Моделі та методи в управлінні ресурсним потенціалом комунального підприємства в сфері водопостачання

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СХІДНОЄВРОПЕЙСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ І МЕНЕДЖМЕНТУ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата економічних наук

Моделі та методи в управлінні ресурсним потенціалом комунального підприємства в сфері водопостачання

08.00.11 - математичні методи, моделі та інформаційні технології в економіці

Чуб Ольга Ігорівна

Черкаси - 2014

АНОТАЦІЯ

Чуб О.І. Моделі та методи в управлінні ресурсним потенціалом комунального підприємства в сфері водопостачання. - На правах рукопису.

Диcepтaцiя нa здoбуття нaукoвoгo cтупeня кaндидaтa eкoнoмiчних нaук зa cпeцiaльнicтю 08.00.11 - «Мaтeмaтичнi мeтoди, мoдeлi тa iнфopмaцiйнi тeхнoлoгiї в eкoнoмiцi». - Східноєвропейський університет економіки і менеджменту, Черкаси, 2014.

У дисертації отримано нові науково обґрунтовані результати, які у сукупності вирішують актуальне наукове завдання створення концепції моделювання управління ресурсним потенціалом і розробки економіко-математичних моделей, оптимізаційних методів та інформаційної технології оптимального планування та регулювання ресурсного потенціалу КП в сфері водопостачання та його підсистем.

Розглянуто економічну категорію «ресурсний потенціал» КП, визначено склад, структуру та особливості його формування, виділені основні функції управління ресурсним потенціалом. Проаналізовані економічні та соціальні критерії ефективності роботи комунальних підприємств, виконана формалізація їх взаємозв'язку.

Розвинуто класифікацію національних та регіональних факторів невизначеності впливів зовнішнього та внутрішнього середовища КП, виходячи із врахування специфіки сфери водопостачання. Проведено формалізацію та структурну ідентифікацію динамічної функції попиту на послуги РБО КП. Побудована багатокритеріальна оптимізаційна економіко-математична модель планування ресурсного потенціалу РБО КП. Розроблені модифікації точних і наближених методів розв'язання задачі планування ресурсного потенціалу КП як задачі розміщення.

Розвинуто інфологічну модель інформаційно-аналітичної системи управління ресурсним потенціалом КП водопостачання. Розроблене алгоритмічне та програмне забезпечення використано при складанні оптимального плану використання ресурсів РБО КП «Харківводоканал».

Ключові слова: управління ресурсним потенціалом, планування обмежених ресурсів, багатокритеріальність, комунальне підприємство, водопостачання.

АННОТАЦИЯ

Чуб О.И. Модели и методы в управлении ресурсным потенциалом коммунального предприятия в сфере водоснабжения - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата экономических наук по специальности 08.00.11 - математические методы, модели и информационные технологии в экономике. - Восточноевропейский университет экономики и менеджмента, Черкассы, 2014.

В диссертации получены новые научно обоснованные результаты, которые в совокупности решают актуальную научную задачу создания концепции моделирования управления ресурсным потенциалом и разработки экономико-математических моделей, оптимизационных методов и информационной технологии оптимального планирования и регулирования ресурсного потенциала КП в сфере водоснабжения и его подсистем.

Рассмотрена экономическая категория «ресурсный потенциал» КП, определен состав, структура и особенности формирования, выделены основные функции управления ресурсным потенциалом. Проанализированы экономические и социальные критерии эффективности работы коммунальных предприятий, среди которых критерий удельных затрат, критерий потребляемого объема энергоносителей, критерий доступности услуг, критерий аварийности, критерий благоустройства и другие. Выполнена формализация их взаимосвязи.

В работе проведен анализ процесса управления ресурсным потенциалом отечественных и зарубежных (Германия, Франция) коммунальных предприятий, предоставляющих услуги водоснабжения и водоотведения, включающий этап планирования и регулирования ресурсов.

Развита классификация национальных и региональных факторов неопределенности влияний внешней и внутренней среды КП, исходя из учета специфики сферы водоснабжения.

Проведена формализация и структурная идентификация динамической функции спроса на услуги РСО КП. Построена многокритериальная оптимизационная экономико-математическая модель планирования ресурсного потенциала РСО КП. Предложена модификация приближенного метода решения многокритериальной многомерной задачи управления многими ресурсами КП на основе использования метода оптимизации по группам переменных. Разработана модификация точного метода решения задачи выравнивания ресурсов на основе использования схемы ветвей и границ. Учет резервов времени некритических работ позволяет значительно сократить объем перебора допустимых решений оптимизационной задачи и найти оптимальное решение.

Развита инфологическая модель информационно-аналитической системы управления ресурсным потенциалом КП водоснабжения. Проведена структурная и параметрическая идентификация экономико-математической модели процесса оперативного планирования ресурсного потенциала КП «Харьковводоканал». Разработано алгоритмическое и программное обеспечение, которое применено при составлении оптимального плана использования ресурсов РСО КП «Харьковводоканал».

Ключевые слова: управление ресурсным потенциалом, планирование ограниченных ресурсов, многокритериальность, коммунальное предприятие, водоснабжение.

SUMMARY

Chub O.I. Models and methods in managing the resource potential utility company in the field of water supply - Manuscript.

Thesis for the candidate degree in Economics. Speciality 08.00.11 - Mathematical Methods, Models and Information Technologies in Economics. - East European University of Economics and Management, Cherkasy, 2014.

The modeling resource potential management conception including development of economic-mathematical models, optimization methods and information technology on optimal planning and regulation of resource potential for utility companies in the field of water supply has been created. The economic category «resource potential» in the case of utility companies has been considered.

Classification of national and regional uncertainty factors influencing the planning resource potential utilities has been created. Analyzed are the economic and social criteria of utility companies, including costly criterion, consumption of energy affordability criterion, accident criterion, criterion of improvements and other criteria. Formalization of the relationship of these criteria was made. Multiobjective optimization economico-mathematical model of planning resource potential for construction and repair services of utilities for water has been built. Exact and approximate methods for solving the optimization problem of planning utility enterprise resource potential in the deterministic statement as the placement problem has been developed. The proposed optimization methods for solving multiobjective scheduling and monitoring the resource potential of the public utility problem have been developed with the uncertainty of internal and external environment of the enterprise.

Based on the proposed mathematical tools solving optimization problem the conceptual model of program system has been developed and applied to solve a practical optimization problem concerning optimal planning resources for building repair service utility "Kharkovvodokanal."

Keywords: resource capacity planning of limited resources, multi-criteria, public utilities, water supply.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Найважливішою складовою регіональної організаційно-економічної системи є житлово-комунальне господарство (ЖКГ). ЖКГ - це основа життєзабезпечення міста, його інфраструктурний потенціал, який є базовим для формування високого рівня життя населення. До комплексу житлово-комунальних підприємств належить комунальне підприємство (КП) водопостачання та водовідведення, спектр функцій якого включає виконання ремонтно-будівельних робіт на своїх об'єктах, а також роботи із заміни та реконструкції водопровідних мереж та мереж водовідведення. Критичний рівень зношення основних фондів, зростаюча заборгованість населення щодо сплати за послуги, які надаються, разом з підвищенням вимог щодо якості послуг, значна енергозалежність КП водопостачання, обмеженість наявних ресурсів, необхідність врахування різних (економічних, соціальних, екологічних та ін.) критеріїв ефективності функціонування та інші фактори загострюють проблему оптимального управління ресурсним потенціалом КП з метою забезпечення своєчасної реновації основних фондів підприємства. Розв'язання цієї проблеми стає можливим на засадах розвитку і застосування оптимізаційних моделей і методів як інструментарію підтримки управлінських рішень.

Управління ресурсним потенціалом включає процес стратегічного та оперативного планування і регулювання ресурсного потенціалу КП та його підсистем, зокрема ремонтно-будівельної організації (РБО) як базової складової.

Фундаментальні результати в галузі математичного моделювання та розв'язання задач оптимального планування ресурсного потенціалу підприємств і оптимального розміщення отримані науковими школами академіка НАН України О.О. Бакаєва, академіка В.С. Михалевича, академіка НАН України І.В. Сергієнка, академіка НАН України Н.З. Шора, чл.-кор. НАН України Ю.Г. Стояна, О.П. Суслова, Т.П. Подчасової та інших вчених.

Концептуальні підходи до вирішення проблем побудови і використання математичних моделей та методів в управлінні регіональними соціально-економічними системами розглянуті в роботах академіка НАН України В.М.Геєця, чл.-кор. НАН України Ю.Г. Лисенка, В.Д. Базилевича, А.Я. Берсуцького, В.В. Вітлінського, М.О. Кизима, Л.Н. Сергєєвої, В.М. Вовка, В.Я. Заруби, Р.М. Лепи, Т.С. Клебанової, О.І. Феклістова та інших вчених.

Техніко-економічні аспекти функціонування, в тому числі проблеми фінансування, розвитку та реформування житлово-комунального господарства досліджуються в роботах В.І. Торкатюка, Л.М. Шутенка, В.А Петросова, О.В. Димченко, Л.М. Бражнікової, А.І.Дєєвої, О.О. Лук'янченка, Д.Ф. Гончаренка, Н.Є. Лелюк, В.П. Полуянова, М.М. Забаштанського та інших авторів.

Разом з тим, аналіз вітчизняних та закордонних наукових джерел свідчить про недостатній рівень дослідження задач оптимізації процесу стратегічного та оперативного планування ресурсного потенціалу як невід'ємної складової управління ресурсним потенціалом комунального підприємства.

Для вирішення даної проблеми є необхідною розробка та реалізація комплексу математичних моделей, методів та інформаційної технології на основі врахування специфіки функціонування РБО КП, а саме: мультипроектної організації виробничого процесу, наявності багатьох критеріїв якості планування діяльності, невизначеності впливів зовнішнього та внутрішнього середовища та інших факторів, що обумовлює актуальність економіко-математичного моделювання і розв'язання цих завдань.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота безпосередньо пов'язана з виконанням наукових досліджень кафедри економічної кібернетики та управління економічною безпекою Харківського національного університету радіоелектроніки за темою «Розробка еволюційних систем реального часу для прийняття рішень за умов невизначеності» (номер державної реєстрації 0110U000458). Особистий внесок автора в межах теми полягає в дослідженні та класифікації типів невизначеностей, які впливають на роботу КП водопостачання, і обґрунтуванні методичних рекомендацій щодо підвищення ефективності використання його ресурсного потенціалу.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є розробка економіко-математичних моделей та методів оптимізації процесу управління ресурсним потенціалом комунального підприємства водопостачання.

Для досягнення поставленої мети в роботі сформульовані та розв'язані наступні наукові завдання:

- проведено аналіз категорії «управління ресурсним потенціалом» комунального підприємства та визначено місце процесів планування та регулювання ресурсного потенціалу як складових управління;

- удосконалено систему економічних та соціальних критеріїв ефективності роботи КП водопостачання та виконано формалізацію їх взаємозв'язку;

- розвинуто класифікацію факторів невизначеності впливів зовнішнього та внутрішнього середовища на процес планування ресурсного потенціалу КП;

- удосконалено динамічну модель функції попиту на послуги РБО КП водопостачання з відновлення основних фондів КП як складової ресурсного потенціалу;

- розроблено концепцію побудови багатокритеріальної оптимізаційної економіко-математичної моделі планування і регулювання використання ресурсного потенціалу КП водопостачання;

- розроблено модифікації точного та наближеного методів розв'язання оптимізаційної задачі планування ресурсного потенціалу РБО КП водопостачання в детермінованій постановці та в умовах невизначеності зовнішнього середовища;

- розвинуто інфологічну модель інформаційно-аналітичної системи управління ресурсним потенціалом КП водопостачання та його підсистем;

- проведено реалізацію та апробацію розроблених моделей з управління ресурсним потенціалом КП водопостачання (на прикладі КП «Харківводоканал», м. Харків).

Об'єкт дослідження - процес управління ресурсним потенціалом комунального підприємства в частині його стратегічного та оперативного планування.

Предмет дослідження - економіко-математичні моделі та оптимізаційні методи управління ресурсним потенціалом комунального підприємства.

Методи дослідження. Для опису об'єкта дослідження та побудови логіки роботи використано інструментальні засоби структурно-логічного аналізу. Для дослідження сучасних тенденцій розвитку регіональної економічної системи та оцінки стану КП у сфері водопостачання та водовідведення застосовано методи системного, порівняльного та статистичного аналізу (п. 1.1-1.2). При побудові та аналізі моделі основної оптимізаційної задачі в роботі використано методологію математичного моделювання складних систем (п. 1.3, 2.1-2.3). При розв'язанні задачі оптимального розміщення, яку інспірує задача оперативного планування ресурсів КП, використані чисельні методи математичного програмування (п. 3.1-3.2). Для побудови інформаційної технології розв'язання задач планування ресурсів КП застосована методологія об'єктно-орієнтованого програмування (п. 3.3-3.4).

Інформаційною базою дослідження є Закони України, статистичні матеріали Державної служби статистики України, Міністерства регіонального розвитку, будівництва та житлово-комунального господарства України, Головного управління статистики в Харківській області, аналітичні матеріали Департаменту бюджету та фінансів Харківської міської ради, КП «Харківводоканал».

Наукова новизна одержаних результатів. На основі системного наукового дослідження в дисертації:

вперше:

- розроблена концепція моделювання управління ресурсним потенціалом комунального підприємства в галузі водопостачання та водовідведення, що базується на засадах теорії оптимального розміщення та дозволяє сформувати стратегію ефективного використання ресурсного потенціалу для підвищення рівня житлово-комунальних послуг і забезпечення високої якості життя населення мегаполісу;

удосконалені:

- система частинних критеріїв ефективності роботи комунального підприємства, що надає послуги з водопостачання та водовідведення, яка, на відміну від інших, враховує економічні та соціальні критерії ефективності діяльності та є базою для виконання комплексної оцінки рівня життя населення мегаполісу;

- динамічна модель функції попиту на продукцію РБО КП, яка, на відміну від відомих функцій попиту, дозволяє оцінити розмірність оптимізаційної моделі планування ресурсного потенціалу;

- точний та наближений методи розв'язання оптимізаційної задачі планування багатьох ресурсів КП як задачі оптимального розміщення, які, на відміну від існуючих підходів, забезпечують побудову оптимальних планів використання множини обмежени1х ресурсів в умовах мультипроектного середовища;

- структурна та параметрична ідентифікація економіко-математичної моделі планування ресурсного потенціалу РБО КП, яка, на відміну від відомих підходів, враховує специфіку роботи в сфері водопостачання та водовідведення;

набули подальшого розвитку:

- класифікація факторів невизначеності впливів зовнішнього та внутрішнього середовища комунального підприємства, виходячи із врахування специфіки сфери водопостачання та водовідведення;

- інфологічна модель інформаційно-аналітичної системи планування ресурсного потенціалу КП в сфері водопостачання як основи інформаційної технології, що уможливлює оптимізацію використання ресурсного потенціалу.

Практичне значення отриманих наукових результатів дисертаційної роботи полягає в тому, що запропонована багатокритеріальна економіко-математична модель планування ресурсного потенціалу може бути застосована для визначення оптимального плану використання наявних ресурсів КП водопостачання, зокрема його РБО. Отримані результати дають можливість здійснювати моніторинг використання ресурсного потенціалу КП в сфері водопостачання та водовідведення з урахуванням факторів невизначеності зовнішнього та внутрішнього середовища. Запропоноване методичне, алгоритмічне та програмне забезпечення може бути використано при розробці плану проведення поточного та капітального ремонту інженерних комунікацій.

Основні результати роботи впроваджено у практичну діяльність КП «Харківводоканал», м. Харків (акт впровадження від 11.02.2013), у навчальний процес Харківського національного університету радіоелектроніки (акт впровадження від от 19.03.2013) та Харківського національного університету будівництва та архітектури (акт впровадження від 26.03.2013).

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є одноосібно виконаною науковою працею, в якій викладено авторський підхід до теоретичного і практичного обґрунтування управління ресурсним потенціалом комунальних підприємств водопостачання на основі побудови оптимальних планів розподілу ресурсів. З публікацій, що написані в співавторстві, використано лише ті результати, які отримані автором особисто.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні положення та практичні результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на: VII Міжнародній науково-практичній конференції «Дослідження та оптимізація економічних процесів» (м. Харків, 2010 р.); ІХ, Х Міжнародних науково-практичних конференціях «Шевченківська весна: Економіка» (м. Київ, 2011 р., 2012р.); ХV, ХVI Міжнародних молодіжних форумах «Радиоэлектроника и молодежь в ХХI веке» (м. Харків, 2011 р., 2012 р.), ІІ Всеукраїнській науково-практичній конференції «Системний аналіз. Інформатика. Управління (САІУ-2011)» (м. Запоріжжя, 2011 р.), Всеукраїнській науково-практичній конференції «Актуальні проблеми економічного і соціального розвитку регіону» (м. Донецьк, 2011 р.), ІІІ Міжнародній науковій конференції «Математическое моделирование, оптимизация и информационные технологии» (м. Кишинеу, Молдова, 2012 р.), ХІІІ Апрельской Международной научной конференции по проблемам развития экономики и общества (м. Москва, РФ, 2012 р.), ІV, V Міжнародних науково-практичних конференціях «Сучасні проблеми моделювання соціально-економічних систем» (м. Харків, 2012 р., 2013 р.), XXV European Сonference on Оperation Research (Vilnius, Lithuania, 2012), IV Міжнародній науково-практичній конференції «Проблеми та перспективи розвитку підприємств в умовах світової економічної інтеграції» (м. Харків, 2012 р.), 66-68 науково-практичних конференціях викладачів та наукових працівників Харківського національного університету будівництва та архітектури (м. Харків, 2011-2013 рр.), II Міжнародній науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих учених «Стратегія розвитку міст: Молодь і майбутнє (інноваційний ліфт)» (м. Харків, 2013 р.), ІІ Міжнародній науково-практичній конференції «Людина, суспільство, комунікаційні технології» (м. Харків-Красний Лиман, 2013 р.), Міжнародній науково-практичній конференції «Математичне моделювання процесів в економіці і управлінні інноваційними проектами (ММП-2013)» (м. Алушта, 2013 р.), науковому семінарі відділу економіко-соціальних систем та інформаційних технологій Міжнародного науково-навчального центру інформаційних технологій та систем НАН України та МОН України (м. Київ, 2013р.).

Публікації. Основні наукові положення, висновки і результати дисертації опубліковані в 23 наукових працях загальним обсягом 6,6 друк.арк. (з них особисто автору належить 4,52 друк.арк.), у тому числі 7 - статті у наукових фахових виданнях, що включають 2 статті у виданнях, які індексуються науковометричними базами, 1 стаття у науковому періодичному виданні Російської Федерації, та 16 - матеріали міжнародних та національних наукових конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел з 170 найменувань на 19 сторінках, та 2 додатків на 16 сторінках. Загальний обсяг роботи складає 198 сторінок, містить 39 рисунків та 14 таблиць.

ресурсний потенціал підприємство водопостачання

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У розділі 1 «Концептуальні основи управління ресурсним потенціалом комунального підприємства в сфері водопостачання» визначені особливості ЖКГ як підсистеми соціально-економічної системи регіону. Проведено техніко-економічний аналіз КП «Харківводоканал», визначено специфіку діяльності його підсистеми - РБО. Розглянуто економічну категорію «ресурсний потенціал» комунального підприємства, визначено склад, структуру та особливості формування ресурсного потенціалу РБО КП, виділені основні функції управління ресурсним потенціалом. Виділено та структуровано множину частинних критеріїв ефективності функціонування РБО КП. Сформульовано загальну задачу управління ресурсним потенціалом РБО КП водопостачання, яка включає задачу планування, систематизовано економіко-математичні моделі та оптимізаційні методи розв'язання задач управління ресурсами.

Житлово-комунальні послуги - результат господарської діяльності, спрямованої на забезпечення умов проживання та перебування осіб у жилих і нежилих приміщеннях відповідно до норм, стандартів, порядків і правил. Серед них виділяють комунальні послуги (централізоване постачання холодної та гарячої води, водовідведення, газо- та електропостачання, централізоване опалення, ліфтове забезпечення, а також вивезення побутових відходів).

Показано, що рівень розвитку ЖКГ в м. Харкові на теперішній час не задовольняє потреб населення, які постійно зростають, а матеріально-технічна база комунальних об'єктів вимагає оновлення, розширення та реконструкції.

Харківську систему водоводів, водопровідних мереж та мереж водовідведення експлуатує КП «Харківводоканал». 70% основних фондів КП складають передавальні мережі, які в цілому мають високий рівень амортизації. Загальна протяжність водопровідних мереж КП 2542,9 км., серед яких 65% експлуатуються більше 30 років. Термінової заміни потребують 36 % водопровідних та 42 % каналізаційних мереж. В роботі визначені основні показники та специфіка діяльності РБО КП водопостачання (одночасне виконання будівельно-монтажних та ремонтно-реконструктивних робіт, територіальна віддаленість об'єктів експлуатації та ремонту, необхідність виконання робіт оперативного та аварійного характеру).

В Харківському регіоні розроблена та прийнята Програма реформування і розвитку ЖКГ на 2010-2014 рр., яка передбачає створення належних умов для підвищення якості життя населення на основі сталого розвитку ЖКГ. Цієї мети в сучасних умовах можна досягнути лише на основі оптимального планування та використання ресурсного потенціалу комунальних підприємств.

Проведено аналіз категорії «управління ресурсним потенціалом» комунального підприємства та визначено місце процесів планування та регулювання ресурсного потенціалу як складових управління. Ресурсний потенціал - це здатність підприємства забезпечувати визначений технологічний процес та досягати своїх стратегічних та поточних цілей. В роботі конкретизовано поняття ресурсного потенціалу КП, яке розглядається як множинна характеристика, що включає фінансові, виробничі, інноваційні, інформаційні ресурси та підприємницьку здатність. Розглянуті джерела надходження фінансових ресурсів КП, основним з яких є оплата послуг населенням та юридичними особами.

При розгляді проблеми ефективності функціонування комунального підприємства як складної соціально-економічної цілеспрямованої системи в контексті досягнення стратегічної цілі, операційних цілей та задач Стратегії розвитку Харківської області в роботі виділено дві групи частинних критеріїв ефективності: економічні та соціальні.

Група К_е економічних частинних критеріїв ефективності містить складові:

К_е = {К¹_е, К²_е, …, К⁷_е }, (1)

де К¹_е - критерій питомих витрат, грн/м³; К²_е - критерій потрібного обсягу енергоресурсів для забезпечення нормативних умов проживання населення, кВт*год/м³; К³_е - критерій доступності послуг, %; К⁴_е - прибуток на одиницю загальних витрат, грн.; К⁵_е - рентабельність виробництва, %; К⁶_е - витрати на 1 грн. виробництва послуг, грн.; К⁷_е - частка приросту послуг за рахунок інтенсифікації виробництва, %.

До множини соціальних частинних критеріїв ефективності віднесені:

K_с = {К¹_с,…, К⁵_с}, (2)

де К¹_с - критерій аварійності - частота звернення населення у комунальні служби, кількість дзвінків/од. часу; К²_с - критерій розширення спектра послуг - обсяг виконаних робіт при їх незмінній вартості, шт.; К³_с - критерій модернізації - оцінка заходів, які проводяться місцевим самоврядуванням та КП для покращення умов проживання населення, зниження вартості наданих послуг; К⁴_с - критерій стабільності - відображує період часу, протягом якого вартість комунальних послуг для населення є незмінною, од. часу; К⁵_с - критерій благоустрою - оцінка забезпеченості населення кожним з видів комунальних послуг та форм їх надання.

Однією з найважливіших підсистем КП водопостачання, властивості та характеристики якої в значній мірі визначають ефективність роботи підприємства, є РБО КП. Процес функціонування РБО КП є неперервною послідовністю проектів ремонтно-відновлювальних робіт (РВР), тобто має дискретно-контінуальний характер. Отже, процес планування виробничої програми РБО КП водопостачання на заданий період часу ґрунтується на упорядкуванні множини робіт з метою оптимального використання наявного ресурсного потенціалу та визначення необхідності залучення додаткових ресурсів. У свою чергу, параметри РВР, тобто необхідні для виконання кожної з множини таких робіт фінансові, трудові, матеріальні ресурси, є ендогенними змінними частинних критеріїв ефективності (1), (2) функціонування КП. Таким чином, кожен з розглянутих частинних критеріїв ефективності (1), (2) є функцією кількості виконаних робіт Q та використаних ресурсів R: К_i = F_i (Q, R). Задачею планування ресурсного потенціалу РБО на заданий період є визначення оптимальної структури виробничої програми РБО вигляду

(Q*, R*) = argextr K (Q, R), (3)

де K(Q,R) = {K_е, K_c}; (Q, R) , - область припустимих розв'язків задачі, що визначається обмеженнями на різні типи ресурсів.

У розділі 2 «Математичне моделювання задачі планування ресурсів підприємства» побудовано динамічну функцію попиту на послуги РБО КП, який трактується як бажання і можливість здійснити замовлення на РВР з певним терміном виконання робіт та його ціною. Для цього розглянуто наступні типи ремонту мереж водопостачання та водовідведення - поточний (має проводитися кожні 3 роки), капітальний (кожні 20 років) та аварійний. Обсяги поточного D_{t пот} та капітального D_{t кап} ремонтів визначають детерміновану складову D_{t детерм} функції попиту D_t на послуги РБО, тоді як величина стохастичної складової D_аваріі задається довжиною аварійних мереж:

D_t = D_{t детерм} + D_{t аваріі} (4)

Припущення 1. Планування здійснюється в момент часу t на період [t, t+1], який дорівнює одному року.

Припущення 2. Попит на послуги РБО визначається детермінованою складовою D_{t детерм}.

Введення даних припущень обґрунтовано аналізом існуючої практики планування, в межах якої аварійний ремонт фінансується з окремого фонду.

Отже, величини попиту D_{t пот} і D_{t кап} розглядаються як незалежні, тоді D_{t детерм} - це лінійна комбінація двох функцій вигляду:

D_{t детерм} = ₁ D_{t пот} + ₂ D_{t кап}, (5)

де коефіцієнти ₁+₂=1, ₁, ₂ > 0.

В роботі визначено явний вигляд функції (5)

D_детерм(,) = ₁ {A + (A_t - A)} + ₂ { B + (B_t - B)}, (6)

де А_t - частка інженерних мереж, що підлягають поточному ремонту в період [t, t+1], A - частка інженерних мереж, термін експлуатації яких на момент t без поточного ремонту перевищує 3 роки; B_t частка інженерних мереж, термін капітального ремонту для яких закінчується в період [t, t+1]; B частка комунікацій, для яких закінчився термін капітального ремонту; , [0; 1] - параметри, що характеризують ступінь виконання відповідно поточного і капітального ремонтів мереж у попередньому році.

Позначимо G_t = A_t + B_t частку інженерних мереж, що підлягають ремонту в період [t, t+1] (незалежно від виду ремонту). Тоді величина (1 G_t) це частка нових мереж і мереж, для яких термін ремонту в планованому періоді [t, t + 1] не настане (рис.1).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис. 1. Графічна інтерпретація величин A_t, B_t, (1 - G_t) в період [t,t+1]

а) розбиття всієї множини комунікацій за стадією РВР;

б) орієнтований граф, де стрілки відповідають зміні величин у період [t,t+1];

- згідно нормативної документації - величини ,;

- на основі статистичних даних про аварійний стан інженерних комунікацій;

- величини, які плануються: a_t = A + (A_t - A), b_t= B+ (B_t - B).

Кожна ремонтна робота вимагає певної кількості матеріальних, фінансових, трудових, часових, науково-інформаційних та інших типів обмежених ресурсів. Тому функція (6) розглядається на обмеженій області допустимих розв'язків, яка задана ресурсними обмеженнями КП.

У загальному вигляді задача формулюється таким чином:

. (7)

Зауваження 1. Особливістю даної постановки є змінна кількість обмежень області і вимірності простору, в якому розглядається задача (7).

Попит на послуги РБО в сфері водопостачання визначає кількість проектів РВР, які необхідно виконати протягом планового періоду, що, власне, є одним з факторів (поряд із кількістю робіт в проектах та кількістю видів необхідних ресурсів), які задають вимірність області задачі (7).

У горизонті планування терміном = 1 рік сформульовано оптимізаційну задачу планування ресурсів для виконання виробничої програми РБО {T₁, T₂, …, T_H}, де певний проект T_h є скінченою множиною робіт: T_h={}, j=1,…,N_h, за умови, що N_h - загальна кількість робіт проекту T_h. В період d_hj свого виконання робота T_hj потребує (M 1) видів ресурсів. Множина R_hj= {d_hj, r_hj2,…,r_hjM} - обсяг ресурсів, необхідних у кожний момент часу виконання роботи T_hj, причому r_hj2 задає обсяг фінансових ресурсів, інші ресурси 3,…,M - це різні типи обладнання.

В розділі обґрунтовано концепцію моделювання управління ресурсним потенціалом КП водопостачання та водовідведення, що базується на засадах теорії оптимального розміщення, враховує мультипроектну організацію виробничого процесу, багатовимірність множини ресурсів та дозволяє сформувати стратегію ефективного використання ресурсного потенціалу. Етапи концепції узгоджені з функціями управління ресурсним потенціалом, серед яких розглядаються: планування ресурсів, визначення необхідних обсягів додаткових ресурсів, регулювання ресурсів.

Перший етап передбачає подання роботи T_hj у M-вимірному просторі ресурсів її графічною моделлю як M-вимірного гіперпаралелепіпеду T_hj, де множина R_hj визначає метричні характеристики (розміри) графічної моделі роботи T_hj. Добуток ресурсів d_hjЧr_hj2Ч…Чr_hjМ роботи T_hj чисельно дорівнює об'єму відповідного геометричного об'єкта T_hj. Розміщення T_hj, j=1,…,N_h, h=1,..,H, у просторі ресурсів визначено вектором (x_hj1,…, x_hjM), пов'язаним з деякою вершиною T_hj. Отже, вектор v незалежних змінних задачі є таким: v=(х₁₁₁,…,,…,x_h11,…, ,…,).

У кожний момент часу на множину проектів {T_h}_h=1,…,H у цілому в межах горизонту планування виділені фінансовий ресурс R₂ та множина необхідних видів обладнання {R₃, …, R_M}, що формують область розміщення T₀ у просторі ресурсів. Прийнято, що для кожного ресурсу R_k існує максимально припустиме значення , k=2,…,M, обумовлене можливостями КП.

Зауваження 2. Задача допускає ослаблену постановку, де величина фінансових ресурсів задається інтервально: R₂+R₂.

Часткове упорядкування на множині робіт ={}, j=1,…,N_h, задано за допомогою мережевої моделі (ациклічного орієнтованого графу).

Упорядкування множини проектів {T₁,…,T_H} визначено на основі врахування як технологічних обмежень та пріоритетів особи, що приймає рішення, так і особливостей існуючої практики господарювання. Так, для проектів реконструкції мереж упорядкування здійснюється за кількістю повторних дрібних поривів (аварій) та кількістю води, яка втрачається. Приймаються також до уваги витрати на подальший благоустрій території, тобто відновлення асфальтобетонного, грунто-щебеневого покриття та газонів. При цьому важливе значення має суспільний резонанс, який може спричинити несвоєчасний або неякісний ремонт.

На другому етапі реалізації концепції застосовано інструментальні засоби моделювання задач оптимального розміщення, що дозволило розглянути задачу оптимального планування багатьох обмежених ресурсів різної природи як задачу розміщення геометричних об'єктів у заданій області.

Постановка основної задачі дослідження як задачі розміщення є такою. Необхідно розмістити набір {T₁, T₂, …, T_H}, кожний елемент якого є множиною об'єктів T_hj, j = 1,... N_h, введених вище, без взаємних перетинів у області розміщення T₀ з метою мінімізації загального об'єму області. З точки зору задачі планування ресурсів проектів це означає найбільш ефективне використання ресурсів КП при мінімальному терміні виконання виробничої програми.

Умови розміщення об'єкта T_hj в області T₀ означають виконання даної роботи власними силами підприємства. Аналітичний опис даної умови - це система F₀(v)?0 лінійних нерівностей вигляду:

, k=2,…,M, j=1,..,N_h, h=1,..,H. (8)

Роботи проектів не можуть використовувати той самий ресурс одночасно. Аналітично це обмеження задається набором F_hjgi(v)?0 нерівностей:

(9)

k=2,…,M; i=1,…,N_g; j=1,…,N_h; h,g=1,…,N, якщо h=g, то i?j.

Умова часткового впорядкування (задана на множині робіт одного проекту) означає, що робота T_hо починається не раніше закінчення роботи T_hз, має вигляд:

, з, о = 1,2,…,N_h, або - - 0. (10)

На практиці для переміщення та підготовки складного обладнання необхідно виділяти певний час , j=1,2,…,N_h, h=1,2,..,H, k=3,…,M, який в загальному випадку залежить не тільки від типу складної техніки, яка необхідна для виконання роботи, але і від віддаленості місця поточного комплексу ремонтних робіт від місця постійної дислокації обладнання, (наприклад, КП «Харківводоканал» має дві таких бази).

Таким чином, величини є невизначеними для конкретної роботи T_hj в цілому, хоча це константи для певного типу обладнання k. Отже, перші два обмеження з (9) набувають вигляду:

(11)

де деяке збурення.

Оптимізаційна задача планування ресурсів є багатокритеріальною.

На третьому етапі реалізації концепції запропоновано методику зведення векторного цільового функціоналу

(u)={, R₂, …, R_M} (12)

задачі, який побудовано на основі введення додаткових змінних , вигляду

=, , k=2,…,M, (13)

до одного або послідовності декількох скалярних критеріїв в залежності від обраної базової методики розв'язання багатокритеріальних задач. Так, узагальнений скалярний критерій ^C(u) у вигляді мультиплікативної згортки є таким:

^C(u)= ₁, _µ>0, , (14)

де u=(v, , R₂, …, R_M).

Тоді оптимізаційна математична модель має вигляд:

знайти:

, (15)

де функціонал ^С(u) задається виразом (14), а область припустимих розв'язків описується множиною обмежень (8)-(11) та додатковими обмеженнями вигляду k=2,…,M, причому .

Відмітимо, що задачі (7) та (15) є еквівалентними.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для врахування такої особливості постановки задачі, як багатовимірність множини R_3…М матеріальних ресурсів в роботі пропонується розшарування області розміщення T₀ на (M - 2) шарів, кожен з яких відповідає конкретному типу обладнання. Подання роботи Т_hj в області T₀ наведено на рис. 2, де типи R_k ресурсів є такими: R₃ - автокран, R₄ - бульдозер, R₅ - екскаватор, R₆ - пересувна електростанція. Особливістю даної постановки є твердження, що кожна робота T_hj подається не звичайним паралелепіпедом, а об'єктом складної просторової форми, а саме незв'язною множиною з кусково-постійною границею (скінчений набір паралелепіпедів).

При цьому параметри d_hj, та r_hj2, необхідні для роботи T_hj, є однаковими для кожної з частин складеного паралелепіпеда T_hj.

У розділі 3 «Оптимізаційні методи розв'язання задачі планування ресурсів комунального підприємства в мультипроектному середовищі» проведено класифікацію типів невизначеностей впливу зовнішнього та внутрішнього середовища на діяльність КП та запропоновано методику врахування невизначеності у завданні необхідних для виконання ремонтних робіт ресурсів. Запропоновані точний та наближений методи розв'язання багатокритеріальної багатовимірної задачі планування ресурсного потенціалу РБО в детермінованій постановці як задачі оптимального розміщення та здійснено програмну реалізацію методів.

Типи невизначеностей зовнішнього та внутрішнього середовища КП класифіковано за природою та частотою виникнення, ступенем впливу (локальний, стратегічний), тривалістю можливого впливу, характеристикам впливу (прямий, опосередкований) та іншим чинникам. Запропоновані основні категорії заходів щодо зменшення невизначеності в контексті особливостей сфери діяльності КП, а саме: комплекс організаційних контрзаходів, резервування.

На основі проведеного дослідження реалізовано методику врахування встановлених типів невизначеності в процесі моделювання управління ресурсним потенціалом КП як невизначеності завдання величини ресурсів РВР, тривалості їх виконання, невизначеності загального обсягу наявних ресурсів. В рамках розробленої концепції моделювання управління ресурсним потенціалом КП з використанням положень теорії оптимального розміщення такі типи невизначеності задаються змінністю метричних характеристик об'єктів та області розміщення.

У роботі використано принцип лексикографічного упорядкування частинних критеріїв для розв'язання багатокритеріальної задачі (8-11) як концептуально близький ідеології, прийнятої в теорії планування ресурсів проектів РВР. Першим в послідовності часткових критеріїв виступає час (13) виконання виробничої програми. Першим етапом розв'язання задачі є визначення оптимального значення ^cr (час критичного шляху) часу за умови необмежених ресурсів , k=2,…,M:

, (16)

де область є такою, що її аналітичний опис не містить нерівностей

Умови (10), що задають порядок розміщення об'єктів, значно скорочують множину можливих розміщень. Тому в якості методу розв'язання на першому етапі використано метод оптимізації за групами змінних. На кожній ітерації методу розв'язується задача розміщення поточного об'єкту

(17)

де область має кусково-постійну границю і визначається обмеженнями (8-11) з урахуванням незмінності параметрів розміщення об'єктів T₁₁, …, ,…,. Оптимальний розв'язок є вершиною області . В загальному випадку є скінчена множина V_j вершин, що мають однакові значення , але різні значення , m=1,..,<J, k=2,…,M. Отже, необхідно здійснювати вибір цих параметрів, як розв'язок задач

(18)

Послідовність розв'язання задач (18) залежить від пріоритетності ресурсів.

Якщо множина I_hj індексів робіт, які виконуються безпосередньо перед початком даної роботи Т_hj, містить більше за один елемент, необхідно встановити

Розв'язок задачі (17), крім довжини критичного шляху для всієї множини проектів Т_h, h=1,…H та оцінки часу виконання кожного з проектів, визначає набір критичних робіт кожного проекту Т_h, таких, що затримка моменту початку виконання роботи подовжує критичний шлях проекту і сумарна тривалість яких для Т_h дорівнює , і множину некритичних робіт

, h=1,…,H.

Крім того, розв'язок задачі (17) дозволяє оцінити реальний обсяг ресурсів, необхідних для виконання РВР.

Задачею другого етапу розв'язання є вирівнювання ресурсів, тобто оптимальне використання ресурсів у часі, з урахуванням значень та резервів часу для некритичних робіт. Ці обмеження формують область припустимих значень ^non_cr. Ендогенними змінними є параметри розміщення об'єктів, які моделюють некритичні роботи.

Тоді задача другого етапу має вигляд послідовності задач

які упорядковано за пріоритетністю ресурсів. Для розв'язання задачі другого етапу використано точний метод гілок та меж на множині некритичних операцій з урахуванням резервів часу, що дозволило визначити її оптимальний розв'язок.

Побудовано інфологічну модель (рис.3) інформаційно-аналітичної системи планування ресурсного потенціалу КП в сфері водопостачання.



Рис. 3. Інфологічна модель інформаційно-аналітичної системи

Програмну реалізацію моделі здійснено в середовищі візуального проектування Borland Delphi 7.0, мова програмування Object Pascal 6.0. Файли вихідних даних і довідкової документації створено в стандартному редакторі текстових документів Windows Notepad. Програмне забезпечення включає графічний інтерфейс користувача, базу даних щодо здійснених ремонтів і замовлень на поточний та перспективний період, а також підтримку роботи з документами MS Excel як зовнішнього додатку з використанням OLE-серверу.

За допомогою засобів інформаційно-аналітичної системи проведено структурну та параметричну ідентифікацію економіко-математичної моделі процесу оперативного планування ресурсного потенціалу КП «Харківводоканал», а саме побудовано відповідні мережеві моделі упорядкування РВР проектів та виконано завдання значень ресурсних характеристик РВР та проектів в цілому.

Проведені чисельні експерименти на модельних та реальних даних показали високу ефективність підходу, що пропонується (зменшення обсягу необхідних ресурсів на 8-17%). Розв'язання задачі планування ресурсного потенціалу КП «Харківводоканал» дозволило скоротити розрахунковий час виконання проекту ремонтних робіт на 2 доби в порівнянні з загальноприйнятою методикою.

Розв'язання задачі вирівнювання фінансового ресурсу дозволило знизити пикове навантаження на ресурс на 9,5% без збільшення загального часу виконання програми та залучення додаткової спецтехніки.

ВИСНОВКИ

У дисертації отримано нові науково обґрунтовані результати, які у сукупності вирішують актуальне наукове завдання створення концепції моделювання управління ресурсним потенціалом і розробки економіко-математичних моделей, оптимізаційних методів та інформаційної технології оптимального планування та регулювання ресурсного потенціалу КП в сфері водопостачання та його підсистем.

1. Розглянуто економічну категорію «ресурсний потенціал» КП, визначено склад, структуру та особливості його формування, виділені основні функції управління ресурсним потенціалом, серед яких планування потреби підприємства в ресурсах для виконання виробничої програми, визначення необхідних обсягів ресурсів, регулювання ресурсів. Проведено аналіз засад тарифоутворення як основного джерела забезпечення складових ресурсного потенціалу та ступеню участі приватного капіталу в сфері централізованого водопостачання та водовідведення в Німеччині, Франції та Україні. Узагальнено підходи до розв'язання задач оптимального планування та регулювання ресурсів та інспірованих цими задачами задач розміщення.

2. Виділено дві групи частинних критеріїв: економічні та соціальні - ефективності функціонування КП водопостачання як складної соціально-економічної цілеспрямованої системи в контексті досягнення стратегічної цілі, операційних цілей та задач Стратегії розвитку Харківської області, а саме - підвищення рівня житлово-комунальних послуг і забезпечення високої якості життя населення мегаполісу та проведено формалізацію їх взаємозв'язку.

3. Розвинуто класифікацію національних та регіональних факторів невизначеності впливів зовнішнього та внутрішнього середовища КП, виходячи із врахування специфіки сфери водопостачання та водовідведення, а саме високої залежності від основного джерела фінансування - платежів фізичних та юридичних осіб, граничної зношеності основних фондів підприємства тощо.

4. Проведено формалізацію та структурну ідентифікацію динамічної функції попиту на послуги РБО КП в сфері водопостачання та водовідведення (замовлення на ремонтно-відновлювальні роботи) при моделюванні процесу планування ефективного використання наявних ресурсів підприємства. Згідно з практикою оперативного планування ресурсного потенціалу попит на послуги РБО визначається детермінованою складовою, що включає замовлення поточного та капітального ремонту. Значення функції попиту визначає вимірність оптимізаційної задачі планування ресурсного потенціалу КП.

5. Створено концепцію моделювання управління ресурсним потенціалом КП в галузі водопостачання та водовідведення, що базується на засадах теорії оптимального розміщення та дозволяє сформувати стратегію ефективного використання ресурсного потенціалу. Побудовано багатокритеріальну оптимізаційну модель планування ресурсного потенціалу КП водопостачання мегаполісу на заданий період з урахуванням частинних критеріїв ефективності функціонування КП в цілому та дискретно-контінуальної природи процесу функціонування РБО КП, яка є основою мультипроектної організації виробничого процесу, тобто як неперервної послідовності певних проектів, кожний з яких представляє собою скінчену множину РВР. Дана концепція припускає урахування багатовимірності множини ресурсів та ієрархічність її подання, та уможливлює формалізацію цільового функціоналу та функцій обмежень задачі на основі подання певної роботи як геометричного об'єкту у багатовимірному просторі ресурсів. При побудові скалярного критерію оптимізаційної задачі розглянуто різні види згортки (лінійна, мультиплікативна).

6. Запропоновано модифікації точного і наближеного методів розв'язання оптимізаційної задачі планування ресурсного потенціалу РБО КП водопостачання як задачі оптимального розміщення в детермінованій постановці та в умовах невизначеності зовнішнього середовища, що використовують лексикографічне упорядкування частинних критеріїв якості, де першим критерієм виступає час виконання виробничої програми. Запропоновано модифікацію наближеного методу розв'язання багатокритеріальної багатовимірної задачі управління декількома ресурсами КП на основі застосування методу оптимізації за групами змінних. Запропоновано модифікацію точного методу розв'язання задачі вирівнювання ресурсів на основі застосування схеми методу гілок та меж. Урахування резервів часу некритичних робіт дозволяє значно скоротити обсяг перебору припустимих рішень оптимізаційної задачі та знайти оптимальний розв'язок.

7. Розроблено інфологічну модель інформаційно-аналітичної системи управління ресурсним потенціалом КП водопостачання та його підсистеми - ремонтно-будівельної організації, яка є основою формалізації інформаційних потоків, необхідних в управлінні ресурсним потенціалом КП та дозволяє суттєво знизити витрати часу на отримання, обробку та аналіз інформації, необхідної для побудови оптимального плану розподілу обмежених ресурсів комунального підприємства наряду з оцінкою необхідної величини додаткових ресурсів. Створено інформаційно-аналітичну систему управління ресурсним потенціалом КП, яка являє собою адаптивний інструмент на базі комплексу методів і моделей формування плану оптимального використання наявного ресурсного потенціалу.

...