Предпроектный анализ функционирования социальных и экономических систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.10, кандидат технических наук Владиславлев, Павел Николаевич

• Владиславлев, Павел Николаевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Владиславлев, Павел Николаевич

1. Введениестр.

2. Глава 1. Формирование минимального набора приоритетных целей в рамках целеполагания при предпроектном анализе функционирования социальных и экономических системстр.

Введениестр.

1.1 Структурирование целей системыстр.

1.2 «Взвешивание» целей системыстр.

1.3 Минимизация числа элементарных целей системыстр.

3. Глава 2. Определение оптимальной многоцелевой альтернативы в рамках целеполагания при предпроектном анализе функционирования социальных и экономических системстр.

Введениестр.

2.1 Классификация многоцелевых альтернативстр.

2.2 Определение в классе доминантных альтернативстр.

2.3 Выбор оптимальной многоцелевой альтернативы по критериям достижимости глобальной цели и рискастр.

4. Глава 3. Операционное моделирование при предпроектном анализе функционирования социальных и экономических системстр.

Введениестр.

3.1 Базовая сеть Петри стр.

3.2 Алгебра событийстр.

3.3 Пометка позиций и переходов базовой сети Петристр.

3.4 Выбор оптимального сценариястр.

3.5 Моделирование «нештатного» поведения системыстр.

5. Глава 4. Методы анализа и реализации операционной модели при предпроектном анализе функционирования социальных и экономических системстр.

Введениестр.

4.1 Анализ сетей Петри на основе ленты достижимостистр.

4.2 Редукция сети Петристр.

4.3 Имитационное моделирование социальных и экономических системстр.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Предпроектный анализ функционирования социальных и экономических систем»

При выполнении сложных проектов по созданию и реформированию [30] систем в социальных и экономических сферах, включая образование, право, оборону, здравоохранение, торговлю, банковское дело и т.д., важную роль играет этап предпроектного анализа, на котором принимаются предварительные решения по структуре и функционированию (поведению) систем. Предпроектный анализ (ПА) осуществляется с помощью экспертов - специалистов в предметной области и системных аналитиков, при этом результаты ПА могут содержать ошибки выявление и устранение которых на поздних стадиях проекта либо при эксплуатации системы требует больших затрат. Такую ситуацию можно частично исправить созданием формальных методов ПА и поддерживающих их компьютерных технологий.

В ходе ПА устанавливаются наиболее приоритетные цели, поставленные перед системой (целеполагание), формируются стратегии и сценарий достижения целей, определяются потребности в ресурсах (операционное моделирование).

Хотя общепринятой целостной методологии ПА при создании сложных социальных и экономических систем пока не существует, работы ряда авторов могут быть отнесены к этому направлению (О.И. Ларичев [23-25], Э.А. Трахтенгерц [34,35], В.В. Кульба [22], Г.Н. Калянов [2,7,1618], В.И. Максимов [19,20], Е.К. Корноушенко [19,20] и др.). Названные работы базируются в основном на применении формального аппарата когнитивных карт (знаковых графов), предложенного Ф.С. Робертсом [29], которые отражают мнение экспертов и в этом смысле являются «субъективным документом». Кроме того, когнитивные карты недостаточно адекватны реальности и недостаточно «прозрачны» при отображении динамики функционирования системы. В свете вышеизложенного актуальна разработка конструктивных моделей и методов ПА социальных и экономических систем, в меньшей степени зависящих от экспертных оценок и обладающих большей адекватностью и большей наглядностью для системных аналитиков и предметных специалистов. Такие возможности предоставляет формальный аппарат сетей Петри [21,27].

Предметом исследований в работе является целеполагание в социальных и экономических системах и операционное моделирование динамики достижения выбранных целей путём отображения порядка выполнения операций в системе на основе аппарата сетей Петри [21,27].

Цель работы заключается в создании моделей и методов ПА функционирования социальных и экономических систем, позволяющих работать с меньшим числом альтернативных вариантов при целеполагании и формализовать выбор сценария функционирования систем в терминах теории Петри.

В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

1. Структурирование и ранжирование целей системы, формирование минимального набора наиболее приоритетных элементарных (неразложимых на составляющие) целей так, чтобы суммарная степень достижимости всех элементарных целей не превосходила заданной величины д.

2. Определение уровней достижимости отобранных целей, формирование множества многоцелевых альтернатив и выбор в нем оптимальной альтернативы (с учётом ограничений на потребляемые ресурсы).

3. Построение модели функционирования системы (процесса достижения установленных уровней выбранных целей) на основе аппарата помеченных сетей Петри (графов операций), формировании множества возможных сценариев функционирования системы и выбор среди них оптимального сценария.

4. Разработка инженерных методов и экспериментальной версии программных средств поддержки ПА.

Математический аппарат. В работе применялись методы теорий сетей Петри [21,27], алгебры событий [42,43,53,59], булевой алгебры [43], теории графов [43], теории принятия решений [13-14,56,63-66,68,70], теории алгоритмов [56,67,71].

Научная новизна положений, выносимых на защиту.

1. Разработана новая методология целеполагания, позволяющая уменьшить процедурную сложность выбора целей за счёт следующих построений:

• введения трёх показателей для оценки каждой цели - веса (приоритета), степени достижимости, уровня достижимости, где первые два изменяются на интервале [0,1], третий -неотрицательное целое число;

• вычисления весов целей на основе дерева, корень которого соответствует общей (глобальной) цели системы, листья -элементарным целям;

• минимизации числа элементарных целей согласно вышеприведенному условию (задача 1);

• формирования и классификации множества многоцелевых альтернатив - наборов уровней достижимости отобранных целей;

• выбора предпочтительного класса (исходя из ограничений на ресурсы), введения на множестве содержащихся в нём альтернатив бинарного отношения доминирования, определения подмножества доминантных альтернатив, над которыми не доминирует никакая другая альтернатива класса;

• выбора среди доминантных альтернатив выбранного класса оптимальной альтернативы путём вычисления для каждой альтернативы двух показателей - индекса достижимости и индекса риска, построения соответствующей Парето-диаграммы и определения на ней оптимальной альтернативы (с наибольшим значением индекса достижимости и наименьшим значением индекса риска).

2. Разработана новая методология операционного моделирования процессов достижения уровней целей, определённых на этапе целеполагания, базирующаяся на следующих построениях:

• представлении модели функционирования системы базовой сетью Петри;

• пометка элементов базовой сети Петри по результатам целеполагания - преобразовании ее в граф операций;

• формировании на основе помеченной базовой сети Петри множества сценариев функционирования системы, построении для каждого сценария временных графиков достижения целей и затраты ресурсов и вычислении на их основе целевого и ресурсного интегральных показателей сценария;

• построении Парето - диаграммы и выбора на ее основе оптимального сценария (максимальное достижение целей при минимальных затратах ресурсов);

• разработке метода моделирования функционирования системы при «нештатных» ситуациях.

3. Разработан метод имитационного исследования модели функционирования социальных и экономических систем, предусматривающий преобразование графа операций в совокупность взаимосвязанных бинарных компонент, реализуемых на основе перенастраемого универсального программного модуля (шаблона).

Достоверность результатов, полученных в работе, подтверждается корректными математическими построениями и проверкой на практических примерах.

Практическая ценность работы определяется созданием человеко-машинной информационной технологии ПА функционирования социальных и экономических систем, отличающейся:

• уменьшением сложности целеполагания за счёт сокращения числа элементарных целей и тем самым размерности пространства целеполагания;

• введением этапа операционного моделирования функционирования системы направленного на отображение динамики работы системы в терминах операций, формирование графиков потребления ресурсов (финансовых, временных и т.д.), выбор оптимального сценария достижения целей системы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме «Управление в социальных и экономических системах», Владиславлев, Павел Николаевич

Заключение

Создание и реформирование современных социальных и экономических систем характеризуется лавинообразным нарастанием сложности и, соответственно, цены ошибок, допускаемых на различных стадиях реализации жизненного цикла системы [3-4,15,32,60].

Важным фактором для преодоления сложности при создании систем явилось создание и применение объектно-ориентированного подхода (работы Г. Буча [5-6,61-62], Д. Рамбо, А. Джекобсона и др.) и его начального этапа - объектно-ориентированного анализа (ООА) (С. Шлеер и С Меллор [41], A.B. Шеер и др. [12,26,38,69]). При ООА исследуемая система расчленяется на взаимосвязанные части - объекты, создаются динамические модели поведения объектов и проявления межобъектных взаимосвязей (в терминах состояний), моделируются потоки данных для состояний. ООА опирается на значительный объём знаний о структуре и поведении системы. Частично эти знания являются результатом более раннего этапа анализа («преданализа»), на котором изучается система в целом, до её расчленения на объекты. В ходе «преданализа» устанавливаются наиболее приоритетные цели, поставленные перед системой, (целеполагание) формируются стратегии и сценарий достижения целей, определяются потребности в ресурсах (операционное моделирование).

В работе предложена новая эффективная методология предпроектного анализа социальных и экономических систем, включающая этапы целеполагания и операционного моделирования, базирующаяся на формальном аппарате сетей Петри.

1. Разработаны новые методы целеполагания, позволяющие уменьшить процедурную сложность выбора целей за счет следующих результатов:

• введения дополнительных показателей для оценки целей системы;

• вычисление весов целей на основе графа типа дерева;

• введения процедуры минимизации числа элементарных целей;

• классификации на множестве многоцелевых альтернатив;

• выбора класса и определения в нем доминантных альтернатив;

• выбора оптимальной альтернативы (методом Парето) по критериям достижимости целей и риска.

2. Разработаны новые методы операционного моделирования процессов достижения выбранных целей, базирующиеся на следующих результатах:

• представлении модели функционирования системы «помеченной» сетью Петри (графом операций);

• разработке процедуры пометки сети Петри по результатам целеполагания;

• формировании множества сценариев достижения целей и двухкритериальном выборе оптимального сценария (методом Парето);

• разработке метода моделирования функционирования системы при «нештатных» ситуациях.

3. Разработан простой метод имитационного моделирования функционирования системы на основе взаимосвязанных бинарных компонент.

4. Разработанная методология имеет практическую ценность -позволяет сократить сложность целеполагания и проводить ряд «модельных исследований» на более ранней стадии предпроектного анализа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Владиславлев, Павел Николаевич, 2005 год

1. Баас Р., Фервай М., Гюнтер X. «Delphi 4 полное руководство» -Киев, Издательская группа BHV, 1999.

2. Баронов В.В., Каляное Г.Н., Попов Ю.И., Титовский ИН. Информационные технологии и управление предприятием. М.: ДМК Пресс, 2004.

3. Белов Г.В., Зоншайн С.И, Оскерко А.П. «Основы проектирования ракет» М., Машиностроение, 1974.

4. Бурков В.М., Новиков Д. А. Как управлять проектами. М. ИПУ 2000.

5. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. 2-е изд-е: Пер. с англ. М.: Издательство Бином. СПб.: Невский диалект, 1998

6. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя // М.: ДМК Пресс, 2001.

7. Вендров A.M. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. М.: Финансы и статистика, 2000.

8. Владиславлев П.Н. Выбор оптимального сценария поведения организационных систем // «Управление большими проектами». Сборник трудов. Под ред. Д.А. Новикова ИПУ РАН, М.: 2005, стр.5-13

9. Каляное Г.H. CASE: структурный системный анализ (автоматизация и применение). М.: ЛОРИ, 1996.

10. П.Каляное Г.Н. Консалтинг при автоматизации предприятий (подходы, методы, средства). М.: СИНТЕГ, 1997.

11. Каляное Г.Н. Консалтинг: от бизнес-стратегии к корпоративной информационно-управляющей системе. М.: Горячая линия -Телеком, 2004.

12. Когнитивный анализ и управление развитием ситуаций (CASC'2001). Матер. 1-ой Междунар. конф. в 3-х томах / Сост. В.И. Максимов. М.: ИПУ РАН, 2001

13. Когнитивный анализ и управление развитием ситуаций (CASC'2002). Матер. 2-ой Междунар. конф. в 2-х томах / Сост. В.И. Максимов. М.: ИПУ РАН, 200221 .Котов В.Е. Сети Петри. М.: Наука, 1984

14. Кульба В.В., Кононов Д.А., Косяченко С.А., Шубин А.Н. Методы формирования сценариев развития социально-экономических систем М.: СИНТЕГ, 2005.

15. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений, а также хроника событий в Волшебных Странах. М.: Логос, 2000

16. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. М.: Наука, 1996

17. Ларичев О.И., Нарыжный Е.В. «Компьютерное обучение экспертным знаниям» ДАН. 1998 Т. 332

18. Марка Д., Мак-Гоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. М.: МетаТехнология. 1993

19. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем: Пер. с англ. М.: Мир, 19842%.Плотников Н.В., Зверев В.Ю. «Принятие решений в системах управления. Часть 1: Теория и проектирование алгоритмов принятия оперативных решений» М., Изд. МГТУ, 1993.

20. Роберте Ф.С. Дискретные математические модели с приложением к социальным, биологическим и экономическим задачам. М.: Наука, 1986

21. Робсон М., Уллах Ф. Практическое руководство по реинжинирингу бизнес-процессов //М.: Аудит, 1997.

22. ЗХ.Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993

23. Смирнова Г.Н., Сорокин A.A., Тельное Ю.Ф. Проектирование экономических информационных систем. М.: Финансы и статистика, 2001.

24. Таль A.A., Юдицкий С.А. Иерархия и параллелизм в сетях Петри. // Автоматика и телемеханика. 1982. №7,9

25. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. М.: СИНТЕГ, 1998.

26. Трахтенгерц Э.А. Субъективность в компьютерной поддержке управленческих решений. М.: СИНТЕГ, 2001

27. Фаронов B.B. «Delphi 3 учебный курс» - M., Издательство «Нолидж», 1998.

28. Фуремс Е.М., Гнеденко A.C. «STEPCLASS система извлечения экспертных знаний и проведения экспертизы, при решении диагностических задач» - Научно-техническая информация, сер.2 1996 №9.

29. Юдицкий С.А., Владиславлев П.Н. Технология выбора целей при проектировании бизнес-систем. // Приборы и Системы. Управление, Контроль, Диагностика, 2002, №12, стр. 60-65

30. Юдицкий С.А., Владиславлев П.Н. Технология сценарно-целевого моделирования при проектировании бизнес-систем. // Приборы и Системы. Управление, Контроль, Диагностика, 2003, № 1, стр. 64-70

31. Юдицкий С.А., Владиславлев П.Н. Моделирование многоагентных бизнес-систем. // Приборы и Системы. Управление, Контроль, Диагностика, 2003, № 3, стр. 65-70

32. Юдицкий С.А., Владиславлев П.Н. Сети Петри формальный аппарат моделирования динамики сложных систем. // Приборы и Системы. Управление, Контроль, Диагностика, 2003, № 8, стр. 67-70

33. Юдицкий С.А., Владиславлев П.Н. Операционное моделирование при предпроектном системном анализе. // 2-я межд. конференция по проблемам управления. Тезисы докладов ИПУ РАН, М.: 2003, т. 1, стр. 100

34. Юдицкий С.А., Владиславлев П.Н. Предпроектное моделирование активных систем // межд. конференция по теории активных систем. Тезисы докладов ИПУ РАН, М.: 2003, т.2, стр. 31-33

35. Юдицкий С.А., Владиславлев П.Н. Предпроектное моделирование функционирования организационных систем. М.: Научтехлитиздат, 20045А.Юдицкий С.А., Владиславлев П.Н. Целеполагание при предпроектном анализе организационных систем // ВКСС. Connect, 2004, №1

36. Юдицкий С.А., Владиславлев П.Н. Операционное моделирование целевых сценариев организационных систем // ВКСС. Connect, 2004, №2

37. Юдицкий С.А., Владиславлев П.Н. Основы предпроектного анализа организационных систем. М.: Финансы и статистика, 2005

38. Юдицкий С.А., Радченко Е.Г. Моделирование движения потоков при предпроектном анализе сложных систем // Приборы и Системы. Управление, Контроль, Диагностика. 2003. №9

39. Юдицкий С.А., Радченко Е.Г. Построение потоковых моделей многоагентных иерархических систем // Приборы и Системы. Управление, Контроль, Диагностика. 2004. №2

40. Юдицкий С.А., Магергут В.З. Логическое управление дискретными процессами. М.: Машиностроение, 1987

41. Booch G. The Visual Modeling of Software Architecture for the Enterprise. Rose Architect. October 1998, Vol. 1, No 1. p 18-25.

42. Campell A., Yeung S. Creating a sense of mission / Long Range Planning 1991,24(4), 10-20

43. Ericsson K.A. «The acquisition of expert performance: an introduction to some of the issues» The Road to excellence: the acquisition of expert performance in the arts and sciences> sport and games. Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates, 1996.

44. Kihlstrom J. «The Cognitive Unconscious» Science, 1987 V. 237.

45. Lewicki P., Hill T., Czyzewska M. «Nonconscious Acquisition of Information» American Psychologist, 1992, June.

46. Randoy T., Oxelheim L., Stonehill A. Corporate financial strategies for global competitiveness // European Management Journal. VI9. 2001. №6.P.659-669

47. Ramik J. Fuzzy goals and fuzzy alternatives in goal programming problems // Fuzzy sets and systems. V. III. 2000, p.81-86

48. Rumbaugh J., Blacha M. Premerlani W., Eddy F. Lorensen W. Object-Oriented Modeling and Design. Prentice-Hall, Inc., 1991

49. Simon H.A. «The human mind: the symbolic level» Proc. Of the

50. American Philosophical Society, 1993, V. 137 №4. 71 .Web Allen. Project planning and feasibility analysis // http ://rnembers. aol .com/Allen Web/planning .htm