МНГ I и II типа.

хисунок 8 - Неритмичность темпа деятельности МНГ при наличии чистого запаздывания и высоком давлении НРТ на НС

В целях получения возможности оценить МНГ до начала проекта, выбрать из нескольких групп наиболее сплоченную, профессиональную и соответствующую по своим характеристикам выполнению поставленной задачи, предложена методика оценки потенциала МНГ, который формируется в виде интегрального показателя, состоящего их трех взаимосвязанных системных показателей: групповая сплоченность, интеллектуальный потенциал группы и потенциал научного руководителя. Также на основе эмпирических исследований методами письменного выборочного анкетирования и включенного полевого наблюдения проведена оценка самоорганизации деятельности МНГ и приведены расчетные примеры, подтверждающие эффективность предложенного подхода.

Таким образом, по результатам теоретических и эмпирических исследований, разработана методика анализа эффективности самоорганизации и управления МНГ, в которой предложен алгоритм оценки самоорганизации МНГ, даны рекомендации по повышению эффективности самоорганизации и управления деятельностью МНГ и выявлены причины неритмичной работы.

В целях автоматизации моделирования было разработано программное обеспечение, которое включает в себя все разработанные модели личности и управления МНГ, позволяет анализировать процессы самоорганизации, и предоставляет возможность быстрого и эффективного принятия управленческих решений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Разработана оригинальная концепция изучения личности, ее нелинейные когнитивные динамические модели и проанализированы на основе разрабо-

тайных моделей различные состояния личности в процессе индивидуальной научной деятельности. Научная новизна концепции изучения личности состоит в двойственной форме ее представления: либо как агента сложной мультиагентной системы, способного к саморегуляции, либо в виде системной триады динамических взаимосвязанных и взаимодействующих концептов - ИД, ОТД и ПС, и учета саморегуляции этих элементов. Когнитивные динамические модели личности как системы позволяют учитывать не только нелинейный характер взаимодействия между концептами личности, по и рассматривать линейные и нелинейные формы их саморегуляции.

2. Разработана нелинейная когнитивная динамическая модель управления автономным групповым взаимодействием трех личностей как систем с учетом человеческого фактора и исследован процесс ее самоорганизации. Когнитивная динамическая модель управления позволяет учитывать индивидуальные психофизиологические особенности личности, включая формы ее саморегуляции и самоорганизации, в соответствии с общепринятыми психологическими и социологическими портретами личности. В модели возможен учет совместимости личностей и других социально-психологических характеристик, которые повышают эффективность управления и самоорганизации группы.

3. Разработаны нелинейные когнитивные динамические модели управления МНГI и II типа как мультиагентными иерархическими системами и проведен анализ их самоорганизации. Научная новизна нелинейных когнитивных динамических моделей управления МНГ I и П типа заключается в их представлении в виде структуры, способной к самоорганизации и самоуправлению. Для повышения эффективности управления МНГ II типа нелинейную когнитивную динамическую модель целесообразно представлять в виде трехуровневой иерархической системы с обменом информации между уровнями и внутри каждого уровня с целью улучшения процессов самоорганизации и самоуправления.

4. Разработано программное обеспечение для автоматизированной системы когнитивного моделирования состояний личности и деятельности МНГ при выполнении научного проекта и оценена эффективность управления МНГ методом компьютерного моделирования при различных формах саморегуляции и взаимоотношений между членами МНГ. Программное обеспечение включает в себя все разработанные математические модели управления МНГ, позволяет анализировать процессы самоорганизации, саморегуляции и различные виды взаимоотношений между членами группы. Автоматизируя симуляцию разработанных когнитивных динамических моделей личности и управления МНГ, предоставляется возможность более быстрого и эффективного принятия управленческих решений. Оценка эффективности самоорганизации и управления МНГ рассматривается в реализации трех критериев: поддержание качества функционирования МНГ (исключение неустойчивых, автоколебательных и хаотических движений), поддержание темпа деятельности МНГ за счет самоорганизации и сокращение времени, затрачиваемого на выполнение работ по НП. В рассмотренных примерах время выполнения работ по научному проекту сократилось в среднем на 8 - 10%. Выход из областей неустойчивой работы МНГ, автоколебательных режимов и хаотических движений осуществляется путем а) повышения уровня самоорганизации МНГ, б) вмешательства внешнего управления.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В рецензируемых журналах из списка ВАК

1. Когнитивная модель самоорганизации процессов управления в малых научных группах / Б. Г. Ильясов, И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова // Мехатроника, автоматизация, управление. 2014. № 1. С. 30 - 35.

2. Особенности моделирования социальной творческой личности / Б. Г. Ильясов, И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова // Вестник УГАТУ. 2014. Т. 18. № 1 (62). С. 156 - 169.

3. Оценка влияния социально-психологических факторов на качество подготовки студента с применением нечетких когнитивных карт / Л. Р. Черняховская, И. Б. Герасимова, А. Р. Салаватова, Л. Н. Мухамедрахимова // Вестник УГАТУ. 2014. Т. 18. №4 (65). С. 134-141.

4. Повышение эффективности функционирования малых социальных групп с учетом человеческого фактора / И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова II Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. 2015. № 1.

5. Моделирование самоорганизации малых научных групп на основе когнитивных динамических моделей с учетом человеческого фактора / Л. Н. Мухамедрахимова // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2015. № 4. С. 241 -255

Объекты интеллектуальной собственности

6. Свид. о гос. per. программы для ЭВМ № 2015613700. Моделирование процессов управления и самоорганизации сложных линейных и нелинейных динамических систем на основе когнитивных динамических моделей / Б. Г. Ильясов, И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова. Зарег. 23 марта 2015 г. М.: Роспатент 2015.

В трудах международных и всероссийских конференций

7. Нелинейная модель структуры личности / Л. Н. Мухамедрахимова // Актуальные проблемы науки и техники: сб. сг. 8-й Всерос. зимн. шк.-сем. аспирантов и молодых ученых. (Уфа, 19-20 февр. 2013). Уфа: УГАТУ, 2013. С. 94 - 97.

8. Проблемы самоорганизации в малых научных группа / И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова // Информационные технологии и системы: сб. науч. тр. 2-й междунар. конф. (Банное, 27 февр. - 3 марта 2013 г.). Челябинск: Изд-во Челяб. гос. ун-та, 2013. С. 154 - 156.

9. Когнитивная мультиагентная модель иерархической системы управления научным проектом / Б. Г. Ильясов, И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова // Управления большими системами: сб. науч. тр. 10-й Всеросс. шк.-конф. молодых ученых. (Уфа, 5-7 июня 2013). Уфа: УГАТУ, 2013. Т. 2. С. 98 -101.

10. A Cognitive Analysis Based Approach for Small Research Groups Management / Б. Г. Ильясов, И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова // 26th European Conference on Operational Research. (Rome, 1-4 July, 2013). Rome. 2013. P. 222. (Опубл. на англ. яз.)

11. Когнитивный анализ влияния интеллекта и эмоций на творчество личности / Б. Г. Ильясов, И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова // Информационные технологии интеллектуальной поддержки принятия решений

(ITroS'2013): тр. междунар. конф. (Уфа, 21 - 25 Мая, 2013). Уфа: УГАТУ, 2013. Т. 2. С. 18-21.

12. Когнитивная модель творческой личности / Б. Г. Ильясов, И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова // Проблемы управления и моделирования в сложных системах: матер. 15-й междунар. конф. (Самара, 25 - 28 июня 2013). Самара: СамНЦ РАН, 2013. С. 147 - 152.

13. Системный подход к моделированию деятельности малых научных групп / Б. Г. Ильясов, И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова // 6-я Всерос. мультиконф. по проблемам управления (Дивноморск, 30 сент. - 5 окт. 2013). Ростов-на-Дону: Из-во Юж. фед. ун-та, 2013. Т. 3. С.35 - 39.

14. Анализ отношений в малой научной группе на основе моделирования / Л. Н. Мухамедрахимова // Актуальные проблемы науки и техники: сб. ст. 9-й Всерос. зимн. шк.-сем. аспирантов и молодых ученых. (25 - 27 февр. 2014). Уфа: УГАТУ, 2014. Т. 3. С. 155 - 159.

15. Применение нечеткого когнитивного моделирования для анализа и оценки социально-психологических факторов, влияющих на готовность студента / Л. Н. Мухамедрахимова, А. Р. Салаватова // Актуальные проблемы науки и техники: сб. ст. 9-й Всерос. зимн. шк.-сем. аспирантов и молодых ученых. (25 - 27 февр. 2014). Уфа: УГАТУ, 2014. Т. 3. С. 178 - 181.

16. Системный подход к интегральной оценке потенциала малой научной группы / И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова // Информационные технологии интеллектуальной поддержки принятия решений (11UL)S'2014): тр. междунар. конф. (Уфа, 18-21 Мая, 2014). Уфа: УГАТУ, 2014. Т. 2. С. 33 - 37.

17. Когнитивное моделирование деятельности личности / И.Б. Герасимова, Л.Н. Мухамедрахимова // ХП Всероссийское совещание по проблемам управления (г. Москва, 16-19 июня, 2014 г.). М.: ИЛУ РАН, 2014. С. 4090 - 4096.

18. Формирование отношений в малой научной группе с учетом особенностей структуры личности / Б. Г. Ильясов, И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова // Проблемы управления и моделирования в сложных системах: матер. 16-й междунар. конф. (Самара, 30.06 - 3.07.2014). Самара: СамНЦ РАН, 2014. С. 330 - 336.

19. Dynamic Management Model of Small Work Groups / И. Б. Герасимова, Л. H. Мухамедрахимова // 20th Conference of the International Federation of Operational Research Societies (Barcelona, 13 - 18 July, 2014). Barcelona, 2014. P. 191. (Опубл. на англ. яз.)

20. Формирование малой научной группы с учетом психофизиологических особенностей личности / Л. Н. Мухамедрахимова // Мавлю-товские чтения: тез. всерос. молодежи, науч. конф. (Уфа, 21 - 23 октября 2014) Уфа: УГАТУ, 2014. Т. 3. С. 341 - 342.

21. The Process of a Small Group Self-Organization under Intellectual and Emotional Relationships / Б. Г. Ильясов, И. Б. Герасимова, Л. Н. Мухамедрахимова // Информатика и информационные технологии CSIT2014 (Шеффилд, 16 - 22 сент., 2014): тр. 16-й междунар. конф. Уфа: УГАТУ, 2014. Т. 1. С. 186 - 189. (Опубл. на англ. яз.)

Диссертант

Л.Н. Мухамедрахимова

МУХАМЕДРАХИМОВА Лилия Наилевна

САМООРГАНИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ МАЛЫМИ НАУЧНЫМИ ГРУППАМИ НА ОСНОВЕ НЕЛИНЕЙНЫХ КОГНИТИВНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ С УЧЕТОМ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ФАКТОРА

Специальность:

05.13.10 — Управление в социальных и экономических системах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 16.04.2015. Формат 60x84 1/16 Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 0,9. Тираж 100 экз. Заказ № 253.

ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный авиационный технический университет» Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса, 12