автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Система алгоритмов автоматизированного управления инновационной деятельностью предприятий ВПК

На правах рукописи

СМЕЛОВ ЭДУАРД ЮРЬЕВИЧ

СИСТЕМА АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ИННОВАЦИОННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ПРЕДПРИЯТИЙ ВПК

05.13.01 - Системный анализ,управление и обработка информации

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск 2004

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте систем управления, волновых процессов и технологий Министерства образования Российской Федерации

Научный руководитель: кандидат технических наук,

Шабалин Сергей Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Семснкин Евгений Станиславович

кандидат технических на) к Клешков Владимир Михайлович

Ведущая организация: Российский государственный университет инновационных технологий и предпринимательства

Защита состоится "2" декабря 2004 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.046.01 при Научно-исследовательском институте систем управления, волновых процессов и технологий Министерства образования Российской Федерации по адресу: 660028. г. Красноярск, ул. Баумана. 20 "В"

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского института систем управления, волновых процессов и технологий

Автореферат разослан "29" октября 2004 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Изобилие дешевой рабочей силы и сырьевых ресурсов в настоящее время уже не расценивается как абсолютное конкурентное преимущество той или иной страны и не обеспечивает ее экономического подъема. Решающим фактором устойчивого роста и улучшения качества жизни населения становится успешное развитие науки и техники, эффективное использование их достижений на практике. Уровень инновационной активности в экономике и позиции на мировом рынке наукоемкой продукции определяют положение страны в мировом экономическом сообществе.

В период существования в нашей стране административной системы управления экономикой, программы научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок для предприятий всех отраслей формировались директивно и ресурсы для их реализации, в том числе и финансовые, поступали централизованно. В рыночных условиях проблемы реализации инновационной деятельности и обеспечения ее финансовыми ресурсами предприятия должны решать самостоятельно.

В силу исторического развития отечественной экономики основу инновационного потенциала страны составляют организации военно-промышленного комплекса и предприятия по производству авиационной и космической техники. При плановой экономике основная часть ресурсов для реализации инновационных программ этих предприятий поступала из государственных фондов. Управление инновационной деятельностью сводилось к соблюдению директивно установленных нормативов и достижению запланированных показателей проектов. В рыночных условиях управление инновационной деятельностью в значительной степени зависит от эффективности использования предприятием возможностей рыночной среды и четкой системы планирования ресурсов предприятия, прежде всего -финансовых, при реализации инновационных проектов, что, в свою очередь, требует анализа возможностей получения финансирования, условий и способов его реализации. Принятие обоснованных управленческих решений при планировании инновационной деятельности требует учета множества факторов, что становится невозможным без автоматизации процессов поддержки принятия решений. Необходимость разработки формального аппарата поддержки принятия решений по управлению инновационной деяте юностью определяет актуальность данного исследования.

Цель работы: повышение эффективности и обоснованности управленческих решений при планировании инновационной деятельности предприятий ВПК.

рос. национальная! библиотека |

Поставленная цель определила необходимость решения следующих

задач

1. Общий анализ проблем управления предприятиями ВПК. Анализ процессов формирования инновационных программ и планирования финансирования на их реализацию.

2. Построение системы формализованных процедур формирования оптимальной производственной программы.

3. Построение системы формализованных процедур формирования оптимального графика финансирования инновационной программы.

4 Построение системы формализованных процедур формирования оптимального портфеля источников краткосрочных и долгосрочных кредитов.

5. Апробация построенной системы алгоритмов на реальных данных ФГУП ЦКБ «Геофизика».

Методы исследования. Системный анализ и моделирование. Динамическое программирование. Методы математической статистики. Экспертные методы. Поисковые алгоритмы дискретной оптимизации.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем.

1. Предложен общий алгоритм автоматизированного формирования инновационной программы предприятия. Оптимальность инновационного портфеля по критерию риска при заданном уровне доходности обеспечивается решением построенной формальной модели методом динамического программирования или поисковыми методами дискретной оптимизации.

2. Предложен общий алгоритм автоматизированного построения графика финансирования сформированной инновационной программы Алгоритм позволяет построить оптимальный по экономии денежных средств график, удовлетворяющий заданным условиям по финансовому риску, финансовой устойчивости и возвратности кредита

3. Предложен общий алгоритм автоматизированного формирования для заданного графика финансирования инновационной программы портфеля источников финансирования, при котором достигается минимум стоимости и\ совокупного привлечения. Аналитически показано существенное преим\щество метода динамического программирования перед полным перебором по трудоемкости при решении этой задачи

Практическая ценность работы и реализация полученных результатов. Практическая реализация предложенной системы алгоритмов позволяет автоматизировать весь процесс планирования и реализации инновационной деятельности предприятия, тем самым, повышая обоснован-

ность и эффективность управленческих решений по планированию производственной программы.

Система алгоритмов реализована и апробирована в ходе работ по планированию инновационной деятельности ФГУП ЦКБ «Геофизика» на 2005 год.

Результаты диссертационного исследования используются при выполнении дипломных проектов и подготовке магистерских диссертаций студентами КГТУ и СибГАУ.

Достоверность полученных результатов исследования обусловлена корректным применением аппарата системного анализа, математических методов оптимизации и математической статистики, а также успешной практической апробацией.

Основные положения, выносимые на защиту.

Для машиностроительных предприятий ВПК задача повышения эффективности планирования и управления инновационной деятельностью является основной в общей системе задач управления предприятием.

Предложенный общий алгоритм формирования портфеля инновационных проектов учитывает эффект диверсификации и позволяет получить инновационную программу с минимальным уровнем инновационного риска при заданной доходности, обеспечивающую эффективное использование ограниченных ресурсов.

Алгоритмы формирования оптимального графика финансирования расходов на инновационную деятельность и оптимального набора источников финансирования позволяют эффективно управлять процессом реализации инновационной программы.

Предложенная система алгоритмов успешно апробирована в ходе работ по планированию инновационной деятельности машиностроительного предприятия ВПК ФГУП ЦКБ «Геофизика».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- региональной межвузовской конференции "Молодежь Сибири -науке России" (Красноярск, СИБУП. 2002);

- всероссийской научно-практической конференции «Экономика и управление в современных условиях» (Красноярск, СИБУП. 2002);

- всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, НГТУ, 2003);

- региональной межвузовской конференции «Молодежь Сибири -наукс России» (Красноярск, КРО НС «Интеграция». 2004);

- международной научно-практической конференции «Управление проектами - основа современного организационного менеджмента» (Екатеринбург, УГТУ-УПИ. 2004).

Основные положения диссертационной работы и работа в целом обсуждались на научно-технических советах НИИ СУВПТ и ЦКБ «Геофизика».

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, тех глав, заключения и списка используемой литературы - 132 наименования. Содержание работы изложено на 118 страницах основного текста, проиллюстрировано 13 рисунками и 6 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована цель и поставлены задачи исследования, показана научная новизна и практическая ценность выполненных исследований, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе диссертации проведен общий анализ проблем управления предприятиями ВПК в условиях конверсии. Рассмотрены проблемы стратегического и оперативного управления предприятием, условия реструктуризации предприятия, а также поставлена задача автоматизации процессов управления инновационной деятельностью предприятия.

В качестве объекта рассматривалось федеральное государственное унитарное предприятие ЦКБ «Геофизика», поскольку, как показал анализ. ЦКБ «Геофизика» является типичным представителем машиностроительных предприятий оборонного комплекса и может быть использовано в качестве экспериментальной площадки для отработки предлагаемого алгоритмического аппарата автоматизации процессов управления инновационной деятельностью.

Базовой продукцией ЦКБ «Геофизика» является радиотехническое оборудование специального назначения, создаваемое по государственному оборонному заказу. Современные экономические условия не позволяют предприятию нормально функционировать и развиваться, выполняя только госзаказ. Поэтому необходимо наращивать объемы выпуска продукции гражданской тематики. Предварительный анализ показывает, что для предприятий ВПК реальным является выход на соотношение: пятьдесят процентов по государственному оборонному заказу и пятьдесят процентов по гражданской тематике.

В рамках народнохозяйственного направления на предприятии созданы и производятся по заказам универсальные высокочастотные техно-

логические комплексы (УВТК), передвижные электролаборатории ПЭЛ-10, генераторы импульсных токов ГИТ-10, и аэроионные вентиляторы АИВ «горный воздух» и ряд других технических средств. Гражданская продукция может выпускаться с различным набором функций, что соответствует различным инновациям.

Таким образом, задача автоматизации планирования и управления инновационной деятельностью заключается в том, чтобы найти оптимальный вариант производства продукции гражданского назначения, сформировать оптимальный график финансирования и определить источники краткосрочного и долгосрочного финансирования.

Задача решается в составе комплексной задачи реструктуризации предприятия и создания автоматизированной системы управления им. Место рассматриваемой задачи в общей схеме управления производственным процессом схематично показано на рисунке 1.

Решается эта задача в планово-экономическом отделе. Исходными данными для ее решения являются массивы данных по потребности рынка в конкретной продукции во всех интервалах планового периода и массив данных по наличию потребных ресурсов во всех интервалах планового периода.

Во втором разделе диссертации представлена общая схема процесса формирования портфеля инновационных проектов, позволяющая получить инновационную программу с минимальным уровнем инновационного риска и обеспечивающую эффективное использование ограниченных ресурсов предприятия. Алгоритм общей схемы представлен на рисунке 2.

Функциональные зависимости (четвертый и пятый этапы алгоритма) определяются на основании статистической и экспертной информации. Точечные значения аппроксимируются методом наименьших квадратов. Норматив доходности (этап 7) - путем совместного решения полученных зависимостей.

Исключаемые по норматив} доходности проекты могут быть рассмотрены снова при изменении параметров инновационного процесса.

Учитывая особенности осуществления инновационной деятельности на предприятиях ВПК, в качестве критерия (этап 11) предлагается использовать минимизацию риска при заданном уровне доходности, что позволяет учитывать неопределенность и оценивать эффект диверсификации. В качестве показателя риска используется среднеквадратическое отклонение реального уровня доходности от ожилаемого как отдельного проекта, так и портфеля в целом. Оценка риска по каждому проекту проводиться на основе метода субъективных вероятностей.

Рисунок 1 - Общая схема управления производственным процессом

На двенадцатом )тапе осуществляется построение ковариационной матрицы, позволяющей получать значения среднеквадратического отклонения доходности в зависимости от значения среднеквадратичного отклонения рыночного индекса Полученная ковариационная матрица служит исходной информацией для определения коэффициента "бета" (этап 13).

Далее производится оценка и разделение рисков на систематические (рыночные) и несистематические (собственные) по каждому проекту на основе рыночной модели.

На последнем этапе формируется оптимальный портфель инновационных проектов из числа допустимых по выбранному критерию оптимальности с учетом допустимой величины привлеченных средств на осуществление инновационной деятельности

Рисунок 2 - Блок-схема алгоритма формирования портфеля инновационных проектов

Формирование оптимального портфеля осуществляется методом динамического программирования, который позволяет использовать в качестве целевой функции риск, т.е. учитывает нелинейность связи входных и выходных параметров, а также позволяет учесть эффект диверсификации. Дискретные переменные при реализации метода преобразуются в булевы.

Основное рекуррентное уравнение метода записывается в виде:

где /¡(Б) - минимальное значение риска инновационного портфеля на /-м шаге,

т - число шагов планирования, число допустимых проектов, ^ — объем инвестиций, направляемый на реализацию .¡-го проекта, общий объем инвестиций на /-ом шаге планирования, ковариация между доходностью проектов.

проект включается в портфель на /-ом шаге планирования, и, - параметр «шагового управления» - величина привлеченных средств на /-ом шаге планирования.

Метод динамического программирования позволяет решать задачу формирования оптимального инновационного портфеля при условии включения в него только проектов с оптимальным уровнем производственной мощности.

Задача формирования оптимального портфеля инновационных проектов может быть поставлена и как задача псевдобулевой оптимизации: минимизировать риск портфеля

н

т ---

при очевидных ограничениях

при ограничениях:

I Х,1<У I Х.Р1 > Р1

Г-\ 1 ! ' 7 = 1 1 ' 1

) - )

норм '

где /Зр1<Г\ -рыночный риск портфеля инновационных проектов; собственный риск инновационного проекта;

дисперсия доходности на рыночный индекс; величина начальных инвестиционных вложений;

величина свободных инвестиционных средств;

Р1 / - индекс доходности j-гo инновационного проекта;

норма доходности, меньше этой величины не может быть

величина оптимального инновационного портфеля.

Для решения задачи в такой постановке в работе был предложен алгоритм метода ветвей и границ, осуществляющий ветвление по подкубам и алгоритм поиска граничных точек. Первый алгоритм для точного решения задачи требует не более чем

Результатом реализации алгоритма общей схемы является определение ожидаемой доходности, состав и структура оптимального портфеля инновационных проектов, а также объема привлеченных средств, направленною на реализацию этих проектов.

В третьем разделе диссертации представлены алгоритмы управления финансированием инновационной деятельности.

Первой рассматривается задача формирования оптимального графика финансирования расходов на инновационную деятельность. В качестве критерия оптимальности выбрана экономия денежных средств: разность между совокупным объемом денежных средств, которыми располагает предприятие, и объемом потребности и кредитными издержками для каждого временного интервала планового периода. В работе выведены рекуррентные (по временным интервалам) формулы для определения кредитных издержек и кредиторской задолженности. В качестве ограничений задачи выступают выведенные условия возвратности кредита, ограничения финансового риска и требования финансовой устойчивости.

Блок-схема алгоритма построения графика планирования финансовых расходов на инновационную деятельность представлена на рисунке 3.

к=К

РИСУНОКЗ

На рисунке 3 приняты следующие обозначения: к- номер варианта графика финансирования, к=!,...,К, у- интервал планирования, у = /,..., л,

V) - объем денежных средств, которыми располагает предприятие в л'-й момент времени,

И^и - объем потребностей в средствах в ¡-й момент времени при к -м варианте планирования,

— кредитные издержки в ¡-й момент времени при к -м варианте планирования,

кредиторская задолженность,

Д^ - экономия денежных средств при к-м варианте планирования.

Сформированный таким образом график финансирования позволяет определить возникающие финансовые потребности предприятия в течение заданного периода и оптимально спланировать расходование средств.

Следующей решается задача формирования оптимального портфеля источников финансирования. Решение данной задачи направлено на привлечение ресурсов в различных формах, набор которых определяется текущей финансовой ситуацией. В работе построена формальная модель для этой задачи, решение которой реализуется алгоритмом, приведенным на рисунке 4.

Принятые обозначения:

у - номер временного интервала,у - 1.....

к - номер кредитного источника, к = I.....К.

запрещает или разрешает частичное использование

средств к-го источника нау-м временном интервале.

запрещает или разрешает досрочное погашение кредита

к-го источника нау-м временном интервале,

запрещает или разрешает использование к-го источника

на нескольких временных интервалах,

^ - стоимость открытия кредитной линии к-го источника на ¡-м

временном интервале,

ОС(( - стоимость привлечения кредита к-го источника на у-м временном интервале с учетом процентов.

Решение данной задачи позволяет найти такой портфель источников, при котором достигается минимум стоимости их совокупного привлечения.

Эта задача может быть решена и методом динамического программирования.

Рисунок4

Заданы потребность в денежных средствах С) на каждый из п этапов планового периода и продолжительность каждого этапа В качестве источников финансирования рассматриваются банковские кредиты. На финансирование каждого этапа должен быть привлечен кредит в сумме на срок равный продолжительности соответствующего этапа в одном из т банков. В конце каждого этапа необходимо возвратить сумму кредита с процентами:

' т \

ггтЛ

V5,

1+-

365

где Исходя из того, что каждому

из т банков соответствует определённая величина процентной ставки, величину гу можно выразить как зависимость от номера банка кредитора. Тогда г(и;) - процентная ставка, где и, - номер банка кредитора на у-М этапе. Очевидно, что переменные и,, у'=1можно рассматривать как управляющие переменные. Размер кредита будет складываться из потребности соответствующего этапа С) и суммы выплат за кредит предыдущего этапа Таким образом, сумму выплат можно записать в виде:

Сумма кредита в этом случае будет:

Метод динамического программирования позволяет найти такой вариант последовательности кредитования, (в каком банке и на каком этапе должен быть получен кредит) при котором общая сумма выплат за весь плановый период обращается в минимум.

Были получены аналитические оценки трудоемкости при решении этой задачи полным перебором:

.(«-г

Япп=п-т-\

и методом динамического программирования:

Из приведенных оценок видно, что вычислительная сложность метода динамического программирования на несколько порядков ниже, чем у полного перебора.

Алгоритм формирования оптимального портфеля инновационных проектов был апробирован в ходе работ по планированию инновационной деятельности ФГУП ЦКБ «Геофизика».

В результате проведенных мероприятий на экспертном уровне был определен продуктово-рыночный портфель предприятия, представляющий собой совокупность продуктово-рыночных и научно-технических направлений, на основании которого был сформирован список из 12 альтернативных ИП.

Результаты расчетов по формированию оптимального портфеля представлены в таблицах 1 и 2.

В соответствии с выбранным с помощью вышеописанного алгоритма графиком финансирования оптимального портфеля инновационных проектов возникла потребность в заемных средствах на сумму 5,5 млн. рублей. Были рассмотрены доступные источники финансирования в различных формах.

Издержки по обслуживанию сформированного портфеля источников согласно расчетам составили 172 тыс. рублей. В ином случае процентные издержки по обслуживанию к примеру, кредитной линии могли бы составить 286 тыс. рублей. Формирование портфеля источников позволило снизить финансовые издержки на 40 процентов.

Таблица 1 -Промежуточные данные для формирования оптимального портфеля инновационных проектов

Проекты 1, тыс руб Р1, % Среднеквадратическое отклонение(ст) Коэффициент (И) Рыночный риск Собственный риск Рыночный индекс

Проект 1 6250,00 14,15% 135,57 1.5212 70.00 135,31 5,5002

Проект 2 5920,00 14,84% 134,86 1.5168 69.60 134,60 5,5002

Проект 3 5210,00 15,10% 119.05 1.0340 32.34 118,91 5,5002

Проект 4 4955,00 16,09% 123.32 1.1054 36.97 123,17 5,5002

Проект 5 4730,00 15,16% 104.07 0.7435 16.72 103,99 5,5002

Проект 6 4485,00 16,19% 98.03 0.6907 14 43 97,96 5,5002

Проект 7 4175,00 19,54% 130.57 1.3736 57.08 130,35 5,5002

Проект 8 3920,00 17,73% 93,85 0.6592 13.14 93,78 5,5002

Проект 9 3640,00 20,66% 103,74 0.8981 24 40 103,63 5,5002

Проект 10 3150,00 20,98% 93.59 0.6316 12.07 93,52 5,5002

Проект И 2750,00 19,63% 78,62 0.3568 3.85 78,60 5,5002

Проект 12 2200,00 22,85% 76.30 0.3106 2 42 76,29 5,5002

Портфель 10145,« 19,24% 39.46 0.6257 3.43 39,31 5,5002

Таблица 2 - Состав оптимального портфеля инновационных проектов на /-ом

шаге планирования

Количество проектов в портфеле Состав портфеля Рыночный риск Собственный риск Риск портфеля

1 12 1,708 76,285 76,304

2 12-11 1,360 55,353 55,384

3 12-11-10 2,483 49,686 49,748

4 12-11-10-8 2,859 45,435 45,525

5 12-11-10-8-6 3,112 42,411 42,525

6 12-11-10-9-8-6 3,432 393Ю 39,459

7 12-11-10-9-8-6-4 4,186 39,973 40,192

8 12-11-10-9-8-7-6-4 4,525 39,803 40,059

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

В результате диссертационного исследования построена система алгоритмов автоматизированного управления инновационной деятельностью предприятия, позволяющая повысить эффективность и обоснованность управленческих решений за счет:

- комплексного подхода ко всему процессу планирования и реализации инновационной деятельности;

- возможности оценки многих вариантов;

- учета факторов неопределенности и эффекта диверсификации.

Показано, что для машиностроительных предприятий ВПК задача

автоматизации планирования и управления инновационной деятельностью заключается в том, чтобы найти оптимальный вариант производства продукции гражданского назначения, сформировать оптимальный график финансирования и определить источники краткосрочного и долгосрочного финансирования.

С учетом факторов неопределенности и эффекта диверсификации построена система формальных моделей и алгоритмов, позволяющая эффективно управлять комплексным процессом планирования и реализации инновационной деятельности предприятия.

Показана эффективность применения метода динамического программирования для решения полученных оптимизационных задач.

Апробация предложенной системы алгоритмов в ходе работ по планированию инновационной деятельности ФГУП ЦКБ «Геофизика» на 2005 год позволила оценить возможные варианты инновационной программы и выбрать оптимальный, построить оптимальный график финансирования программы и определить набор источников финансирования, снижающий на 40% финансовые издержки.

Основные положения и результаты диссертационной работы представлены в следующих публикациях автора.

1. Кагиров P.P.. Смелое Э.Ю. Применение муравьиных алгоритмов для решения задачи о рюкзаке. Вестник Университетского комплекса. Вып. 1(15). Красноярск: НИИ СУВПТ, 2004, с. 102-108.

2. Смелое Э.Ю. Формализация задач оптимизации и финансирования инновационной деятельности предприятия. Информационные технологии моделирования и управления. Вып. 14. Воронеж: «Научная книга». 2004. с. 56-68.

3. Сме.юв Э.Ю. Разработка системы поддержки принятия решений для осуществления инновационной деятельности на промышленном предприятии. Управление проектами - основа современного организационного менеджмента. 4.1. Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2004. с. 173-178.

4. Сме.юв Э.Ю. Математическая модель финансового планирования расходов инновационной деятельности. Вестник НИИ СУВПТ. Вып. 14. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2003, с. 79-84.

5. Сме.юв Э.Ю. Регулярные алгоритмы решения задачи финансового планирования. Молодежь Сибири - науке России. Красноярск: КРО НС «Интеграция». 2004. с. 102-106.

6. Сме.юв Э.Ю.. Шабалин С.А. Построение математической модели для оценки эффективности инновационного проекта. Вестник НИИ СУВПТ: Интеллектуальные технологии и адаптация. Красноярск: НИИ СУВПТ, 2002. с. 229-235.'

7. Смелое Э.Ю., Шабалин СА. Распределенная система формирования и обеспечения инновационной программы. Экономика и управление в современных условиях. Материалы всероссийской научно-практической конференции. Красноярск: СИБУП, 2002, с. 194, 195

8. Сме.юв Э.Ю. Система поддержки принятия решений при планировании инновационной деятельности предприятия. Наука. Технологии. Инновации. Материалы докладов всероссийской научной конференции молодых ученых в 6-ти частях. 4.4. Новосибирск: Изл-во НГТУ.2003.С. 174-178.

9. Сме.юв Э.Ю. Создание системы управления инновационными процессами. Экономика и управление в современных условиях. Материалы всероссийской научно-практической конференции. - Красноярск: СИЬУП. 2002.с 19-23.

10 Смелов Э.Ю. Сравнительный анализ методов оценки эффекшвности инновационного проекта. Материалы региональной межву ювекой конференции "Молодежь Сибири - науке России". Красноярск: СИБУП. 2002. с. 32-38.

Формат 60\84/| 6 Объем I пл Отпсчаыно на ризографе ИИИ СУВПТ МЮ028 | Красноярск,\л Ба\мана20В Зака I К- ХОО |нраж 100 1кч

»25634