автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Темпорально-логический метод и алгоритмы интеллектуальной поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием

На правах рукописи

00553**'4

Васицына Анастасия Игоревна

Темпорально-логический метод и алгоритмы интеллектуальной поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием

Специальность: 05.13.01 Системный анализ, управлением обработка информации (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

10 ОКТ 2013

Тверь 2013

005534274

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет»

Научный руководитель: Семенов Николай Александрович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Информационные системы» Тверского государственного технического университета.

Официальные оппоненты:

Еремеев Александр Павлович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой прикладной математики Московского энергетического института (технического университета), лауреат премии Президента Российской Федерации в области образования, академик РАЕН,

Виноградов Гепнадий Павлович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Информатика и прикладная математика» Тверского государственного технического университета.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», г. Москва

Защита состоится « 1 » ноября 2013 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.262.04 при Тверском государственном техническом университете по адресу:

170026, г. Тверь, наб. Афанасия Никитина, 22.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного технического университета.

Автореферат разослан « » /С** 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.262.04

д.ф.-м.н., проф.

Автор выражает глубокую благодарность профессору ¡И.В. Абраменковой], под руководством которой было начато данное исследование.

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования.

Проектное управление все активнее внедряется в практику управления промышленными предприятиями, поскольку позволяет оперативно реагировать на динамичное изменение внешних и внутренних условий их функционирования, характерное для нашего времени. Очевидно, что эффективная реализация такого подхода в условиях сложности и нестационарности объекта управления требует использования современных методов интеллектуальной поддержки принятия решений.

Центральным понятием проектного управления является проект как целенаправленная деятельность, органичная определенными временными рамками и направленная на преобразование ресурсов в результат. Проблемы управления проектами рассматриваются в работах B.C. Анфилатова, В.Е. Баумана, Ф.В. Веденеева, В.И. Воропаева, A.A. Емельянова, B.C. Ефремова, А.Н. Мисютина, А.Д. Никифорова, Б.В. Пагпоха, H.A. Семенова, Н.С. Фомина и др. Методы поддержки принятая решений по управлению проектами освещены в трудах В.Н. Буркова, И.В. Бурковой, П.С. Баркалова, A.B. Глаголева, ГЛ. Горбовцова, В.Н. Колпачева, И.И. Мазура, А.Д. Новикова, А.И. Орлова, A.B. Цветкова, В.Д. Шапиро и др. В основе большинства методов поддержки принятия решений по проектному управлению, рассматриваемых перечисленными авторами, лежит использование модели проекта, представляющей его формализованное описание с точки зрения логики трактовки понятия проект.

Особенности проектного управления промышленным предприятием обуславливают требования к моделям проектов, используемым в качестве инструментов поддержки принятия решений. Во-первых, модель должна описывать проект как систему взаимосвязанных и взаимодействующих элементов с учетом воздействия на неё впешнего и внутреннего окружения проекта. Необходимо осуществлять декомпозицию проекта на элементы таким образом, чтобы динамика их состава была минимальной. Во-вторых, модель должна позволять рассматривать строгие и нестрогие отношения между элементами проекта, используя одни и те же формальные средства. При этом желательно, чтобы она была легко интерпретируема. В-третьих, следует обеспечивать удобство и высокую скорость приведения расчетов при решении задачи поддержки принятия решений. При этом необходимо предусмотреть алгоритмы, позволяющие решать указанные задачи при различной степени неопределенности и неполноты исходных данных.

Проведенный анализ показал, что получить модели проектов, отвечающие перечисленным требованиям, позволяет аппарат темпоральных логик, основанный на описании различных структур времени с использованием разнообразных инструментов. Различные аспекты темпорально-логического моделирования рассматриваются в работах Дж. Аллена, Д. МакДермотта, А.П. Еремеева, А.К. Заиди, Э.Ф. Караваева, Е.И. Куриленко, Д.А. Поспелова, А.Н. Прайора, И.В. Абраменковой и др. Они охватывают исследования в области теоретических основ темпоральных логик, подходов к их использованию, применение в системах реального времени. Вместе с тем, вопросы, посвященные использованию темпорально-логических моделей в качестве основы поддержки

приятия решений по управлению промышленным предприятием как сложной организационно-экономической системой, рассмотрены в указанных работах не в полной мере.

В связи с этим возникает актуальная научная задача разработки методов и инструментов поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием, основанных на использовании темпорально-логических моделей, в условиях неопределенности и нестабильности внешней и внутренней среды, разнородности характеристик проектов и решаемых управленческих задач, имеющая существенное значение для развития методического аппарата интеллектуальной поддержки принятия решений в промышленности.

Цель работы: разработка метода и алгоритмов, основанных на использовании формализованного описания сложных проектов в виде темпрольно-логических моделей различного вида, для интеллектуальной поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием в условиях неполноты и неопределенности исходных данных и возможной нестационарности реализуемых проектов.

Для реализации цели были поставлены и решены следующие задачи.

1. Анализ современных концепций проектного управления промышленным предприятием.

2. Системный анализ структуры и содержания процесса проектного управления и возможностей использования методов интеллектуальной поддержки при принятии управленческих решений в этой сфере.

3. Анализ возможностей использования темпорально-логических моделей различных типов для решения задач поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием и разработка инструментов выбора вида модели в зависимости от особенностей реализуемого проекта.

4. Разработка метода и алгоритмов поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием, основанных на использовании темпорально-логических моделей проектов со сложной стационарной структурой.

5. Разработка метода и алгоритмов поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием в условиях реализации проектов со сложной нестационарной структурой.

6. Разработка процедуры мониторинга проектов и алгоритма поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием на основе анализа альтернатив в процессе реализации.

7. Разработка программных средств, реализующих предложенные алгоритмы поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием.

8. Практическое применение разработанных методов, алгоритмов и программных средств дня решения различных задач проектного управления на промышленных предприятиях г. Смоленска.

Объектом исследования является промышленное предприятие как сложная организационно-экономическая система.

Предметом исследования является процесс проектного управления промышленным предприятием.

Теоретической и методологической базой исследования являются базовые положения теории систем и системного анализа, теории управления и принятия решений, методы математического моделирования, в том числе методы теории графов, искусственного интеллекта, математической логики, методы поддержки принятия решений по управлению сложными системами, известные методологии проектного управления, научные положения, сформулированные в трудах отечественных и зарубежных ученых в области темпоральных логик и их использования в задачах моделирования процессов и систем.

Информационной базой исследования являются данные Росстата, стандарты управления проектами, отчетные данные о результатах деятельности промышленных предприятий г. Смоленска.

Наиболее существенные паучные результаты, получепные автором.

1. Результаты системного анализа процессов проектного управления промышленным предприятием в условиях структурной сложности и нестационарности проектов, а механизмов влияния характеристик реализуемых проектов на показатели эффективности функционирования предприятия, перспектив использования современных методов математического моделирования проектов, позволившие выделить основные подходы к совершенствованию методов и алгоритмов поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием.

2. Результаты классификации методов получения формализованного описания темпоральной структуры проектов, анализа возможностей их использования в качестве основы поддержки принятия решений по проектному управлению в зависимости от особенностей решаемой задачи, характеристик проектов, полноты и точности исходной информации, послужившие теоретической базой для разработки инструментов выбора вида темпорально-логических моделей, имеющих максимальный потенциал использования в той или иной задаче проектного управления.

3. Метод интеллектуальной поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием в условиях реализации проектов со стационарной структурой, отличающийся от известных использованием в качестве математической основы принятия решений темпорально-логической модели проекта овеществленного типа с интервальной линейной структурой времени. Алгоритмы, реализующие отдельные этапы предложенного метода и обеспечивающие поддержку принятия решений в условиях неполноты и неточности исходных данных.

4. Метод поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием, позволяющие учитывать нестационарность структуры проектов и наличие точечных событий, изменяющих условия их реализации, путем построения и оценки различных сценариев проекта на основе точечно-интервальной темпорально-логической модели, базирующейся на отдельных положениях логики ветвящегося времени. Алгоритмы, обеспечивающие реализацию предложенного метода поддержки принятия решений на этапе планирования проектов.

5. Процедура мониторинга проектов, позволяющая оперативно оценивать эффективность реализации проекта с точки зрения временного аспекта, осуществлять интеллектуальную поддержку принятия решений по выбору альтернативных вариантов при обнаружении отклонений в процессе реализации

на основании оценки сценариев, проводимой на основе темпорально-логических моделей проекта с помощью предложенных алгоритмов.

Достоверность и обоснованность научных результатов, выводов и рекомендаций диссертации определяются корректным применением законов и положений теории управления и принятия решений, математического моделирования, методов и моделей аппарата темпоральных логик, известных вариантов моделей проектов. Выводы и предложения диссертационного исследования не противоречат известным теоретическим и практическим результатам, сформулированным в трудах отечественных и зарубежных ученых по теории поддержки принятия решений и управления сложными проектами.

Научиая новизна работы заключается в разработке методов и алгоритмов интеллектуальной поддержки принятия решений, базирующихся на темпорально-логических моделях различных типов, и используемых в рамках проектного управления промышленным предприятием в условиях, характеризующихся тем или иным уровнем неопределенности и неполноты информации и структурной нестационарности проектов, а также процедур их использования на различных этапах управления проектами.

Значение получен пых результатов для теории и практики.

Разработанные в рамках диссертационного исследования методы поддержки принятия решений по управлению сложными стационарными и нестационарными проектами, алгоритмы построения и использования темпорально-логических моделей проектов, процедуры планирования и мониторинга, вносят вклад в теорию и практику применения методов и алгоритмов решения задач системного анализа, управления, принятия решений и обработки информации в промышленности.

Сведения о реализации и целесообразности практического использования результатов.

Разработанные в диссертации методы и программные средства практически использовались в ОАО «Смоленский технопарк», что позволило повысить скорость принятия решений по проектному управлению и увеличить их обоснованность, что обеспечило повышение эффективности управления проектами на данных предприятиях.

Методические и теоретические результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе филиала Московского энергетического института (технического университета) в г. Смоленске.

Примеры практического использования полученных теоретических и практических результатов диссертационной работы свидетельствуют о целесообразности их использования в практике проектного управления промышленными предприятиями в качестве методического, алгоритмического и программного обеспечения систем поддержки принятия решений по управлению проектами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXIII межд. нучн. конф. «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2010), XV межд. науч.-практ. конф. «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург, 2011), всеросс. науч.-практ. конф. «Инновационность и многоуровневый менеджмент в современном Российском обществе» (Волгоград, 2011), межд. науч.-техн. конф.

«Энергетика, информатика, инновации-2011 »(Смоленск, 2011), а также на научных семинарах филиала МЭИ (ТУ) в г. Смоленске.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ общим объемом: 10 п.л., в том числе лично автору принадлежит 8,2 пл.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 120 наименований и 4 приложений. Диссертация, включая приложения, содержит 145 страниц машинописного текста, 23 рисунка и 10 таблиц в основном тексте.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность решаемой научной задачи, сформулированы цель и задачи диссертационного исследования, определены предмет и объект диссертации, обоснована научная новизна, изложена практическая значимость, приведены данные об апробации и публикациях.

В первой главе рассмотрены различные подходы к определению понятия проектного управления, выделены особенности проектного управления промышленным предприятием, проведен анализ существующих методов поддержки принятия решений по проектному управлению, рассмотрены возможности использования аппарата темпоральных логик для решения задач поддержки принятия решений в процессе проектного управления промышленным предприятием.

Диссертационное исследование основывается на следующих положениях, отраженных во взглядах большинства авторов, занимающихся вопросами проектного управления:

- любая бизнес-задача может быть представлена как проект,

- проектное управление предполагает реализацию системного подхода.

Как сложное системное явление проект может быть описан на основании

двух различных подходов.

В соответствии с первым, проект рассматривается как процесс перехода системы S из исходного состояния (Ss) в конечное (Sf), с использованием определенного обеспечения и при наличии ряда ограничений. При этом исходное состояние характеризуется наличием потребностей {needs), а конечное — полученным результатом {result). Потребности, и результат могут быть функционально выражены через показатели kt (г=1..га), характеризующие систему:

needs = f'{k,,k2.....£„), result = , (1)

где f - целевая функция.

В качестве обеспечения проекта выступают ресурсы (Я) и технологии {Тес) их использования. Ограничения {Lim) вызваны воздействием внутренней и внешней среды проекта. Проект ограничен во времени началом t, и концом tf. Учитывая сказанное, проект можно формализовано представить в виде:

Р =<R, Tec, Lim{R,Tec), а >, где а: />,■ ,|б[в.у) >/|*/ . (2)

Приведенное описание предусматривает возможность изменения целевой функции в процессе реализации проекта, так как на наш взгляд, это соответствует сложившейся практике проектного управления. Указанная возможность требует ведения дополнительных ограничений на пределы изменений целевой функции.

Получение формализованного описания проекта в виде (2) является трудоемким, для сложных нестационарных проектов требует значительных затрат

временных и интеллектуальных ресурсов, что снижает эффективность его использования в процессе проектного управления. В связи с этим наиболее широкое применение в процессе принятия решений по проектному управлению находят методы, в которых проект (2) исследуется только на множестве одного вида ресурсов (материальных, финансовых, трудовых и т.д.).

Второй подход основан на рассмотрении проекта как совокупности действий взаимосвязанных во времени и направленных на достижение единого результата:

Р = М / = й, (3)

где Wi— i-ый этап проекта, п — количество этапов.

Каждый этап характеризуется длительностью - Т„ временем начала - lst и временем завершения - tfh кроме того, этапы проекта связаны различными временными отношениями Су. Тогда проект можно формализовано представить в виде кортежа:

MfaiWwU, (4>

где длительность проекта {ф} - ограничения на протекание этапов, {/¡,} -ограничения на множестве связей.

Представление проекта в виде (4) лежит в основе сетевых методов планирования и анализа проектов, таких как метод критического пути МКП и метод PERT. Использование методов предполагает знание точных значений длительностей всех этапов (МКП) или задание вероятностных значений (PERT), что сужает возможности использования методов в условиях неопределенности. Еще одним существенным ограничением является невозможность моделирования сложных семантических зависимостей между этапами проекта.

В работе проведен анализ возможностей применения в сфере поддержки принятия решений по проектному управлению аппарата темпоральных логик. Выделены достоинства и недостатки различных типов логик, отличающихся способом представления временной информации (первопорядковых, модальных, овеществленных) и типом временной структуры. Проанализированы возможности использования моделей разных видов в зависимости от особенностей задачи проектного управления, характеристик проектов, степени неопределенности и неполноты информации о проекте. Иллюстрация результатов выбора вида темпоральной логики в зависимости от структуры проекта представлена на рис.1.

структура проекта I

стационарная нестационарная

первопорядковые

модальные " L

овеществленные

к

интервальная )

■J-

смешанная

линейная ^ Q ветвящаяся ^ ^циклическая

структура времени

Рис.1. Выбор вида темпоральной логики в зависимости от структуры проекта

Данные результаты использованы в дальнейшем при разработке методов и алгоритмов поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием для проектов различных типов.

Во второй главе рассмотрен метод поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием при стационарной структуре проекта, основанный на формальном представлении проекта в виде темпорально-логической модели, и алгоритмы, реализующие отдельные этапы данного метода.

Разработанный метод включает ряд последовательных взаимосвязанных этапов, на каждом из которых используются известные, модифицированные или оригинальные алгоритмы, и позволяет осуществлять поддержку принятия решений на этапе планирования при реализации проектного управления промышленным предприятием. Обобщенная схема реализации проекта представлена на рис.2.

исходные данные

Методы У/ВБ, методология ГО ЕЛ) Методология ЮЕ1=3, ЭГО Матрица выбора вида темпоральной логики Агоритмы унификации, свертки и др. Агоритмы расчетов Агоритмы синтеза и анализа решений

Анализ структуры проекта

'ры р

н

Оценка взаимосвязей между этапами J

Список этапов

Описание существующих взаимосвязей

Построение графовой ^модели проектаУ

Набор отношений

Формализованное описание модели

»Л / N

Проведение и. ^ расчета ^

Принятие решений

Описание графовой структуры

Характеристики проекта

план проекта

Рис.2. Иллюстрация процесса реализации предлагаемого метода поддержки принятия решений по проектному управлению

Рассмотрим инструменты реализации метода, разработанные в ходе диссертационного исследования.

Матрица выбора вида темпоральной логики представляет собой расширенный вариант матрицы, представленной на рис.1. В качестве измерений помимо характеристик структуры проекта выступают: наличие и виды качественных зависимостей между этапами, возможность описания проекта в терминах состояний, необходимость учета мгновенных событий и ряд других, зависящих от особенностей конкретного проекта. На основании анализа проекта в разрезе данных измерений осуществляется выбор аппарата временных логик, который целесообразно использовать для моделирования рассматриваемого проекта. Наибольший потенциал в сфере управления сложными проектами со стационарной структурой имеют овеществленные логики, такие как ситуационное исчисление, логика событий, логика МакДермотта, логика Алена. В качестве временной структуры можно рекомендовать интервальную линейную структуру, либо смешанную при необходимости моделирования мгновенных событий.

Алгоритмы унификации, свертки и упорядочивания используются как для проверки логики взаимодействия этапов проекта, заданной пользователем, так и для обеспечения наглядности графического представления модели проекта и упрощения процедур расчетов, проводимых с помощью данной модели.

Алгоритм унификация основан на поиске эквивалентных узлов. Унификации могут быть подвержены узлы типа начало (в) и конец (е),

участвующие моделировании строгих отношений между этапами, если в качестве временной структуры выбрана точено-ориентированная интервальная или смешанная модель. В случае чисто интервальной модели этап унификации пропускается.

Алгоритм свертки устанавливает новые отношения между этапами на основе существующих. В диссертации разработаны два варианта алгоритмов свертки на точено-ориентированной интервальной модели: для ситуации наличия множественных потомков у одного узла и для случая, когда один и тот же узел является потомком у нескольких узлов-источников. Для чисто интервальной модели свертке подлежат дуги, поэтому свертка для этой модели осуществляется с целью проверки противоречий в структуре и циклов.

Алгоритм упорядочивания используется для снижения сложности последующих расчетов. В работе для упорядочивания предлагается использовать модифицированный алгоритм Фалкинсона, обеспечивающий упорядочивание узлов и дуг.

Алгоритмы расчетов базируются на подходах, реализуемых при сетевом планировании с учетом особенностей используемой темпоральной структуры. Для каждого этапа проекта Ж,- рассчитываются: при прямом проходе графовой модели раннее время - и при обратном проходе позднее время - ¿г/ и ¡/¡' и самое позднее время - ¿у/' и Для случая точено-ориентированной интервальной структуры показатели рассчитываются на основании следующих выражений.

(5)

= тахО*; г// ) _ (6)

где 1к — временной лаг для строгих отношений, для качественных отношений 4=0, 4 длительность ¿-ого этапа, в случае если она не задана, принимают ф =0.

(7)

(8)

(9) (10)

Данные значения используются для определения критических этапов и временных резервов для некритических этапов.

Общий резерв Д7* представляет разность между максимальным временем, доступным для реализации этапа и его реальной продолжительностью. Свободный резерв Аопределяется исходя из предположения, что все этапы начинаются как можно раньше.

Для точечно-ориентированной интервальной структуры:

А7*= г/ - (/' - (11)

АТ^ =гУ - г/ - ^ (12)

Алгоритмы синтеза и анализа решений.

Необходимость принятия решений в рамках предложенного метода возникает как в процессе проведения расчетов, так и при его завершении.

В первом случае возможны ситуации, когда полученные расчетные значения не согласуются с заявленной длительностью этапов. Алгоритм предусматривает в такой ситуации два варианта решений:

- увеличение длительности этапа до значения, устраняющего возникшее противоречие;

- перерасчет параметров по представленным в работе алгоритмам.

Во втором случае, существует возможность выбора одного из следующих решений: изменение планируемых длительностей отдельных этапов, изменение порядка связей между этапами, изменение типа отношений.

Алгоритм анализа предусматривает организацию диалога с пользователем в процессе принятия решений.

В ходе исследования были проведены вычислительные эксперименты с целью оценки работоспособности предложенного метода. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Результаты проверки эффективности использования предложенного метода управления сложными проектами со стационарной структурой

Сфера принятия решения

Планирование структуры проекта

Оптимизация длительности проекта

Повышение

управляемости

проектом

Возможности метода

Выявление и устранение противоречий в структуре проекта

Выявление и устранение циклов

Возможность учета сложных отношений между этапами_

Расчет длительности проекта заданной структуры при известных длительностях этапов_

Расчет длительности отдельных этапов при заданной длительности проекта

Определение критических этапов

Уменьшение количества критических этапов без изменения структуры проекта

Уменьшение количества критических этапов с изменением структуры проекта

Успешность операции, %

70

90

100

100

50 100

40

70

В целом метод дает удовлетворительные результаты даже в случае наличия в структуре проекта ряда сложных отношений между этапами и неопределенности информации о временных характеристиках этапов и их взаимосвязей. Вместе с тем, были выявлены следующие недостатки, снижающие эффективность его использования.

1. Снижение успешности операций выявления противоречий в структуре проекта при некоторых сочетаниях сложных взаимосвязей между этапами. Для минимизации влияния данного недостатка необходимо проведение более тщательной подготовки описания структуры проекта в темниках используемых отношений.

2. Значительная доля случаев невозможности расчета длительности этапов при заданной длительности проекта. Это вызвано отсутствием решений рассматриваемой оптимизационной задачи на некоторых множествах исходных данных, и не является непосредственно недостатком метода.

3. Ограничение возможности уменьшения количества критических этапов, особенно сильно проявляющееся в случае необходимости сохранения структуры

проекта, связано с выбором критерия минимизации длительности. При необходимости перевода какого-либо этапа в разряд некритических целесообразно изменить структуру проекта, при этом данная задача возлагается на пользователя, т.к. сам метод не предусматривает возможности выбора альтернативных вариантов реализации.

Для устранения последнего недостатка был разработан метод, рассмотренный в следующей главе.

В третьей главе рассмотрен метод и алгоритмы поддержки принятия решений по управлению проектами с нестационарной структурой, основанные на построении и анализе различных сценариев в процессе проектного управления промышленным предприятием.

В соответствии с предлагаемым методом основой поддержки принятия решений является темпорально-логическая модель проекта, базирующаяся на смешанной ветвящейся структуре времени. В проекте выделяются этапы, характеризующиеся длительностью, и точечные события, не имеющие длительности, но приводящие к изменению состояния. Ветвление в предлагаемой модели возможно как в точке, так и на интервале. Для описания альтернатив в ветвлении в модель вводятся модальности: точно будет, скорее будет, возможно будет, возможно не будет, скорее не будет. Они используются для анализа сценариев по параметру возможности реализации. Помимо этого метод позволяет осуществлять выбор альтернатив по длительности (наибольшая и наименьшая), а также по критерию, учитывающему длительность и возможность.

В укрупненном виде алгоритм построения сценариев, реализуемый в рамках предложенного метода, иллюстрируется диаграммой действий, представленной на рис.3.

После ввода исходных данных осуществляется построение базовой модели проекта (без учета ветвлений) в соответствие с предложенным во второй главе алгоритмом, модифицированным за счет введения в рассмотрение точечных событий. Модификация заключается путем задания дополнительных отношений между точкой и интервалом: строгих - точка завершает интервал, начинает, и качественных - следует, предшествует.

Основной составляющей данного алгоритма является процедура Поиск продолжения, в рамках которой осуществляется поиск следующих этапов или событий, связанных с текущим различными отношениями. В силу того, модель проекта позволяет задавать различные, в том числе и качественные типы отношений, а длительности альтернативных вариантов реализации этапа могут отличаться, после нахождения всех взаимосвязей текущего этапа необходимо построение частной модели сценария, включающей этапы и события, относящиеся с одному сценарию и связанные с текущим этапом. Выражение для ¿-ой частной модели _/'-го сценария имеет вид:

где {Жч/} - множество этапов, следующих за И7,, (} - множество точечных, событий, связанных с - отношений между ЭД и следующими этапами и точечными событиями.

Рассмотренные методы предназначены для использования преимущественно на этапе планирования проектов, вместе с тем, не менее актуальна возможность использования методов и алгоритмов интеллектуальной поддержки принятия решений по управлению проектами в процессе их реализации.

(13)

Ниже представлена суть предлагаемой процедуры мониторинга и алгоритм поддержки принятия решений на этапе реализации проектов.

Опираясь на представление проекта в виде (3), введем в рассмотрение некоторую функцию /¡-(Иь Кг. ■•■Кк), характеризующую возможность реализации ¡'-го этапа проекта, К2,.. ресурсы, необходимые для реализации этапа.

Будем считать, что реализация 1-го этапа в момент времени ^ осуществляется успешно, если

В противном случае возможность реализации данного этапа с запланированными временными показателями зависит от значений общего и свободного временных резервов для данного этапа.

Если указанные виды резервов для этапа исчерпаны, необходимо переходить к рассмотрению альтернативных вариантов его реализации.

Если AT/li^ =0 и AT/I*™ =0, то W, -»W/1, где w," g {w,1, W,2,...W/"}, W/, W,2,...W,° - альтернативные варианты реализации этапа W; .

При этом рассматривать следует только те альтернативы, для которых в момент времени tre* не исчерпаны временные резервы, т.е. W,31 е {w,J} где {w,1}-множество допустимых альтернативных стратегий, {w/ }с {w?, W,2 ,...W/" }.

Таким образом, формальное описание условия перехода на альтернативный сценарий проекта выглядит следующим образом:

IF =0лДГ/|и = 0лЛ7/|г„г =0 then W, —» W^, где W*1 е {w/}. (14)

В случае, когда jw/ 0 возможны следующие два варианта.

1. Множество {w/} является единичным.

Пересчет временной модели проекта не требуется, за исключением расчета значений времени общего и частного временного резерва для рассматриваемого этапа, которые корректируются с учетом времени, прошедшего с начала реализации этапа.

2. Множество {w,J} не является единичным.

Для каждого из элементов множества проводится расчет временной модели проекта в соответствии с предложенным ранее алгоритмом.

В четвертой главе приведено описание разработанных программных средств и примеры их практического использования в качестве инструментов поддержки принятая решений по проектному управлению в ОАО «Смоленский технопарк». В рамках исследования разработана информационная система, программные модули которой реализуют предложенные в работе алгоритмы. Построение моделей проекта ведется в режиме выбора лингвистического описания этапов и их взаимосвязей, для визуализации получаемых моделей используется Flash- технология. Примеры использования системы дои проекта по разработке энергосберегающих пускателей для ламп дневного света, имеющего стационарную структуру, показали, что учет качественных взаимосвязей между этапами позволяет сократить планируемую длительность проекта на 17% за счет сокращения резервов, либо минимизировать риски невыполения проекта в указанные сроки за счет уменьшения количества критических работ на 30%. Результаты работы системы для проекта по разработке автоматизированной системы контроля качества изделий из пластмассы бытового назначения, структура которого нестационарна, представлены в таблице 2. Система предусматривает отбор сценариев пяти различным критериям. Степень возможности развития проекта по определенному сценарию (ожидаемость) рассчитывается на основании модальностей, заданных в модели.

Оптимистичный вариант позволяет определить структуру проекта, при котором его длительность будет минимальной, при этом наступление всех событий считаеля равновозможным. Пессимистичный сценарий позволяет оценить максимально возможную длительность проекта, при выборе которой в качестве плановой можно минимизировать риски его реализации. В рамках взвешенного критерия отбираются сценарии, оцениваемые на основании интегрального показателя, учитывающего ожидаемость и длительность.

Таблица 2 - Относительные параметры сценариев проекта с нестационарной структурой (изменение в % от базового, полученного по МКП)_

Сценарий Длительность Число критич. этапов

Наиболее ожидаемый -6 -25

Наименее ожидаемый +21 0

Оптимистичный -23 -12,5

Пессимистичпый +61 +12,5

Взвешенный +10 +12,5

В приложениях приведены примеры, иллюстрирующие работу предложенных алгоритмов, а также акт внедрения результатов работы в ОАО «Смоленский технопарк».

Основные результаты работы

1. Получены результаты анализа современных концепций проектного управления промышленным предприятием, позволившие выделить основные подходы к повышению эффективности данного процесса.

2. Проведен системный анализ структуры и содержания проектного управления, результаты которого положены в основу оценки возможностей использования различных методов интеллектуальной поддержки при принятии управленческих решений в этой сфере.

3. Получены результаты комплексного анализа перспектив применения темпорально-логических моделей в качестве основы поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием. Инструменты выбора вида темпоральной логики в зависимости от особенностей решаемой задачи проектного управления.

4. Разработан метод и алгоритмы поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием, основанные на использовании темпорально-логических моделей проектов со сложной стационарной структурой и позволяющие повысить обоснованность принимаемых решений в условиях неполноты и неопределенности исходных данных.

5. Разработан метод и алгоритм поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием, основанные на формализованном представлении проекта в виде темпорально-логической модели со смешанной ветвящейся структурой времени, которые целесообразно использовать в условиях реализации проектов со сложной нестационарной структурой.

6. Предложена процедура мониторинга проектов со сложной нестационарной структурой. Разработан алгоритм поддержки принятия решений в процессе реализации проектов, основанный на анализе альтернативных сценариев проекта, описываемых частными темпорально-логическими моделями.

7. Разработаны программные средства, реализующие предложенные методы, алгоритмы и процедуры поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием.

8. Получены результаты практического применения разработанных программных средств для решения задач проектного управления на промышленных предприятиях г. Смоленска, показавшие работоспособность предложенных методов и алгоритмов и эффективность их практического использования.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнаут РФ

1. Васицына, А.И. Возможности использования временных логик для управления сложными проектами / А.И. Васицына, О.В. Стоянова, М.И. Дли // Нейрокомпьютеры: разработка и применение. - 2011. - № 8 - С. 48-53.

2. Васицына, А.И. Управление интеллектуальными ресурсами проектов в сфере нанотехнологий / А.И. Васицына, О.В. Стоянова, М.И. Дли II Программные продукты и системы - 2011 - № 3 - С. 178-182.

Публикации в других изданиях

3. Васицына, А.И. Перспективы проектного управления промышленным предприятием. / А.И. Васицына // Экономика. Менеджмент. Логистика. Корпоративные информационные системы. - Межвуз. сб. науч. тр. (Вып. 3) — Смоленск: Смоленский ЦНТИ, 2008. — С. 65-69.

4. Васицына, А.И. Использование аппарата темпоральной логики для временного моделирования проектов. / А.И. Васицына, И.В. Иванова. // Математические методы в технике и технологиях. - Сб. тр. ХХШ междунар. науч. конф. — Саратов: СГТУ, 2010.

5. Васицына, А.И. Модели проектного управления: достоинства и недостатки / И.В. Абраменкова, А.И. Васицына // Экономика. Менеджмент. Логистика. Корпоративные информационные системы. — Межвуз. сб. науч. тр. (Вып. 5) — Смоленск: Изд-во «Смоленская городская типография», 2010. — С. 21-26.

6. Васицына, А.И. Интеллектуальные темпорально-логические методы временного моделирования сложных проектов, реализуемых в нестационарных условиях. / О.В. Стоянова, О.В. Багузова, И.В. Иванова, А.И. Васицына // Конкурс молодых ученых. - Сб. материалов. - Смоленск: ВА ВИВ О ВС РФ, 2010. - С.222-226.

7. Васицына, А.И. Интеллектуальная поддержка процессов управления сложными проектами промышленных предприятий. — Смоленск: Изд-во «Смоленская городская типография» - 2010 — 112 с.

8. Васицына, А.И. Метод временного моделирования нестационарных производственных проектов на этапе мониторинга. / О.В. Стоянова, А.И. Васицына // Системный анализ в проектировании и управлении. - Сб. тр. XV межд. науч.-пракг. конф. — Спб.: СпбГТУ, 2011. С.59-61.

9. Васицына, А.И.Управление временными ресурсами нестационарных производственных проектов. / А.И. Васицына, О.В. Стоянова // Инновационность и многоуровневый менеджмент в современном Российском обществе. - Сб. тр. всерос. науч.-практ. конф. - М.: ООО «Планета», 2011. С.91-94.

Ю.Васицына, А.И. Временные модели сложных нестационарных проектов: требования, методы построения. / А.И. Васицына, О.В. Стоянова // Энергетика, информатика, инновации-2011. - Сб. тр. межд. науч.-техн. конф. — Смоленск: РИО филиала ГОУВПО МЭИ (ТУ) в г. Смоленске, 2011. - С.187-191.

11.Васицына, А.И. Анализ подходов к решению задачи временного моделирования сложных проектов. / А.И. Васицына, О.В. Стоянова, М.И. Дли // Математические методы в технике и технологиях. - Сб. тр. XXIV междунар. науч. конф. - Пенза: ПГТУ, 2011.

Формат 60x84/16. Тираж 100 экз. Печ. листов 1,0. Дата сдачи в печать 30.09.2013 г. Заказ № 6366/1.

Отпечатано в ООО «Принт-Экспресс», г. Смоленск, пр-т Гагарина, 21. Тел.: (4812) 32-80-70

ФГБОУВПО «Тверской государственный технический

университет»

На правах рукописи

Л / ^ЛЛ / / / Л у

Васицына Анастасия Игоревна

Темпорально-логический метод и алгоритмы интеллектуальной поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием

Специальность: 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка

информации (промышленность)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., профессор Н.А. Семенов

Тверь-2013

Введение

Проектное управление все активнее внедряется в практику управления промышленными предприятиями, поскольку позволяет оперативно реагировать на динамичное изменение внешних и внутренних условий их функционирования, характерное для нашего времени. Очевидно, что эффективная реализация такого подхода в условиях сложности и нестационарности объекта управления требует использования современных методов интеллектуальной поддержки принятия решений.

Центральным понятием проектного управления является проект как целенаправленная деятельность, ограниченная определенными временными рамками и направленная на преобразование ресурсов в результат. Проблемы управления проектами рассматриваются в работах B.C. Анфилатова, В.Е. Баумана, Ф.В. Веденеева, В.И. Воропаева, A.A. Емельянова, B.C. Ефремова, А.Н. Мисютина, А.Д. Никифорова, Б.В. Палюха, H.A. Семенова, Н.С. Фомина и др. Методы поддержки принятия решений по управлению проектами освещены в трудах В.Н. Буркова, И.В. Бурковой, П.С. Баркалова, A.B. Глаголева, Г.Я. Горбовцова, В.Н. Колпачева, И.И. Мазура, А.Д. Новикова, А.И. Орлова, A.B. Цветкова, В.Д. Шапиро и др. В основе большинства методов поддержки принятия решений по проектному управлению, рассматриваемых перечисленными авторами, лежит использование модели проекта, представляющей его формализованное описание с точки зрения логики трактовки понятия проект.

Особенности проектного управления промышленным предприятием обуславливают требования к моделям проектов, используемым в качестве инструментов поддержки принятия решений. Во-первых, модель должна описывать проект как систему взаимосвязанных и взаимодействующих элементов с учетом воздействия на неё внешнего и внутреннего окружения проекта. Необходимо осуществлять декомпозицию проекта на элементы таким образом, чтобы динамика их состава была минимальной. Во-вторых, модель должна позволять рассматривать строгие и нестрогие отношения между элементами

проекта, используя одни и те же формальные средства. При этом желательно, чтобы она была легко интерпретируема. В-третьих, следует обеспечивать удобство и высокую скорость приведения расчетов при решении задачи поддержки принятия решений. При этом необходимо предусмотреть алгоритмы, позволяющие решать указанные задачи при различной степени неопределенности и неполноты исходных данных.

Проведенный анализ показал, что получить модели проектов, отвечающие перечисленным требованиям, позволяет аппарат темпоральных логик, основанный на описании различных структур времени с использованием разнообразных инструментов. Различные аспекты темпорально-логического моделирования рассматриваются в работах Дж. Аллена, Д. МакДермотта, А.П. Еремеева, А.К. Заиди, Э.Ф. Караваева, Е.И. Куриленко, Д.А. Поспелова, А.Н. Прайора и др. Они охватывают исследования в области теоретических основ темпоральных логик, подходов к их использованию, применение в системах реального времени. Вместе с тем, вопросы, посвященные использованию темпорально-логических моделей в качестве основы поддержки приятия решений по управлению промышленным предприятием как сложной организационно-экономической системой, рассмотрены в указанных работах не в полной мере.

В связи с этим возникает актуальная научная задача разработки методов и инструментов поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием, основанных на использовании темпорально-логических моделей, в условиях неопределенности и нестабильности внешней и внутренней среды, разнородности характеристик проектов и решаемых управленческих задач, имеющая существенное значение для развития методического аппарата интеллектуальной поддержки принятия решений в промышленности.

Цель работы: разработка метода и алгоритмов, основанных на использовании формализованного описания сложных проектов в виде темпрольно-логических моделей различного вида, для интеллектуальной поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным

предприятием в условиях неполноты и неопределенности исходных данных и возможной нестационарности реализуемых проектов.

Для реализации цели были поставлены и решены следующие задачи.

1. Анализ современных концепций проектного управления промышленным предприятием.

2. Системный анализ структуры и содержания процесса проектного управления и возможностей использования методов интеллектуальной поддержки при принятии управленческих решений в этой сфере.

3. Анализ возможностей использования темпорально-логических моделей различных типов для решения задач поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием и разработка инструментов выбора вида модели в зависимости от особенностей реализуемого проекта.

4. Разработка метода и алгоритмов поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием, основанных на использовании темпорально-логических моделей проектов со» сложной стационарной структурой.

5. Разработка метода и алгоритмов поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием в условиях* реализации проектов со сложной нестационарной структурой.

6. Разработка процедуры мониторинга проектов и алгоритма поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием на основе анализа альтернатив в процессе реализации.

7. Разработка программных средств, реализующих предложенные алгоритмы поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием.

8. Практическое применение разработанных методов, алгоритмов и программных средств для решения различных задач проектного управления на промышленных предприятиях г. Смоленска.

Объектом исследования является промышленное предприятие как сложная организационно-экономическая система.

Предметом исследования является процесс проектного управления промышленным предприятием.

Теоретической и методологической базой исследования являются базовые положения теории систем и системного анализа, теории управления и принятия решений, методы математического моделирования, в том числе методы теории графов, искусственного интеллекта, математической логики, методы поддержки принятия решений по управлению сложными системами, известные методологии проектного управления, научные положения, сформулированные в трудах отечественных и зарубежных ученых в области темпоральных логик и их использования в задачах моделирования процессов и систем.

Информационной базой исследования являются данные Росстата, стандарты управления проектами, отчетные данные о результатах деятельности промышленных предприятий г. Смоленска.

Наиболее существенные научные результаты, полученные автором.

, 1. Результаты системного анализа процессов проектного , управления промышленным предприятием в условиях структурной сложности и нестационарности проектов, а механизмов влияния характеристик реализуемых проектов на показатели эффективности функционирования предприятия, перспектив использования современных методов математического моделирования проектов, позволившие выделить основные подходы к совершенствованию методов и алгоритмов поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием.

2. Результаты классификации методов получения формализованного описания темпоральной структуры проектов, анализа возможностей их использования в качестве основы поддержки принятия решений по проектному управлению в зависимости от особенностей решаемой задачи, характеристик проектов, полноты и точности исходной информации, послужившие теоретической базой для разработки инструментов выбора вида темпорально-логических моделей, имеющих максимальный потенциал использования в той или иной задаче проектного управления.

3. Метод интеллектуальной поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием в условиях реализации проектов со стационарной структурой, отличающийся от известных использованием в качестве математической основы принятия решений темпорально-логической модели проекта овеществленного типа с интервальной линейной структурой времени. Алгоритмы, реализующие отдельные этапы предложенного метода и обеспечивающие поддержку принятия решений в условиях неполноты и неточности исходных данных.

4. Метод поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием, позволяющие учитывать нестационарность структуры проектов и наличие точечных событий, изменяющих условия их реализации, путем построения и оценки различных сценариев проекта на основе точечно-интервальной темпорально-логической модели, базирующейся на отдельных положениях логики ветвящегося времени. Алгоритмы,

>, обеспечивающие реализацию предложенного метода поддержки принятия

и

решений на этапе планирования проектов.

5. Процедура мониторинга проектов, позволяющая оперативно оценивать эффективность реализации проекта с точки зрения временного аспекта, осуществлять интеллектуальную поддержку принятия решений по выбору альтернативных вариантов при обнаружении отклонений в процессе реализации на основании оценки сценариев, проводимой на основе темпорально-логических моделей проекта с помощью предложенных алгоритмов.

Достоверность и обоснованность научных результатов, выводов и рекомендаций диссертации определяются корректным применением законов и положений теории управления и принятия решений, математического моделирования, методов и моделей аппарата темпоральных логик, известных вариантов моделей проектов. Выводы и предложения диссертационного исследования не противоречат известным теоретическим и практическим результатам, сформулированным в трудах отечественных и зарубежных ученых по теории поддержки принятия решений и управления сложными проектами.

Научная новизна работы заключается в разработке методов и алгоритмов интеллектуальной поддержки принятия решений, базирующихся на темпорально-логических моделях различных типов, и используемых в рамках проектного управления промышленным предприятием в условиях, характеризующихся тем или иным уровнем неопределенности и неполноты информации и структурной нестационарности проектов, а также процедур их использования на различных этапах управления проектами.

Значение полученных результатов для теории и практики.

Разработанные в рамках диссертационного исследования методы поддержки принятия решений по управлению сложными стационарными и нестационарными проектами, алгоритмы построения и использования темпорально-логических моделей проектов, процедуры планирования и мониторинга, вносят вклад в теорию и практику применения методов и алгоритмов решения задач системного анализа, управления, принятия решений и обработки информации в промышленности. „ ( .

1 ■

Сведения о реализации и целесообразности практического использования результатов.

Разработанные в диссертации методы и программные средства практически использовались в ООО «Висом», что позволило повысить скорость принятия решений по проектному управлению и увеличить их обоснованность, что обеспечило повышение эффективности управления проектами на данном предприятии.

Методические и теоретические результаты диссертационного исследования используются в учебном процессе филиала Московского энергетического института (технического университета) в г. Смоленске.

Примеры практического использования полученных теоретических и практических результатов диссертационной работы свидетельствуют о целесообразности их использования в практике проектного управления промышленными предприятиями в качестве методического, алгоритмического и

программного обеспечения систем поддержки принятия решений по управлению проектами.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XXIII межд. нучн. конф. «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2010), XV межд. науч.-практ. конф. «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург, 2011), всеросс. науч.-практ. конф. «Инновационность и многоуровневый менеджмент в современном Российском обществе» (Волгоград, 2011), межд. науч.-техн. конф. «Энергетика, информатика, инновации-2011 »(Смоленск, 2011), а также на научных семинарах филиала МЭИ (ТУ) в г. Смоленске.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ общим объемом: 10 пл., в том числе лично автору принадлежит 8,2 пл.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 116 наименований и 3 приложений. Диссертация, включая приложения, содержит 146 страниц машинописного текста, 56 рисунков и 28 таблиц в основном тексте.

1. Анализ современных тенденций в сфере поддержки принятия решений по проектному управлению промышленным предприятием

1.1. Характеристика и особенности процесса проектного управления промышленным предприятием

Анализ работ, посвященных проектному управлению, показал, что в настоящее время не существует единого общепринятого определения данного понятия. Ниже приведем трактовки термина «проектное управление», рассматриваемые различными авторами.

Наиболее общее определение дается в работе [73], где проектное управление рассматривается как «системное явление, которому присущи целостность, объединенность, взаимозависимость, взаимосвязанность совокупности ее элементов и процессов, которые, в свою очередь, существуют и изменяются во взаимодействии друг с другом». По мнению автора, достижение целей проекта возможно только при реализации системного подхода к управлению. Указанный подход придает преимущества проектному управлению как «современной технологии управления - технологии, применяемой при реализации нестандартных, инновационных, уникальных замыслов».

В соответствии с [62], проектное управление - это «управление важными видами деятельности в организации, которые требуют постоянного руководства в условиях строгих ограничений по затратам, срокам и качеству работ». При этом должны быть предусмотрены механизмы разрешения конфликтов, связанных с организацией взаимодействия горизонтальных и вертикальных систем управления.

Проектное управление - это «комплекс взаимосвязанных организационных, научных, правовых, технических, финансовых, экономических, экологических решений по разработке, производству и предоставлению продукции и услуг

заказчику (потребителю)». Причем заказчик может быть не только внешним, но и внутренним [39].

Проектное управление предполагает «подход к любой бизнес задаче как к проекту» [30]. В этом качестве для промышленного предприятия может выступать запуск производства нового изделия, техническая модернизация производства, и реструктуризация системы управления. При этом на первый план выступают такие особенности, характерные для проектного управления, как уникальность мероприятия, наличие четко сформулированной цели и ограниченность используемых ресурсов.

Проектное управление является концепцией управления, а в практическом применении - технологией. Реализация данной технологии обеспечивается путем управления проектами [74].

Ряд авторов читает, что управление проектами заключается в «составлении плана и отслеживании хода работ по нему» [8]. При такой трактовке закономерен

вывод о том, чем лучше план проекта, чем он точнее составлен,, тем легче

| ;

выполняются работы по проекту и выше вероятность его успешной реализации.

Можно рассматривать управление проектами как некое «искусство руководства и координации людских и материальных ресурсов на протяжении жизненного цикла проекта, путем применения системы современных методов и техники управления, для достижения определенных в проекте результатов по составу и объему работ, стоимости, времени, качеству и удовлетворению участников проекта» [40].

В некоторых работах управление проектами рассматривается как новая «парадигма организационного мышления, принципиально новая коммуникативная парадигма в сфере управления предприятием» [60]. В то же время, утверждение о том, что проект