автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Синтез иерархических систем управления

На правах рукописи

4858790

Попович Александра Юльевна

СИНТЕЗ ИЕРАРХИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

05.13.10 - управление в социальных и экономических системах

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-Зноя 2011

Москва 2011

4858790

Работа выполнена в Лаб. 0-1. «Информатизация и информационная безопасность» Учреждения Российской Академии Наук Института Системного Анализа (ИСА РАН)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Цыгичко Виталий Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ляпунцова Елена Вячеславовна

кандидат технических наук Славин Олег Анатольевич

Ведущая организация: Санкт-Петербургский

Институт Информатики и Автоматизации РАН

Защита состоится «14» ноября 2011 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 002.086.02 при ИСА РАН по адресу: 117312, Москва, проспект 60-летия Октября, 9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИСА РАН по адресу: 117312, Москва, проспект 60-летия Октября, 9.

Автореферат разослан « октября 2011 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета: д.Ш.н., профессор

'Л

Пропой А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

Проблема синтеза иерархических структур управления

организационными системами относится к числу фундаментальных междисциплинарных проблем современной науки, имеющих большое значение для практики.

Проблемами построения иерархических структур различной природы, а также проблемами управления в организационных системах с успехом занимались выдающиеся российские и зарубежные ученые: Афанасьев А.П., Бурков В.Н., Воронин A.A., Губко М.В., Мишин С.П., Новиков Д.А., Овсиевич БЛ., Покусай В.П., Попов В.Б., Пропой А. И., Угольницкий Г.А., Цыгичко В.Н., Цвиркун А.Д., Юсупов P.M., Beckmann М. J., Drucker Р., Mako D., Mesarovich M.D., Miles R.E., Mintzberg H., Rosen S., Takahara Y., Williamson O. E., и др.

Несмотря на значительный интерес к проблеме и прогресс в области изучения организационных систем, до настоящего времени не существовало стройной и непротиворечивой формальной теории, объясняющей закономерности возникновения и функционирования феномена иерархического управления и позволяющей создать практический инструментарий структурного синтеза. На практике, как и столетия назад, организационные структуры в основном создаются путем перенесения прошлого опыта построения подобных систем с последующей итеративной перестройкой в направлении удовлетворения текущих практических нужд.

Шансы любой организации на успех в достижении стоящих перед ней целей во многом зависят от возможностей ее структуры, ее гибкости и способности к адаптации. В наши дни, когда окружающий мир меняется с ускоряющимися темпами, вопросы построения и динамического изменения структур управления организационными системами, выходят на передний план и затмевают многие другие проблемы теории управления и теории организационных систем.

Целью настоящего диссертационного исследования является построение прикладной теории синтеза иерархических структур управления и разработка практического инструментария анализа и синтеза организационных структур.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи:

- Проведен анализ российского и зарубежного опыта в исследования организационных систем.

- Исследованы генезис и свойства реальных организаций.

- Выделены структурообразующие параметры и система условий, в соответствии с которыми строится организационная структура.

- Создана прикладная теория организационных систем, в рамках которой могут быть рассмотрены все важные для практики аспекты их формирования и функционирования.

- Разработан оператор структурного синтеза.

Создан практический инструментарий и пилотный проект программного комплекса анализа и синтеза реальных организаций. Объектом диссертационного исследования являются иерархические организационные системы.

Предметом исследования является описание и структуризация генезиса иерархических организаций, выделение структурообразующих параметров, построение прикладной теории и разработка прикладных методов анализа и синтеза организационных систем.

Теоретическую и методологическую базу исследования составляют работы В.Н. Цыгичко «Введение в теорию статистически ненадежных решений», «Руководителю о принятии решений», «Прогнозирование социально-экономических процессов» и др., а также содержательные исследования и аналитические работы таких авторов как С. Argyris, P. Drucker, Н. Fayol, J.R. Galbraith, L. Gulick, F. Herzberg, C.N. Parkinson, F.W. Taylor, A. Toffler, L.Urwick, и др. Основу содержательного фундамента, на который опирается настоящее исследование, составляют фундаментальные работы

Генри Минцберга «The Structuring of Organizations: A Synthesis of the Research» и «Структура в кулаке. Создание эффективной организации.»

Методика исследования. Исследование базируется на системном подходе, с применением методов математического моделирования и научного поиска.

Научная новизна. Настоящее диссертационное исследование реализует новый подход к решению проблемы синтеза иерархических структур управления организационными системами. Разработана прикладная теория синтеза иерархических организационных систем на основе учета возможностей человека принимать решения в условиях неопределенности за ограниченное время. На основе разработанных теоретических положений создан практический инструментарий анализа и синтеза систем управления организациями.

Практическая значимость. На базе созданной теории синтеза иерархических систем управления был разработан прикладной алгоритм синтеза организационных систем и программный комплекс поддержки принятия решений в области построения и совершенствования организационных структур «СИОС» («Синтезатор Иерархических Организационных , Структур»), Комплекс «СИОС» разработан в сотрудничестве с кафедрой «МОАСУ» Московского Государственного Университета Путей Сообщения (МИИТ) под руководством и при участии профессора В.Н. Цыгичко и автора данной диссертационной работы. Комплекс позволяет решать следующие задачи:

- проведение анализа существующих организационных структур с

целью выявления и исправления их недостатков;

- построение новых структур управления организациями;

- модификация структур управления организацией при изменении

стратегии ее функционирования и/или внешних условий.

Апробация и внедрение результатов исследования. Созданная в рамках настоящего диссертационного исследования прикладная теория синтеза

иерархических систем управления, а также практический инструментарий анализа и синтеза организационных систем, разработанный на ее основе, были представлены и получили поддержку на ряде научных конференций и семинаров.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

49-й конференции Московского Физико-Технического Института (государственного университета) «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук», г. Москва, 2006;

50-й конференции Московского Физико-Технического Института (государственного университета) «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук», г. Москва, 2007;

Научном семинаре Института Проблем Управления РАН, г. Москва, 2009 г.

Научном семинаре Московского Государственного Университета Путей Сообщения (МИИТ), г. Москва, 2010 г;

Международной конференции «Актуальные достижения европейской науки - 2011», г. София, Болгария, 2011.

Работа отмечена дипломом победителя конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов на конференции «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» Московского Физико-Технического Института (государственного университета), 2007 г.

Публикации. По теме диссертации опубликована одна монография 391 стр. (в печати) и 7 статей в рецензируемых российских и зарубежных научных журналах общим объемом 98 стр. (в том числе 6 работ опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК РФ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 179

страниц машинописного текста, в том числе основной текст - 165 стр., 28 рисунков, 47 формул.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются актуальность темы исследования, ее значимость для науки и практики, характеризуется состояние научной разработанности проблемы, определяются цели, задачи, объект и предмет исследования, формируются научная новизна и практическая значимость полученных автором результатов.

В первой главе проводится анализ российского и зарубежного опыта в области исследования иерархических организационных систем. Глава разделена на два раздела. В первом разделе представлен обзор содержательных исследований проблемы, в том числе рассмотрены работы, выделяющие свойства организационных систем и выявляющие специфику феномена иерархического управления. Также в первом разделе показаны эволюция взглядов на проблему управления и текущее положение дел.

Во втором разделе представлен обзор и анализ имеющихся подходов к построению формальной теории синтеза организационных систем.

Благодаря имеющимся исследованиям реальных организаций создана база для построения формальной теории синтеза - содержательный фундамент, выработано понимание того как строятся системы. Существующие содержательные исследования на вербальном уровне отражают самые различные структуры и процессы их функционирования и развития. Однако ни в одной из имеющихся работ не выявлены структурообразующие параметры в явном виде, а без этого построение формальной теории невозможно. Формальные работы в области системного синтеза избрали оторванный от содержательного фундамента путь и в большинстве своем сконцентрировались на исследовании идеализированных структур, между элементами которых заданы формальные отношения.

Для решения проблемы синтеза иерархических структур управления необходимо всестороннее исследование генезиса организационных систем с целью выявления структурообразующих параметров и системы условий, в соответствии с которыми происходит построение реальных организаций.

Вторая глава состоит из трех разделов. В первом разделе представлен теоретико-методологический базис, на который опирается данное диссертационное исследование, описан подход, в рамках которого будет вестись дальнейшая работа.

Для принятия решения необходима информация, содержащая сведения о целях и задачах управляемой организации или ее подразделений, критериях деятельности и границах управляемости объекта, состоянии объекта управления, механизме функционирования, закономерностях и тенденциях развития объекта, возможных изменениях условий деятельности организации, альтернативных стратегиях деятельности, возможных альтернативах решения; последствиях реализации альтернатив, механизмах выбора лучшей альтернативы.

Каждая составляющая приведенной информационной структуры решения представляет собой набор количественных или качественных параметров. Поскольку функционирование систем управления протекает в условиях неопределенности, истинные значения параметров неизвестны. Принимающий решение может определить только интервалы I, содержащие возможные значения этих параметров. Для каждого решения объективно существует допустимая точность задания информации, то есть минимальные интервалы б значений параметров, обеспечивающих необходимую подробность описания управляемого процесса. Если информация о каком-либо параметре отсутствует, то интервал / будет содержать все возможные значения этого параметра. В другом крайнем случае, если вся информация о том или ином параметре известна, то интервал его возможных значений / будет совпадать с допустимым интервалом точности: 1 = 3. Процедура принятия решения представляет собой итеративный процесс

последовательного уменьшения интервалов / возможных значений параметров, составляющих исходную информацию.

Пусть на каждый момент процедуры принятия решения для всех параметров 7 = 1,У, составляющих информацию, определены допустимые интервалы точности задания численных значений $] ед = {<5;} и интервалы возможных значений параметров /;е £ = {/,}, где I - область возможных решений. Разобьем интервалы возможных значений параметров 1] вектора г на участки длиной 8г Каждый интервал содержит по участков:

»Л-

Вероятность попадания численного значения у параметра в к] участок интервала /у обозначим рк, где К1 = \,NJ. В силу независимости компонент вектора Ь полная энтропия неполноты информации согласно К. Шеннону:

Важной характеристикой управления системой является начальная неопределенность решения Э„„, то есть неопределенность на момент начала реализации процедуры принятия решения. Э„„ - это начальное значение полной энтропии решения на момент / = о, где г е[0,7"]; г- время, выделенное на принятие решения.

Начальная неопределенность решения характеризует степень стабильности функционирования управляемого объекта, внутренние и внешние условия его деятельности и является одним из важных индикаторов, на который необходимо ориентироваться при организации управления системой.

Еще больший интерес представляет остаточная неопределенность решения: Э«Ш=Э„(Т), ибо она позволяет судить о качестве принимаемого решения.

Э„ =э„(г = 0).

Опираясь на понятия начальной и остаточной неопределенности можно оценить относительное качество решения через степень разрешения начальной неопределенности на момент г:

х(т)=\-

sup Э„„ (Г)

sup Эиач

Sup э„ (Т) показывает, какая неопределенность остается для разрешения интуитивно-логическим путем, а %(т) - какую часть неопределенности удалось разрешить объективными методами за время Т. В совокупности они характеризуют степень риска, которую берет на себя принимающий решение, прекращая поиски объективного обоснования своего решения.

Важнейшей особенностью мышления является ограниченность степени сложности решаемой человеком проблемы. Это означает, что при принятии решения одновременно может быть учтено только ограниченное количество взаимодействующих факторов и условий, составляющих существо рассматриваемой проблемы. В работе В.Н. Цыгичко «Введение в теорию статистически ненадежных решений» показано, что предел сложности решаемой человеком проблемы существует и может быть измерен. В качестве формального параметра, отражающего такой предел, введено понятие «порог сложности». Порог сложности - это наибольшая сложность задачи, с которой человек может справиться за определенное время. Порог сложности отвечает следующим аксиомам:

- каждой задаче управления соответствует определенный порог сложности;

- порог сложности — неубывающая функция времени, отведенного на принятие решения.

Благодаря понятиям «порог сложности» и «качество решения» в работе «Введение в теорию статистически ненадежных решений» была впервые постановлена формальная задача синтеза иерархических структур управления организационных систем: «Пусть r{y,i) - граф, отображающий структуру системы управления, и известна функция

т = т(Г{г,1},Эр,{УРл},Х). (1) Требуется найти такой граф Г{/,/}, при котором достигается минимум функции (1) при условии, что ^ > (гш/ БирЭ, ¿Эг) и выполняются условия: / 1

ХЭ1- Эр=ЕЭЛ, >Э'Р: (2)

ЭР=Ъ^ (3)

г

Здесь ха - допустимое качество решения проблемы управления в целом, ЭГр - допустимая степень разрешения неопределенности проблемы управления,

1 - номер последовательно решаемой задачи на у-мэтапе принятия решения,

I - число таких задач,

Э7р - априорная энтропия у-го этапа принятия решения, Эгр - априорная энтропия задачи / этапа у принятия решения, Э;а - порог сложности, т - цикл управления системой.

Если цикл управления системой т задан априори или определен технологией функционирования операционного ядра, то задача синтеза иерархической системы управления формулируется так. Найти структуру управления

Г{г,/}=Г(г,Э„{Э;^},7), (4)

удовлетворяющую условиям (2) и( 3).

Синтез организационных структур является одной из сложнейших проблем теории систем. Основная трудность заключена в отыскании вида функций (1), (4) и порога сложности частных задач управления. Процесс синтеза не может быть описан никакой детерминированной схемой

глобальной оптимизации. Это означает, что функции (1) и (4) представляют собой итеративные процедуры построения структуры управления организации с возможным участием человека в процессе ее синтеза. Эти процедуры могут быть описаны только алгоритмически заданными функциями. Основная задача настоящего исследования состоит в отыскании алгоритмических функций наиболее точно приближающих реальный процесс.

Второй раздел посвящен исследованию генезиса реальных организаций.

В рамках диссертационной работы проводилось исследование процессов развития типичных организаций на примере компании занимающейся производством хлебобулочной продукции. Рассмотрены основные этапы развития, начиная от создания малого частного предприятия, до его превращения в большую компанию имеющую филиалы и дочерние предприятия. Исследование показало, что масштабы структурного роста организации определялись величиной прироста производственных нагрузок и изменением сложности поставленных перед сотрудниками задач.

Исследование позволило выявить структурообразующие параметры и структурировать понятие «порог сложности».

В ходе исследования установлено, что основными

структурообразующими параметрами являются нагрузка на сотрудников (р) и квалификационная сложность решаемых ими задач (с). Оба структурообразующих параметра имеют сложную внутреннюю структуру и в различных организациях принимают различную форму. Однако их общий смысл можно проиллюстрировать на простом примере. Какие задачи мы считаем трудновыполнимыми? К примеру, задача набора текста на персональном компьютере. Она проста по своей сути. С ней справится любой пользователь. Однако, если необходимо набрать тысячи листов за несколько часов, для одного человека это становится невыполнимой задачей. И напротив, некоторая математическая проблема. Пусть ее решение умещается на одной странице и специалист может создать его за несколько минут, тем не менее эта

задача будет непосильной для человека не имеющего математического образования даже в отсутствии жесткого ограничения по времени. Первый пример иллюстрирует структурообразующий параметр «нагрузка» (р), второй - «квалификационная сложность» (с).

Параметр нагрузки строится на основе информации о цикле управления и отражает временной аспект принятия решений. Смысл и внутренняя структура параметра сложности значительно варьируется в зависимости от типов рассматриваемых задач. Если, к примеру, мы говорим о службе охраны, на первый план выходят требования к уровню тактической подготовки и физической формы сотрудников. Если же мы говорим об отделе продаж, наибольшее значение приобретает умение работать с людьми. Чем выше степень неопределенности решаемых задач, тем важнее становятся аналитические и творческие способности сотрудника, опирающиеся на определенный «квалификационный фундамент». В общем случае можно ввести множество классов задач, актуальных для организации, или множество специализаций (например, производство, продажа, транспортировка и т.д.). Для каждой специализации следует вводить свою градацию сложности и свое значение каждого из уровней в этой градации. То есть сложность задачи будет рассматриваться как сложность по некоторой специализации, одной или нескольким.

Процедура синтеза иерархической структуры управления может быть представлена в виде последовательного решения следующих задач:

- определение назначения и целей создаваемой организации с учетом имеющихся ресурсов, оценки текущей ситуации и прогноза ее изменения;

- разработка стратегии достижения целей и построение иерархии решаемых последовательно и параллельно задач, реализующих выбранную стратегию;

- формирование требований к организации, способной реализовать выбранную стратегию и соответствующий ей перечень задач;

- создание структуры и механизма функционирования операционного ядра (технологической производственной базы) организации, предназначенного для решения всего комплекса задач, реализующих рассматриваемую стратегию;

- оценка выполнимости задач операционным ядром по ресурсам, времени и условиям.

Если какая-либо задача невыполнима, производится корректировка целей с учетом оценки возможности их реализации. Далее разрабатываются новая стратегия, перечень задач и т.д.

Этот итеративный процесс продолжается до тех пор, пока будут найдены достижимые цели, стратегия, перечень и структура решаемых задач и определено операционное ядро, способное их реализовать. Представленная процедура предшествует созданию любой организации от маленькой фирмы до гигантской корпорации.

Совершенствование существующих организаций происходит по той же схеме. Высшее руководство должно постоянно отслеживать изменение внешних и внутренних условий жизнедеятельности организации и своевременно реагировать на них путем пересмотра стратегии, задач и совершенствования операционного ядра, что влечет за собой и изменение структуры управления.

Когда этот процесс завершен, сформировано операционное ядро (определена его структура и механизм функционирования производственной базы), определены задачи всех исполнительных элементов, можно приступать к созданию иерархической структуры управления.

Критерием эффективности структуры управления является способность организовать работу подведомственных подразделений

операционного ядра по решению поставленных задач. Если стратегия и реализующие се задачи выбраны неверно, а следовательно, неправильно построено операционное ядро, то никакая самая совершенная управленческая структура не сможет обеспечить эффективную, деятельность организации. Поэтому говоря об эффективности структуры, мы можем говорить лишь о ее эффективности в решении поставленных задач. Именно эффективность, выражающаяся в качественном и своевременном решении множества задач, реализующего выбранную стратегию достижения поставленных целей, служит критерием совершенства структуры.

В третьем разделе представлена прикладная теория синтеза иерархических структур управления, созданная на основе выделенных структурообразующих параметров и представленной выше общей процедуры формирования организаций. Теория базируется на следующих положениях.

Рассмотрим многоуровневую иерархическую организационную систему, формализуемую через множество элементов системы /(;,,...,1,,...,^). Первый (нижний) уровень иерархии системы составляют исполнительные элементы, то есть элементы, которые выполняют определенные производственные функции, например, производят какую-либо часть конечного продукта. Второй уровень составляют управляющие элементы, то есть элементы нижнего уровня управления, непосредственно воздействующие на исполнительные элементы. Третий и более высокие уровни формируются координирующими элементами, согласовывающими действия нижестоящих звеньев.

Для всех элементов системы верно положение о том, что для того чтобы справиться с задачей Л; сотрудник / должен обладать достаточными резервами рабочего времени, чтобы справиться с нагрузкой рИ, налагаемой данной задачей, и достаточной квалификацией, чтобы справиться с ее сложностью ск. Удобно говорить о предельных параметрах: предельной нагрузке - р', как

наибольшем времени, которое сотрудник / может уделить решению задач и предельной сложности с которой он может справиться - с'. Способность либо неспособность решить задачу определяется не самими параметрами ск ино

соотношениями А

Р< с,"

В прикладной теории синтеза иерархических структур управления параметр нагрузки вводится как время, которое сотрудник должен уделять задаче в течение каждого нормативного периода времени. За нормативный период может быть принят любой удобный для расчетов отрезок времени, например одни сутки.

Для формализации параметра сложности вводится множество классов задач, актуальных для рассматриваемой организации, или множество специализаций - Для каждой специализации вводится своя градация

сложности и свое значение каждого из уровней этой градации (либо своя функция сложности в зависимости от специфических параметров, диктуемых особенностями конкретной специализации). Благодаря такому подходу параметр сложности задачи ^рассматривается как многомерный параметр сА(*), который может хранить в себе информацию обо всех аспектах задачи, представляющих важность в контексте проблемы определения требований к сотруднику которому может быть поручено решение данной задачи.

Соответственно параметр с'(О, ле5 будет хранить всю информацию об уровне компетентности сотрудника. Вся информация о его знаниях, опыте, навыках, способностях и талантах в различных областях может быть оцифрована при помощи многомерного параметра е'(1„.л1 .¿4).

Для оценки возможностей сотрудников по решению задач, в прикладной теории синтеза иерархических структур управления вводятся функции ожидаемой эффективности , показывающие на какое качество решения может рассчитывать руководитель, поручая задачу А сотруднику /.

Для элементов исполнительного уровня построено следующее выражение аппроксимирующее Он,

(5)

где

^ Л сЛ*>.)

^ Рь,

р<

К Г ,,

У V

Ой-

Г

./ т

1. -1 Ут,н1 К-V. =1 Р'ш

а0,=?>№).

Здесь я,: ) - множество задач решаемых сотрудником /;

V,>А - показатель производительности труда сотрудника / по задаче Л;

Я„: (Л^-.Л^,...^,) - множество задач решаемых элементом т,

являющимся руководителем отдела, к которому принадлежит сотрудник /;

/„: ) - множество сотрудников отдела, возглавляемого

элементом т;

/■;,, - параметр, определяющий долю времени/внимания руководителя, необходимую сотруднику / для решения задачи А. Член отражает тот

факт, что каждому сотруднику для решения каждой конкретной задачи требуется различное участие руководителя. Если опытный сотрудник решает привычную задачу, нагрузка на руководителя сводится к минимуму, и

напротив, когда речь идет о новых задачах и неопытных сотрудниках, нагрузка на руководителя велика;

<р(Н,) - функция пространственной локализации объектов, на территории которых может производиться решение задач множества Я,. - член, отражающий аспект сложности.

01,- член, отражающий аспект нагрузки.

0:1',- член, отражающий вклад руководителя в решение задачи исполнительного уровня. (Этот член формализует такие функции руководителя как постановка задач, консультативная поддержка и контроль.)

член, отражающий территориальный аспект. В частности он отвечает за то, чтобы одному сотруднику не были поручены две задачи, решение которых должно производиться на территориально удаленных объектах.

Функции /' и Г представляют собой шаблоны, которые могут меняться в зависимости от специфики организации, однако для большинства систем могут быть применены функции, вид которых представлен на рис. 1.

Рассмотрим функционирование отдела в целом. Перед управляющим элементом т стоят некоторые задачи второго уровня. Он производит их декомпозицию на задачи первого уровня и распределяет их между сотрудниками своего отдела.

т

1

О 1

Рис. 1. Вид функции /(Л)

Качество решения задачи второго уровня определяется как качеством решения составляющих ее задач первого уровня, гак и качеством работы руководителя (уровнем разрешения начальной неопределенности задачи второго уровня, эффективностью тактических решений, качеством декомпозиции, и т.д.). Причем вклад руководителя играет доминирующую роль.

В прикладной теории предлагается следующая аппроксимация ожидаемой эффективности решения задачи второго уровня:

(6)

где

Ф *

££„=П Г

Здесь цифра «2» над показателями задачи означает принадлежность этих задач ко второму уровшо иерархии.

р(Л') - параметр, отражающий значимость вклада каждой из задач первого уровня в решение задачи второго уровня, декомпозицией которой они были получены.

¿>(Л')е[0,1], А1 ея',, где £>(*]) = !

м

Задачи второго уровня представляют собой элементы задач третьего уровня, появляющиеся в результате декомпозиции, проводимой координирующим элементом с.

Для ожидаемой эффективности решения задач третьего и более высоких уровней в прикладной теории построена следующая аппроксимация:

-¡1С /У./-1 /УО

где

С=П Г

( I 1 \\

с;У

Л

(7)

"Я

Здесь I - уровень иерархии, к которому принадлежит задача Л (/>3); р- нагрузка от координации деятельности отдела ¡¡~', принадлежащего

множеству отделов подчиненных координатору с - : (/,'"',,../;.',).

Для оценки ожидаемой эффективности работы подсистем в прикладной теории применяются следующие выражения. Ожидаемая эффективность функционирования подсистемы второго уровня (отдела):

<£-тгЫ- (8)

°т 1-Х

Ожидаемая эффективность функционирования подсистемы третьего и более высокого уровня:

(9)

Таким образом, ожидаемая эффективность функционирования системы в целом может быть оценена при помощи выражения:

(Ю)

На представленной модели была поставлена следующая задача анализа и синтеза иерархических структур управления организационными системами.

Пусть известно множество задач Я, решением которых занимается рассматриваемая организация, и множество объектов О, на территории которых могут решаться задачи. При этом задачи множества я относятся к классам множества 3Пусть известна декомпозиция задач множества Яна задачи более низких уровней иерархии вплоть до нижнего исполнительного уровня и приоритеты каждой из подзадач. Для каждой задачи известны ее показатели нагрузки, сложности и множество объектов, на территории которых она может быть решена (л'(с{(*,),.....с^О,)).

Организация описывается множеством элементов /. Для каждого элемента известен его уровень в структуре организации /(¿), < е I, его показатели предельной нагрузки и сложности, /' (сГ(лг,),...с|'(54-),д), территориальная локализация его рабочего места о,, множество задач, решением которых он занимается н, и номер элемента, которому данный элемент непосредственно подчинен: . Пусть задано наименьшее удовлетворительное значение потенциальной эффективности системы .

Задача состоит в том, чтобы рассчитать £>^и если д'% < 0"1, построить

множество возможных наборов модификаций структуры системы, после внедрения которых д'* > ОЦ . Модификации могут включать в себя замену

элемента, добавление элемента и удаление элемента. При этом, при добавлении элемента ¡' (с!"(*,),...,с,''(*..),/>,') нагрузка на элемент </>(!)', которому будет поручено руководство данным, возрастает на величину

Функцию Лр(с';(5,),..., с? (*..), сГ ), с'')> Р,"). а также функции оплаты труда сотрудника за нормативный период в зависимости от его характеристик

считаем известными. Значения функций га и с,,,, на произведении множества текущих элементов системы и множества задач, решаемых в системе, также считаем известными, как и значения функций .у и на соответствующих произведениях соответствующих подмножеств множеств / и Я. Для новых элементов следует полагаться на нормативы г"Л и у''к, ^. , . Формируемая структура не должна выходить за рамки

ограничений, налагаемых кадровой политикой Л.

В рамках созданной теории синтеза иерархических систем управления может быть рассмотрена любая проблематика построения и функционирования организационных систем. В качестве примера в приложении 2 представлен разбор проблемы бюрократизации систем управления.

Разработанная прикладная теория позволила создать практический инструментарий для поддержки принятия решений в области построения и совершенствования иерархических структур управления организационными системами - оператор структурного синтеза. Оператор требует в качестве входной информации только значения параметров, которые могут быть оценены в реальности с достаточным уровнем точности, и позволяет выявлять недостатки текущей структуры, находить наиболее эффективные пути преодоления выявленных проблем и анализировать изменения, которые необходимо внести в структуру организации при изменении внешних условий. Также он может служить опорой при формировании структурного каркаса в процессе создания новой организации.

Построение оператора представлено в третьей главе настоящей диссертации.

В первом разделе третьей главе представлена базовая версия оператора структурного синтеза, ориентированная на применение к системам занимающиеся решением постоянных задач, то есть задач, параметры которых постоянны на протяжении рассматриваемого промежутка функционирования. (В дальнейшем область применения оператора была значительно расширена

благодаря разработке ряда надстроек, описанных во втором разделе третьей главы.)

Оператор структурного синтеза опирается на понятийную базу, введенную в прикладной теории синтеза иерархических структур управления, но имеет рад специфических аспектов.

Во-первых, в прикладном операторе шаблонные функции /р и /'заменены на ступенчатую функцию 7 (я):

Это изменение связано с тем, что разрабатываемый оператор направлен на поиск структур с гарантией результата - если требования задачи не превышают возможности сотрудника, можно утверждать, что задача может быть доверена данному сотруднику н функция /(я) принимает значение «1». Если хотя бы один из параметров задачи превысил допустимый для сотрудника предел, руководитель не может ожидать от сотрудника ее качественное и своевременное решение и функция принимает значение «О».

Вторым важным аспектом является четкое задание градаций сложности. Если в теории сложность могла быть задана через некоторую непрерывную гипотетическую функцию, то в прикладном операторе важно представить сложность через дискретно-заданную функцию, опирающуюся на систему градации сложности. Для каждого уровня градации сложности формируется свой жесткий набор требований, определяющий смысл соответствующего значения параметра сложности.

Каждая организация и каждая специализация имеют свои особенности в определении уровней сложности, поэтому закрепление смыслового аспекта и спецификации за каждым уровнем градации сложности для каждой из специализаций должно производиться на стадии адаптации модели к конкретной организации.

(И)

Что касается параметра нагрузки, в операторе структурного синтеза также как и в представленной ранее прикладной теории он рассматривается как отношение времени, которое сотрудник должен уделять решению задачи в течение нормативного периода, к величине нормативного периода. Например, если принять за нормативный период одни сутки, рк будет вычисляться как отношение числа часов, которые необходимо уделить решению задачи А, к 24. Параметр р' будет отражать величину рабочего дня сотрудника, например Расследующий аспект касается учета различий в производительности сотрудников. В прикладной теории был введен параметр который задавался для каждой пары сотрудник-задача, и более того являлся динамическим. Однако на практике оценка подобного параметра будет представлять собой достаточно серьезную проблему. Кроме того, оператор структурного синтеза направлен на построение структур с гарантией возможности качественного решения всех стоящих перед системой задач и не может полагаться на параметр, претерпевающий в силу проблемы человеческого фактора постоянные слабо-прогнозируемые колебания. В связи с этим целесообразно преобразовать параметр в параметр ^.(лД/е/, Ле[0,с], характеризующий отличие нормы данного сотрудника от общей нормы по задачам данной специализации. В случае если в процессе работы с моделью пользователь пожелает отказаться от использования этого параметра для конкретной организации или если имеющейся информации будет недостаточно для определения его значения, пользователь присвоит ему значение «1», а впоследствии при появлении новой информации уточнит это значение. Для процессов, в которых скорость разрешения неопределенности зависит от квалификации сотрудника, параметр задается как функция от .

В прикладной теории был введен член О/,., , отражающий вклад управляющего в решение задачи исполнительного уровня. Поскольку базовая версия оператора структурного синтеза ориентируется на системы, характеризующиеся постоянством решаемых задач, представляется возможным отказаться от использования этого параметра, а нагрузку от непосредственной работы с сотрудниками отдела перенести в блок учета нагрузки на управляющий элемент.

В операторе структурного синтеза управление вводится как отдельная специализация Нагрузки на управляющие элементы подразделяются на два класса: нагрузки от задач, решение которых находится в ведении сотрудника уровня I и нагрузки от управления подчиненными ему сотрудниками уровня / — 1. Последняя может быть сопоставлена с числом подчиненных подсистем, умноженным на некоторый нормировочный параметр />"(/(/)), где р"(1) соответствует нагрузке на управляющий элемент уровня I +1 связанной с управлением элементом уровня I.

В базовом варианте оператора структурного синтеза считается, что нагрузка от управления подсистемой или сотрудником полностью определяется уровнем, к которому принадлежит подчиненный элемент. В дальнейшем (во втором разделе третьей главы) предложна надстройка модели, ликвидирующая это упрощение.

В операторе структурного синтеза, как и в представленной выше прикладной теории, вводятся функции ожидаемой эффективности, однако здесь они служат для жесткой идентификации возможности либо невозможности качественного и своевременного решения данной задачи данным сотрудником. Они принимают значение «1» в случае если сотрудник обладает всеми необходимыми характеристиками для решения задачи, и значение «О» в противном случае.

Для задач исполнительного уровня вводится следующая функция ожидаемой эффективности:

где #': /г е Я',если <5(йу,0 = 1.

о (Л, г)' - оператор принадлежности, принимающий значение «1», если решение задачи А поручено элементу г, и значение «О» в противном случае.

Н : (А, ,..Л^...ИВ) - множество производственных задач, решаемых в организации;

В операторе структурного синтеза вводится показатель эффективности элемента на вверенном ему множестве задач, точнее показатель того, способен ли элемент решить все поставленные перед ним задачи. Если показатель принимает значение меньшее «1», это означает, что хотя бы одна из задач, порученных сотруднику, не может быть качественно решена в установленные сроки:

а=-

-I ¿(МП/

р,

<№) (13)

(Здесь сумма используется для подсчета числа задач,

порученных исполнительному элементу /.)

Для ожидаемой эффективности элемента второго уровня иерархии вводится следующее выражение:

(14)

где

С. (^о)

=<р{Н\Н""), где Я': /г е//'если ¿(Л,,") = ], Я"': /)"еЯ"'еели <5(Л"',Г) = 1, А" еЯ'.Ге/; Я": (А,"',..Л™ ,.../£_) - множество задач по управлению,

решаемых в структуре организации;

еГ=П/

Здесь с'(5)ш

шаблон, отражающий требования к квалификации

управляющего по специализациям исполнительного уровня, актуальным для его отдела. В зависимости от специфики организации эти требования могут быть различны. Наиболее распространенные случае могут быть описаны при помощи следующих шаблонов:

►птах, £ =

(14.1)

(управляющий должен обладать квалификацией достаточной для решения любой из задач, решаемых его подчиненными);

1, если > О

О, если ^ £•,,($) = О

(14.2)

(управляющий должен обладать лишь базовыми знаниями специализаций исполнительного уровня).

Для координирующих элементов третьего и более высоких уровней иерархии построено следующее выражение:

<2,=о;-е;-<2;.

(15)

где б' = —

В"

I

Г-Г

Я £(/>;,О-/

V > )

с!(л0) ч ' J

Р,'

д; = (?{Нт'), где Я™': /г™ б Нп,у если В(Н",П = 1, А е Я", «с е I. Для оценки потенциальной эффективности подсистем в решении поставленных перед ними задач вводятся следующие выражения:

V 1=1

(16)

для подсистем второго уровня иерархии, и

V '1='

/53

(17)

для подсистем третьего и более высоких уровней иерархии.

На модели поставлены три основные задачи: задача синтеза организационной структуры, задача анализа организационной структуры

и задача синтеза рационального пути развития организационной структуры. Постановки представляют собой соответствующие интерпретации задачи анализа и синтеза иерархических структур управления организационными системами поставленной в рамках прикладной теории.

Во втором разделе третьей главы представлены некоторые усовершенствования, расширяющие область применения оператора структурного синтеза. Первым из них является усовершенствование внутренней структуры параметра р", благодаря которому модель может применяться в организациях, подсистемы которых характеризуются наличием сотрудников различного уровня подготовки, в том числе к системам, практикующим привлечение стажеров и обучение сотрудников в процессе работы.

Второе усовершенствование представляет собой надстройку модели, содержащую в себе механизм учета динамической нагрузки. Благодаря этой надстройке модель может применяться для анализа систем решающих задачи с переменным параметром нагрузки. Т.е. задачи, нагрузка по которым меняется от периода к периоду и слабо поддается точному прогнозированию. Например, задачи связанные с деятельностью по выполнению периодически поступающих заказов от сторонних организаций, или задачи стоящие перед службами быстрого реагирования на возникновение экстремальных ситуаций.

Третий раздел третьей главы посвящен иллюстрации описания типичной иерархической организации на формальном языке представленной модели и построению процедур структурного синтеза.

Настоящая диссертационная работа имеет два приложения. В приложении 1 описан программный комплекс «СИОС» («Синтезатор Иерархических Организационных Систем»), представляющий собой практическую реализацию теории, созданной в рамках настоящей диссертации.

Комплекс «СИОС» является программным инструментом анализа и синтеза организационных систем. Он позволяет в человеко-машинном режиме проводить анализ и оценивать эффективность организационных структур, находить наиболее приемлемые пути изменения структуры, в случае неэффективности текущей, а также формировать структуры, наиболее благоприятные для качественного и своевременного выполнения поставленных наборов задач.

Комплекс «СИОС» разработан в сотрудничестве с кафедрой «МОАСУ» Московского Государственного Университета Путей Сообщения (МИИТ) под руководством и при участии профессора В.Н. Цыгичко и автора данной диссертационной работы

В приложении 2 представлен пример применения прикладной теории синтеза иерархических структур управления для анализа одной из насущных проблем реальных организаций.

В заключении приводятся основные этапы и результаты работы. Они состоят в следующем.

1) В работе проведен анализ российского и зарубежного опыта в исследовании организационных систем. Показано, что в существующих работах не выделены в явном виде структурообразующие параметры. Существующие математические методы описания, анализа и синтеза организационных структур не могут лечь в основу прикладного инструментария синтеза реальных организаций.

Вместе с тем, к настоящему времени накоплен обширный багаж содержательных описаний процессов формирования функционирования организационных систем, анализ которого позволил сформировать содержательный фундамент исследования генезиса реальных организационных структур.

2) Проведено исследование свойств и генезиса реальных организаций с целью выявления сущности феноменов возникновения и развития иерархической организационной системы. Результатом

исследования стало выявление структурообразующих параметров и системы условий, в соответствии с которыми строится иерархическая структура управления.

3) Построена прикладная теория синтеза организационных структур, в рамках которой могут быть рассмотрены любые важные для практики аспекты формирования и функционирования организаций.

4) Создан оператор структурного синтеза, требующий в качестве входной информации только значения параметров, которые могут быть оценены в реальности с достаточным уровнем точности.

5) Разработаны дополнительные надстройки оператора структурного синтеза, расширяющие область его применения.

Оператор структурного синтеза лег в основу программного инструмента «Синтезатор иерархических организационных структур», открывающего широкие возможности по анализу эффективности структур управления реальными организациями и нахождению рациональных путей их совершенствования.

Область применения разработанного инструментария включает организации, принадлежащие к типам «механистическая бюрократия», «профессиональная бюрократия» и «простая структура» (в классификации Г. Минцберга).

Область применения прикладной теории структурного синтеза значительно шире. В ее рамках могут быть рассмотрены организации любых классов, включая «дивизиональные структуры» и «адхократии».

Кроме того, в рамках прикладной теории синтеза организационных структур могут быть интерпретированы и проанализированы любые особенности и проблемы организационных систем. В качестве примера, в приложении 2 приведен разбор проблемы бюрократизации систем управления.

Основные публикации по теме диссертационной работы

Монография

1 Цыгичко В.Н., Попович А.Ю. Синтез Иерархических систем управления: теория и практика. М.: ИСА РАН, 2011,386 с. (в печати)

Научные работы, опубликованные

в российских и зарубежных журналах

2 Попович А. Ю. Аппарат анализа динамических параметров задач при синтезе организационных систем обеспечения безопасности. //Управление рисками и безопасностью. (Труды Института Системного Анализа РАН; Т. 52.) М.: ЛЕНАНД, 2010. С. 165-184

3 Попович А. Ю. Гибкая модель синтеза иерархических структур управления //Управление рисками и безопасностью. (Труды Института Системного Анализа РАН; Т. 41.) М.: ЛЕНАНД, 2009. С. 247-265.

4 Попович А. Ю. Синтез организационных систем и проблема человеческого фактора: содержательный фундамент // Управление рисками и безопасностью. (Труды Института Системного Анализа РАН; Т. 51.) М.: АС-Траст, 2009. С. 177-194.

5 Попович А. Ю. Проблема синтеза иерархических организационных систем управления // Труды 50-й научной конференции МФТИ. М.: МФТИ, 2007. С. 81-84.

6 Попович А.Ю., Гуревич Д.С., Никитин Д.А., Поликарпов А.К. Методы повышения эффективности и безопасности компьютеризированной деятельности в организациях. // Управление рисками и безопасностью. (Труды Института Системного Анализа РАН; Т. 51.) М.: АС-Траст, 2009. С. 135-153.

7 Попович А. Ю., Цыгичко В. Н. Проблема синтеза иерархических структур управления //Управление рисками и безопасностью. (Труды Института Системного Анализа РАН; Т. 41.) М.: ЛЕНАНД, 2009. С. 233-246.

8 Tsygichko V.N., Popovich A.U. Synthesis of Organizational Structures. Материали за 7-a международна научна практична конференция, «Найновите постижения на европейската наука», Т.35. София: «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2011. С. 54-64.

Подписано в печать:

06.10.2011

Заказ № 6000 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Введение.

Глава 1. Проблема синтеза иерархических структур управления организационными системами.

1.1. Содержательные исследования.

1.2. Формальные методы анализа и синтеза иерархических систем управления.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Прикладная теория синтеза иерархических систем управления.

2.1. Формальная постановка задачи синтеза иерархических систём управления.

2.2. Генезис иерархических систем управления.

2.3. Прикладная модель синтеза иерархических структур управления организационными системами.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Оператор структурного синтеза.

3.1. Базовый вариант оператора структурного синтеза.

3.2. Расширение оператора структурного синтеза.

3.3 Применение оператора структурного синтеза для анализа, построения и совершенствования организационных систем.

Выводы по главе 3.

Актуальность темы исследования

Проблема синтеза иерархических структур управления организационными системами относится к числу фундаментальных междисциплинарных проблем современной науки, имеющих большое значение для практики.

Проблемами построения иерархических структур различной природы, а также проблемами управления в организационных системах с успехом, занимались выдающиеся российские и зарубежные ученые: Афанасьев А.П.,

Бурков В.Н., Воронин; Á.A., Пубко М.В., Мишин . С.П., Новиков Д.А.,

Овсиевич Б.Л., Покусай В.П., Попов В.Б., Пропой А. И., Угольницкий Г.А.,

Цыгичко В:Н:, Цвиркун А.Д., Юсупов P.M., Beckmann M: J., Drucker P., Mako

D., Mesarovich M;D., Miles R;E., Mintzberg H;, Rosen S., Takahara Y.,

Williamson О. E., и др.

Несмотря на значительный интерес, прогресс в. области изучения организационных структур до настоящего времени не существовало стройной и непротиворечивой формальной теории, объясняющей закономерности возникновения w функционирования феномена иерархического управления и позволяющей создать, инструментарий его синтеза. На практике, как и столетия назад, организационные структуры в основном создаются путем перенесения прошлого опыта построения подобных систем с последующей итеративной перестройкой в направлении удовлетворения текущих практических нужд.

Шансы любой организации на успех в достижении стоящих перед; ней целей> во многом зависят от, возможностей ее структуры,, ее гибкости , и способности к адаптации. В наши дни, когда окружающий мир меняется; с ускоряющимися темпами, вопросы построениями динамического изменения структур управления организационных систем, выходят на передний план и затмевают многие другие проблемы теории управления и теории организационных систем.

Целью настоящего диссертационного исследования является построение прикладной теории синтеза иерархических структур управления и разработка практического инструментария анализа и синтеза организационных структур.

Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи:

- Проведен анализ российского и зарубежного опыта в исследования организационных систем.

- Исследованы генезис и свойства.реальных организаций.

- Выделены структурообразующие параметры и система условий, в соответствии с которыми строится организационная структура.

- Создана прикладная теория организационных систем, в рамках которой могут быть рассмотрены все важные для практики аспекты их формирования и функционирования.

- Разработан оператор структурного синтеза.

Создан практический инструментарий и пилотный проект программного комплекса анализа и синтеза реальных организаций. Объектом диссертационного исследования являются иерархические организационные системы.

Предметом исследования является описание и структуризация генезиса иерархических организаций, выделение структурообразующих параметров, построение прикладной теории и разработка прикладных методов анализа и синтеза организационных систем.

Теоретическую и методологическую базу исследования составляют работы В.Н. Цыгичко [165, 186-189], а также содержательные исследования и аналитические работы таких авторов как С. Argyris [209-213], P. Drucker [241, 242], Н. Fayol [164], L. Gulick [256, 258], F. Herzberg [265-267], C.N. Parkinson [312, 313], F.W. Taylor [339], A. Toffler [159, 160], L.Urwick [347-350], и др. Основу содержательного фундамента, на который опирается настоящее исследование, составляют фундаментальные работы Генри Минцберга [114, 295-301].

Методика исследования. Исследование базируется на системном подходе, с применением методов математического моделирования и научного поиска.

Научная новизна. Настоящее диссертационное исследование реализует новый подход к решению проблемы синтеза иерархических структур управления организационными системами. Разработана прикладная* теория синтеза иерархических организационных систем на основе учета возможностей человека принимать решения в условиях неопределенности за ограниченное время. На основе разработанных теоретических положений создан практический инструментарий анализа и синтеза систем управления организациями.

Практическая значимость. На базе созданной теории синтеза иерархических систем управления был разработан прикладной алгоритм синтеза организационных систем и программный комплекс поддержки принятия решений в области1 построения и совершенствования организационных структур' «СИОС» («Синтезатор Иерархических Организационных Структур»). Комплекс «СИОС» разработан в сотрудничестве с кафедрой «МОАСУ» Московского Государственного Университета Путей Сообщения (МИИТ) под руководством и при участии профессора В.Н. Цыгичко и автора данной диссертационной работы. Комплекс позволяет решать следующие задачи:

- проведение анализа существующих организационных структур с целью выявления и исправления их недостатков;

- построение новых структур управления организациями;

- модификация структур управления организацией при изменении стратегии ее функционирования и/или внешних условий.

Апробация и внедрение результатов исследования. Созданная в рамках настоящего диссертационного исследования прикладная теория синтеза иерархических систем управления, а также практический инструментарий анализа и синтеза организационных систем, разработанный на ее основе, были представлены и получили поддержку на ряде научных конференций и семинаров.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

49-й конференции Московского Физико-Технического Института (государственного университета) «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук», г. Москва, 2006;

50-й конференции Московского Физико-Технического Института (государственного университета) «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук», г. Москва, 2007;

Научном семинаре Института Проблем Управления РАН, г. Москва, 2009 г.

Научном семинаре Московского Государственного Университета Путей Сообщения (МИИТ), г. Москва, 2010 г;

Международной конференции «Актуальные достижения европейской науки - 2011», г. София, Болгария, 2011.

Работа отмечена дипломом победителя конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов на конференции «Современные проблемы фундаментальных и прикладных наук» Московского Физико-Технического Института (государственного университета), 2007 г.

Публикации. По теме диссертации опубликована одна монография 391 стр. (в печати) и 7 статей в рецензируемых российских и зарубежных научных журналах общим объемом 98 стр. (в том числе 6 работ опубликованы в журналах, входящих в перечень ВАК РФ).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем

Выводы по главе 3

В настоящей главе представлен оператор структурного синтеза. Оператор требует в качестве исходной информации исключительно параметры, которые могут быть оценены в реальных организациях с достаточным уровнем точности. Это позволяет использовать оператор в качестве основы прикладного инструментария структурного синтеза.

Оператор может быть использован для решения каждой из четырех основных задач стоящих перед практиками:

- анализ возможностей текущей структуры организации, выявление слабых мест и брешей, приводящих к некачественному либо несвоеврменному решению задач, стоящих перед организацией;

- потроение комплекса мер и структурных перестроек с целью ликвидации выявленных брешей; формирование комплекса структурных перестроек, необходимых для сохранения прежнего уровня эффективности функционинирования системы при изменении внешних условий либо стратегии организации; синтез структуры, наиболее благоприятной для качественного и своевременного выполнения поставленных наборов задач.

Оператор структурного синтеза лег в основу программного комплекса «Синтезатор иерархических организационных структур» («СИОС»).

Комплекс «СИОС» является программным инструментом анализа и синтеза организационных систем. Он позволяет в человеко-машинном режиме проводить анализ и оценивать эффективность организационных структур, находить наиболее приемлемые пути изменения структуры, в случае неэффективности текущей, а также формировать структуры, наиболее благоприятные для качественного и своевременного выполнения поставленных наборов задач.