Моделювання динаміки фінансування проектів та програм створення нової техніки на основі детермінованого та імовірнісного подання

кандидата технічних наук

Харків - 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Дружинін Євген Анатолійович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, доцент кафедри інформаційних управляючих систем.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Божко Валерій Павлович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, завідувач кафедри фінансів;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Чайніков Сергій Іванович Харківський національний університет радіоелектроніки, доцент кафедри системотехніки.

Провідна установа Харківський національний автомобільно-дорожній університет, кафедра автоматики, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться “ 20 ” червня 2003 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.062.01 в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут" за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова 17, радіотехнічний корпус, ауд. 232.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського "Харківський авіаційний інститут".

Автореферат розісланий “ 8 ” травня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Чумаченко І.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми роботи. Розвиток техніки, створення нових технічних систем та технологій, модернізація та вдосконалення існуючих -- необхідна умова прогресу сучасного суспільства. Українськими підприємствами, науково-дослідними інститутами, конструкторськими бюро накопичено значний потенціал, що дозволяє розглядати створення перспективних, конкурентноздатних на світовому ринку технічних систем (ТС) як один з пріоритетних напрямків розвитку.

Разом з тим розробка нової техніки -- це складний, трудомісткий і тривалий процес, який потребує значних витрат. До того ж, цей процес обмежений у часі через швидке моральне старіння наукомістких ТС. Науково-технічні проекти та програми (НТПП) майже завжди розвиваються в умовах жорстких обмежень з витрат ресурсів та тривалості розробки. Відомо, що ці вимоги є суперечливими: дефіцит фінансових коштів і, як наслідок, нестача ресурсів, веде до збільшення тривалості робіт. Але уповільнення або призупинка робіт у свою чергу веде до погіршення стану проекту через фізичне та моральне старіння, простої, знецінення коштів та ін. Ліквідація наслідків впливу цих негативних явищ потребуватиме додаткових коштів.

Аналіз методів управління проектами, викладених в працях В.Д. Шапіро, В.М. Буркова, інших фахівців, а також робіт міжнародних організацій показав, що складний взаємозв'язок між ходом виконання робіт та динамікою витрат ще не достатньо вивчений. Можливо, це одна з основних причин того, що незважаючи на застосування достатньо розвинених методів управління проектами, за деякими оцінками до 90% проектів закінчуються з перевищенням термінів та перевитратами коштів. Тому вивчення взаємного впливу ресурсного та фінансового забезпечення на хід виконання проекту та розробка методів прогнозування ходу робіт в умовах існуючої динаміки фінансування є дуже важливою задачею.

Для тривалих проектів важливе значення має не тільки загальна сума коштів, а й своєчасність їх виділення протягом всієї розробки. Причинами неузгодженості між планом робіт та його фінансовим забезпеченням можуть бути як обмеженість фінансових можливостей замовника, так і вплив чинників невизначеності, неточності прогнозів та ін. Цю проблему ще більш загострює обмежений доступ до джерел позикового фінансування, обумовлений як особливостями проекту, так і складними економічними умовами. Розробка моделей, методів та прикладних інформаційних технологій для планування та управління проектами з урахуванням впливу динаміки фінансування є актуальною науково-прикладною задачею.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Дисертаційна робота виконувалась в межах НДР, здійснених у 1998-2002 р. в Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” на кафедрі “Інформаційні управляючі системи” відповідно до планів держбюджетних НДР Міністерства освіти і науки України Д302-39/97, Д302-31/00 (ДР № 0100U003443); НДР Міністерства палива та енергетики України № 302_3/02 “Модель_Р” (ДР № 0102U004181) НДР Міністерства оборони України № 302-77/97 “Модель-Ф”. Особистий внесок автора в зазначених НДР, як співвиконавця, полягає в розробці математичних моделей динаміки фінансування НТПП та нових інформаційних технологій вирішення задачі управління НТПП на основі детермінованого та імовірнісного моделювання.

В межах НДР № 302_2/02 “Нормаль” (ДР № 0102U004619) автором як відповідальним виконавцем проведено дослідження впливу динаміки фінансування на реалізовність середньострокових планів розвитку та створення нової техніки для ВПС України, розроблено метод прогнозування ходу виконання НТПП та комп'ютерну інформаційно-моделюючу систему динамічного аналізу ресурсного та фінансового забезпечення проекту.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є підвищення ефективності використання ресурсів проектів науково-технічного спрямування за рахунок використання комплексу моделей та методів аналізу впливу динаміки фінансування на виконання проекту в умовах обмеженого фінансування.

Для цього необхідно виконати такі задачі:

1. Аналіз сучасних методів управління науково-технічними проектами.

2. Математичне моделювання фінансових процесів проекту.

3. Аналіз факторів, що впливають на виконання науково-технічного проекту в аспекті динаміки фінансування.

4. Розробка методу прогнозування виконання науково-технічного проекту в умовах заданої динаміки фінансування.

5. Розробка комп'ютерної інформаційно-моделюючої системи аналізу динаміки фінансування проекту.

6. Впровадження отриманих результатів у практику управління проектами.

Об'єктом дослідження є планування та виконання науково-технічного проекту, тобто проекту, пов'язаного зі створенням нової техніки, модернізацією чи експлуатацією складної наукомісткої технічної продукції.

Предметом дослідження є моделі, методи та інформаційні технології аналізу та прогнозування впливу динаміки ресурсного та фінансового забезпечення на виконання науково-технічного проекту.

Методи дослідження. Для вивчення особливостей НТПП використано методи системного аналізу. Для опису послідовності виконання робіт НТПП використано стохастичне сітьове моделювання. Для моделювання динаміки взаємодії фінансових потоків використано методи теорії управління запасами та теорії колективного ризику. Для аналізу фінансових потоків в умовах невизначеності використано методи спрощення стохастичних мереж та імітаційне моделювання. Для оцінки ступеня морального старіння проекту використано методи науково-технічного прогнозування. Для розробки архітектури комп'ютерної системи аналізу динаміки фінансування використано методи об'єктно-орієнтованого аналізу, моделювання та проектування.

Наукова новизна отриманих результатів.

Вперше одержано метод прогнозування виконання НТПП в умовах існуючої динаміки фінансування, оснований на імітаційному моделюванні ходу виконання НТПП із залученням математичних моделей оцінки впливу окремих факторів на параметри робіт та проекту в цілому, що дозволяє оцінити втрати фінансових коштів і часу, які виникли через неузгодженість плану проекту з його фінансовим забезпеченням.

Вдосконалено:

- аналітичний метод розрахунку імовірнісного мережного графіка, заснований на спрощенні мережі, модифікований шляхом введення математичних виразів для виконання послідовно-паралельних перетворень фрагментів мережі з урахуванням вартості робіт, що дозволяє визначати закони розподілу процесу витрат для фрагментів мережного графіка;

- методи управління ресурсами при плануванні проекту за рахунок використання запропонованих у роботі моделей ресурсних і фінансових профілів проекту, а також моделі зв'язку тимчасових і вартісних параметрів робіт;

Дістало подальший розвиток:

- модель безперервного процесу зберегання стохастической теорії управлыня запасами шляхом інтерпретації задачі аналізу динаміки фінансування в термінах безперервного процесу зберегання;

- методи об'єктно-орієнтованого проектування програмного забезпечення керування проектами шляхом розробки архітектури і програмного забезпечення комп'ютерної системи динамічного аналізу ресурсного і фінансового забезпечення проекту.

Розширено область застосування методів імітаційного моделювання, об'єктно-орієнтованого аналізу, моделювання та проектування.

Практична значимість роботи. Розроблений в дисертації комплекс аналітичних та імітаційних моделей та метод прогнозування виконання НТПП в умовах існуючої динаміки фінансування є науково-методичною основою для створення інструментальних засобів дослідження процесів створення нової техніки. Він реалізований у вигляді комп'ютерної інформаційно-моделюючої системи динамічного аналізу ресурсного та фінансового забезпечення проекту. Її використання дозволяє приймати науково обґрунтовані рішення при плануванні проектів з розробки нових технічних систем і може служити інструментом узгодження планів робіт виконавця з можливостями замовника (інвестора) з його фінансування. Користувачами системи можуть бути керівники проектів та програм різних рівнів.

Результати роботи впроваджені на підприємствах і в організаціях:

- Центральний науково-дослідний інститут озброєння та військової техніки Збройних Сил України (акт впровадження від 28.01.2002 р.);

- Науковий центр бойового застосування Військово-Повітряних Сил України (акт впровадження від 7.08.2002 р.);

- Відокремлений підрозділ Южно-Української атомної електростанції (акт впровадження від 14.08.2002 р.);

- Міжгалузевий науково-дослідний інститут проблем фізичного моделювання режимів польоту літаків (акт впровадження від 28.10.2002 р.);

- Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”(акт впровадження в навчальний процес від 26.11.2002 р.).

Науково-технічний ефект дисертаційної роботи полягає в підвищенні наукової обґрунтованості рішень стосовно управління ресурсами НТПП. Економічний ефект полягає в зниженні незапланованих витрат ресурсів, обумовлених неузгодженістю між планом робіт та їх фінансовим забезпеченням. Соціальний ефект полягає в поліпшенні умов роботи керівників проектів при використанні комп'ютерної інформаційно-моделюючої системи динамічного аналізу ресурсного та фінансового забезпечення проекту.

Особистий внесок автора. Всі основні наукові положення, висновки і рекомендації дисертаційної роботи отримані автором особисто.

У публікаціях, що написані в співавторстві, автору дисертації належать: системний аналіз підходів до аналізу та оцінки великомасштабних проектів та програм [1]; аналіз можливостей застосування аналітичного та імітаційного моделювання для аналізу динаміки фінансування за наявності стохастичної невизначеності в параметрах робіт [2]; спрощений поетапний метод аналізу динаміки фінансування великомасштабних проектів [3]; метод побудови фінансових профілів проекту на основі детермінованого мережного графіку робіт [4]; моделі оцінки витрат, що виникають за тимчасової зупинки проекту [5]; моделі оцінки впливу низки чинників, що виникають за умов наявності тимчасово вільних коштів та дефіциту фінансування [6]; аналіз підходів до моделювання фінансових потоків в умовах невизначеності [7, 12]; метод прогнозування ходу робіт НТПП в умовах заданої динаміки фінансування [8]; евристичний метод прогнозування витрат на розробку ТС на основі її характеристик [10]; метод вибору проектів в умовах невизначеності [11]; сценарій імітаційного моделювання процесу фінансування проекту [13]; формулювання задачі аналізу динаміки фінансування проекту [14]; модель ресурсного забезпечення проекту створення та модернізації техніки та аналіз ресурсного та фінансового забезпечення плану оперативного керування в частині ВПС України [16]. Роботи [9, 15] написано без співавторів.

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження доповідались і обговорювались на міжнародній науково-технічній конференції “Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ-2001” (Харків, 2001), Десятій міжнародній конференції "Нові технології в машинобудуванні" (Рибаче, 2001), Першій обласній конференції молодих науковців “Тобі, Харківщино, - пошук молодих ” (Харків, 2002), науково-технічній конференції Міністерства оборони України, Військ Протиповітряної Оборони, Харківського військового університету (Харків, 1999), конференціях молодих вчених Національного аерокосмічного університету “ХАІ” (Харків, 1998 - 2001), науково-технічних конференціях молодих вчених Національного аерокосмічного університету “Системи управління” (Харків, 2000 - 2001) наукових семінарах кафедри інформаційних управляючих систем Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 робіт, в тому числі 1 навчальний посібник, 1 стаття в науковому журналі, 9 статей в збірниках наукових праць, 4 праці є тезами доповідей, 1 робота є розділом звіту про НДР.

Структура роботи. Робота містить: вступ, п'ять розділів, висновки, список використаних літературних джерел і додатки. Повний обсяг дисертації складає 237 сторінок, у тому числі: 55 малюнків на 24 окремих сторінках; 6 таблиць на 2 окремих сторінках; список використаних літературних джерел, що включає 134 найменування на 13 сторінках; 8 додатків на 54 сторінках.

прогнозування динаміка фінансування проект

Основний зміст роботи

Вступ дисертаційної роботи містить: обґрунтування актуальності теми й наукової задачі; зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами; мету і задачі дослідження; об'єкт, предмет і методи дослідження; наукову новизну й практичне значення одержаних результатів; особистий внесок здобувача; інформацію про реалізацію, апробації та публікації результатів.

В першому розділі проведено аналіз сучасних методів управління НТПП. Створення нової техніки -- тривалий та складний процес. У ході науково-технічного прогресу простежуються тенденції до безперервного зростання складності та вартості технічних систем (ТС) практично в усіх галузях при одночасному зростанні вимог до їх технічної та економічної ефективності. Це вимагає залучення наукового підходу до дослідження не тільки суто технічних проблем, а й закономірностей самого процесу розвитку техніки. Наукові дослідження процесу створення нової техніки ведуться з позицій системотехніки та інженерної кібернетики з широким застосуванням принципів системного підходу та системного аналізу.

Розробка конкурентноздатної наукомісткої продукції протікає в умовах жорстких обмежень за строками та витратами ресурсів. Найбільш перспективною сучасною формою організації робіт зі створення ТС є управління проектами (УП).

УП широко використовує як традиційні неформальні методи менеджменту, так і досить розвинений формально-математичний апарат. УП широко використовує різноманітні математичні моделі для опису окремих аспектів проекту як в статичному, так і в динамічному поданні.

Проектам з розробки ТС притаманний високий ступінь невизначеності як проекту в цілому, так і окремих робіт, зумовлений впливом нестабільного зовнішнього середовища, значною мірою новизни та непередбаченими технічними складнощами. Для опису невизначеності використовуються імовірнісні мережі та інші моделі теоретико-імовірнісного характеру.

Реалізація сучасних методів УП потребує аналізу великих обсягів інформації та комп'ютерного моделювання. Тому розвиток УП тісно пов'язаний з прогресом у галузі інформаційних технологій та комп'ютерної техніки.

Однією з найважливіших задач УП є управління обмеженими ресурсами. Навіть за сприятливих економічних умов ресурсні обмеження мають суттєвий вплив на виконання проекту. В умовах економіки України ця проблема набуває ще гострішого характеру, що зумовлено низькими рівнями інвестицій, відсутністю багатьох ринкових фінансових механізмів та нестабільною роботою існуючих, застарілою матеріально-технічною базою та відтоком кваліфікованих кадрів. За умов обмеженого доступу до інвестицій та джерел позикового фінансування, навіть тимчасовий дефіцит фінансування може істотно вплинути на виконання проекту. На жаль, більшість існуючих методів УП орієнтована на стабільну ринкову економіку і не враховує особливостей економіки України.

Витрати ресурсів усіх видів в кінцевому підсумку зводяться до фінансових показників і можуть досліджуватися за допомогою методів фінансового аналізу. Проте, широко застосовані в фінансовому менеджменті методи аналізу грошових потоків носять занадто укрупнений характер і абстраговані від особливостей виконання реальних проектів.

На підставі результатів проведеного аналізу сформульовано постановку задачі розробки моделей методів та інформаційних технологій прогнозування ходу виконання проекту на основі динамічного моделювання впливу ресурсного та фінансового забезпечення робіт.

Другий розділ роботи присвячено математичному моделюванню фінансових процесів НТПП.

Задача аналізу динаміки фінансування була сформульована в математичній формі. Кожен проект має вхідний та вихідний фінансові потоки. Для опису потоків вводяться фінансові профілі -- криві у просторі “час - витрати”, що характеризують певний аспект руху грошових коштів. Вихідний грошовий потік будемо характеризувати двома кумулятивними профілями витрат та , які відображають накопичену до моменту t суму витрат за умов початку робіт відповідно у найбільш ранні та найбільш пізні строки. Вхідний потік характеризується кумулятивним профілем надходжень . В загальному випадку , та є випадковими процесами. Порівнюючи профілі фінансування, виявляємо неузгодженості. Можна вказати два види неузгодженостей: тимчасово вільні кошти та дефіцит фінансування

,

З кожним з цих видів неузгодженостей пов'язаний набір чинників, що впливають на виконання проекту. Склад цих чинників суттєво залежить від типу проекту. З кожним таким чинником x пов'язана певна величина втрат коштів та часу (у випадку тимчасово вільних коштів ці величини можуть бути негативними). Витрати на виконання проекту збільшуються на величину втрат, зумовлених впливом неузгодженостей.

Задача полягає в аналізі даної моделі з залученням різних математичних методів.

Якщо окремі або всі роботи проекту підпадають під вплив чинників невизначеності, профіль витрат є випадковим процесом. Це потребує залучення досить складного математичного апарату для його аналізу.

Задача аналізу динаміки фінансування за своєю структурою подібна до задач теорії управління запасами, які вивчають так званий безперервний процес зберігання, тобто динаміку флуктуацій рівня резервуару при взаємодії вхідного та вихідного потоків. Задачу аналізу динаміки фінансування нескладно інтерпретувати в термінах теорії запасів. Якщо підкоряється узагальненому пуасонівському процесу, його закон розподілу задається виразами

де , - відповідно функція та щільність розподілу процесу витрат; - інтенсивність робіт (величина, зворотна до середнього інтервалу між моментами початку робіт); , - функція та щільність розподілу витрат на виконання n робіт; визначаються шляхом згортання індивідуальних щільностей розподілу

Для цього випадку відомий вираз закону розподілу дефіциту фінансування. Він збігається з розподілом дефіциту речовини в резервуарі

де - імовірність того, що в момент t існує дефіцит фінансування

Модель дозволяє визначити закон розподілу процесу витрат та дефіциту фінансування НТПП. Однак вона має кілька недолікив: неможливість урахування зв'язків між роботами, досить жорсткі вимоги до структури фінансових потоків (пуасонівський процес витрат, лінійний процес надходжень). Цю модель доцільно використовувати на початкових стадіях життєвого циклу проекту, до розробки календарного плану.

Більш адекватну модель можна отримати шляхом аналізу графіку робіт у формі імовірнісної мережі. Існує декілька аналітичних методів розрахунку параметрів імовірнісних мереж, що характеризуються дещо різними вимогами до вхідних даних та різною точністю результатів. Найбільший інтерес становлять методи, що дозволяють знаходити закони розподілу окремих параметрів розробки. Більшість цих методів основані на виявленні типових фрагментів мережі, та заміни їх еквівалентними роботами, що мають такі ж самі імовірнісні характеристики, що й вихідний фрагмент. Майже всі існуючи методи орієнтовані на аналіз тривалості розробки. В нашому випадку треба враховувати не тільки часові, а й вартісні параметри робіт. В дисертації запропоновані такі математичні вирази для законів розподілу процесів витрат підмереж. Для послідовної підмережі з n робіт закон розподілу витрат визначається таким чином

де - імовірність того, що до моменту t виконано рівно i робіт

;

- функція розподілу (ФР) загальної тривалості i робіт; визначається шляхом згортання індивідуальних законів розподілу тривалостей окремих робіт.

Для паралельної підмережі закон розподілу витрат визначається таким чином

де P - множина робіт підмережі; - деяка підмножина множини P; сумування проводиться за всіма можливими підмножинами; - імовірність того, що до моменту t виконані ті і тільки ті роботи, що входять до множини Q

,

- ФП моменту закінчення роботи i.

В роботі наведено приклади послідовно-паралельних пертворень, які ілюструють аналіз найбільш характерних і поширених мережних фрагментів.

Дана модель дозволяє в аналітичному вигляді визначити закон розподілу процесу витрат проекту, поданого у формі імовірнісного мережного графіку, з урахуванням параметрів окремих робіт та зв'язків між ними. Недоліком моделі є складність виконання послідовно-паралельних перетворень. Знаходження закону для мережі довільної структури є складною задачею.

Для отримання більш повних результатів доцільно використовувати імітаційне моделювання.

Третій розділ присвячено динамічному моделюванню ресурсного та фінансового забезпечення НТПП методами імітаційного моделювання

Запропоновано метод побудови фінансових профілів проекту. Основою для аналізу є календарний план проекту, переважно у формі мережного графіка, з зазначенням обсягу витрат в грошовому або натуральному виразі, фінансовий план проекту, а також інформація про додаткові витрати та надходження Будуються профілі витрат за умов початку робіт в найбільш ранні () та найбільш пізні () строки та профіль надходжень .

Проаналізовано залежність між тривалістю та вартістю робіт. Проаналізовано декілька моделей різних авторів, що описують залежність між тривалістю робіт та витратами ресурсів. На їх основі запропоновано модель, найбільш адекватну з погляду постановки задачі аналізу ресурсного та фінансового забезпечення. Для цього запропоновано множину ресурсів R, необхідних для виконання роботи, розбити на три підмножини: RI - множина нескладованих основних ресурсів, що безпосередньо впливають на тривалість роботи; RII - множина нескладованих забезпечуючих ресурсів; RIII - множина складованих ресурсів;

Тривалість роботи k визначається обсягом виділених основних ресурсів

, ,

де , - відповідно потрібний та виділений обсяг ресурсу i-го виду для роботи k.

Вартість визначається шляхом сумування витрат ресурсів усіх видів з урахуванням тривалості роботи

де - вартість одиниці використання ресурсу виду i.

Значну частину третього розділу присвячено пошуку та розробці методів моделювання впливу окремих чинників на виконання робіт. Для проектів, пов'язаних з розробкою ТС, слід розглянути такі чинники. У випадку наявності тимчасово вільних коштів: можливість прискорення робіт за рахунок залучення додаткових ресурсів, наслідки тимчасового замороження коштів. У випадку дефіциту фінансування: можливість залучення позикового фінансування або наслідки тимчасового призупинення робіт, а саме: наслідки простоїв, наслідки фізичного старіння матеріальних об'єктів, наслідки морального старіння проектних рішень. По кожному з цих чинників необхідно оцінити втрати коштів та часу, а також оцінити їх вплив на параметри робіт, що потрапили під дію цих чинників. Для оцінки впливу окремих чинників використовується низка математичних моделей, заснованих на результатах фінансового та виробничого менеджменту та науково-технічного прогнозування.

Оцінка впливу інфляції та оцінка вартості позикового фінансування здійснюється загальновживаними методами на основі дисконтування. Втрати часу в обох цих випадках відсутні .

Більш складними є випадки, коли неузгодженості в фінансуванні змінюють умови виконання робіт та впливають на їхні параметри.

Розглянемо можливість форсування робіт за рахунок використання тимчасово вільних коштів. Перераховуються тривалості робіт (за формулою (1)) та їхні вартості (за формулою (2)). Після цього потрібно перебудувати календарний план шляхом перерахунку мережного графіку. Витрати фінансових коштів оцінюються як сумарна зміна вартостей робіт, що потрапили на період існування тимчасово вільних коштів

,

де - відповідно запланована та прогнозована (скорочена) тривалість роботи i;

- множина робіт, що потрапили на період існування тимчасово вільних коштів.

Внаслідок скорочення тривалості робіт зменшується потреба в забезпечуючих ресурсах, тому значення втрат може бути негативним . Якщо , форсування доцільно, якщо витрати на нього є нижчими за інфляційні втрати . Втрати часу при форсуванні робіт завжди негативні і оцінюються як різниця між попередньою та новою тривалістю проекту.

Тепер розглянемо оцінку наслідків тимчасового призупинення робіт на період у випадку дефіциту фінансування. Наслідки простоїв оцінюються за допомогою залежності (2)

,

де - множина робіт, що потрапили на період існування дефіциту.

Втрати через фізичне старіння оцінюються на основі норми амортизації або нормативного строку служби матеріальних об'єктів. В роботі також запропоновано приблизний метод оцінки фізичного старіння недобудованих об'єктів, які в багатьох випадках руйнуються швидше, ніж завершені.

Найскладніше оцінити втрати через моральне старіння. Для цього необхідно залучати моделі технічної еволюції, що описують тенденції у зміні характеристик даного виду техніки. Проект описується вектором тактико-технічних характеристик (ТТХ).

Новизну та перспективність нового виробу оцінюють шляхом зіставлення його ТТХ з параметрами перспективних виробів, що очікуються на момент завершення розробки. Для їх визначення застосовують прогнозування за огинаючими кривими, які, як правило, мають експоненціальну форму

Якщо розробка призупиняється, термін її закінчення віддаляється. Це потребує переоцінки технічного рівня проекту, який, вочевидь, виявиться нижчим, ніж передбачалося на початку проекту. Внаслідок цього проект може втратити конкурентноздатність.

Витрати, необхідні для відновлення перспективності проекту, оцінюються за допомогою моделей технічної еволюції та моделей прогнозування витрат на досягнення заданого рівня ТТХ . Як правило, це різного роду регресійні залежності. Слід зазначити, що приведення проекту до стану, що відповідає сучасному рівню розвитку техніки, може потребувати перегляду деяких раніше прийнятих проектних рішень, що потягне за собою перегляд низки пізніших рішень, які на них ґрунтуються. З огляду на це, реальні втрати можуть перевищувати оцінку, дану на основі моделей технічної еволюції.

Запропоновані часткові моделі були поєднані в єдину імітаційну модель ресурсного та фінансового забезпечення проекту.

На основі створеної моделі було розроблено метод прогнозування ходу виконання проекту в умовах заданої динаміки фінансування. Сценарій прогнозування наведено на рис. 1.

Рис. 1. Метод прогнозування ходу виконання проекту

Запропонований метод прогнозування ходу виконання проекту поширено на стохастичний випадок. Для аналізу проекту в умовах невизначеності застосовується комбінація методів детермінованого аналізу проекту та статистичного моделювання. За допомогою генераторів випадкових чисел будується випадкова реалізація фінансових профілів проекту. Виконується аналіз динаміки фінансування тим самим методом, що й для детермінованих профілів. Моделювання повторюється багато разів. За допомогою статистичних методів визначається найбільш імовірний прогноз ходу проекту та евристичні закони розподілу втрат.

Імовірнісний метод прогнозування на основі статистичного імітаційного моделювання доцільно використовувати на стадії планування проекту. Детермінований підхід доцільно використовувати на стадії виконання.

Використання імітаційного моделювання дає можливість отимати найбільш повні результати, дозволяючи враховувати низку чинників, моделювання яких за допомогою аналітичних методів ускладнено або неможливо.

Четвертий розділ присвячено розробці комп'ютерної інформаційно-моделюючої системи динамічного аналізу ресурсного і фінансового забезпечення НТПП.

Архітектура системи розробляється на основі об'єктно-орієнтованого підходу. Система ґрунтується на об'єктній моделі ресурсного та фінансового забезпечення проекту, яка розроблена в попередньому розділі.

Модель ресурсного та фінансового забезпечення проекту описано з використанням методології об'єктно-орієнтованого моделювання. На рис. 2 представлена діаграма класів системи, створена з використанням уніфікованої мови моделювання UML. Центральною ланкою моделі є фінансові профілі. Виділено кілька класів фінансових профілів: Деталізований профіль є елементарним фінансовим профілем, що характеризує один зі складників фінансового потоку; Агрегований профіль утворюється шляхом об'єднання декількох фінансових профілів; Кумулятивний профіль будується на основі якого-небудь фінансового профілю проекту шляхом підрахунку суми, накопиченої до даного моменту; Профіль неузгодженостей характеризує неузгодженості між заданими двома кумулятивними профілями; Профіль втрат характеризує процес втрат, обумовлених дією одного з чинників.

Рис. 2. Об'єктна модель ресурсного та фінансового забезпечення НТПП

Моделювання впливу різних чинників здійснюється за допомогою об'єктів класу Профіль втрат. Кожному чиннику відповідає один екземпляр такого об'єкту, операція побудови якого реалізує процедуру моделювання відповідного чинника.

Розроблена об'єктна модель ресурсного та фінансового забезпечення проекту та заснована на ній архітектура комп'ютерної системи забезпечують досить високу гнучкість і дозволяють розширювати систему шляхом збільшення кількості деталізованих профілів витрат та надходжень та введення нових профілів втрат. Це дозволяє підвищувати детальність та точність моделювання.

У п'ятому розділі наведено приклади практичного застосування розроблених моделей, методів та комп'ютерної системи до аналізу проектів, пов'язаних з розробкою та експлуатацією складних технічних систем. Детально розглянуто приклади аналізу динаміки фінансування проекту зі створення дистанційно пілотованого літального апарату та аналіз фінансового та матеріального забезпечення плану оперативного управління частини військ Військово-Повітряних Сил України в залежності від графіку фінансування. На рис. 3 наведено приклад фінансових профілів проекту, побудованих за допомогою комп'ютерної інформаційно-моделюючої системи аналізу ресурсного і фінансового забезпечення НТПП.

Рис. 3 Приклад аналізу динаміки фінансування проекту

В верхній частині рисунку наведено графіки витрат та надходжень. В середній частині рисунку наведено кумулятивні фінансові профілі та профілі неузгодженостей. В першому півріччі існують тимчасово вільні кошти, а в другому спостерігається дефіцит фінансування. В нижній частині рисунка наведено профілі втрат для кожного з чинників. Видно, що в першому півріччі проект несе невеликі втрати через інфляцію та простої, а в другому півріччі проект несе досить значні втрати, пов'язані зі зниженням якості. На основі аналізу фінансових профілів можна зробити висновок про необхідність внесення додаткових коштів, а також додаткових витрат часу для відновлення заданого рівня якості результатів проекту.

Наведено рекомендації щодо практичного використання запропонованих в роботі моделей та методів. Вибір методу аналізу динаміки фінансування залежить, в першу чергу, від повноти та достовірності вхідної інформації про проект. Аналітична модель, основана та теорії управління запасами, може використовуватися в умовах обмеженого обсягу інформації, але вона дає найменш точні результати. Її використання доцільно на ранніх етапах життєвого циклу НТПП. Методи, основані на аналізі імовірнісної мережі та статистичному імітаційному моделюванні доцільно використовувати на стадії планування проекту для аналізу різних варіантів плану проекту в умовах ризику та невизначеності. Метод, оснований на детермінованому моделюванні фінансових процесів НТПП, доцільно використовувати на стадії виконання НТПП для оцінки наслідків неузгодженостей плану проекту з його фінансовим забезпеченням, які виникли під час виконання проекту, а також на стадії планування для аналізу простих проектів, параметри яких визначені досить точно.

В додатках наведено акти впровадження результатів робот в низці підприємств та організацій, порівняння результатів розрахунків, виконанних за допомогою методів аналітичного та імітаційного моделювання, детальний опис проектів зі створення дистанційно пілотованого літального апарату та плану оперативного управління в частині військ Військово-Повітряних Сил України, аналіз динаміки фінансування яких виконано в роботі.

Основні результати роботи

У дисертації отримано теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі моделювання динаміки фінансування, яка істотно впливає на ефективність використання ресурсів, терміни і вартість виконання проектів і програм створення нової техніки, на основі детермінованого і імовірнісного подання з використанням аналітичних та імітаційних моделей фінансових і ресурсних потоків НТПП.

Виконано аналіз сучасних методів управління НТПП. В створенні нових ТС поряд з технічними проблемами велику роль відіграють проблеми управління. НТПП практично завжди виконуються в умовах жорстких обмежень з тривалості і витрат ресурсів. У той же час у проектах завжди існує ризик несвоєчасного фінансування. Це може негативно вплинути на виконання проекту і привести до втрат фінансових коштів і часу.

В роботі побудовано аналітичні моделі фінансових процесів проекту.

Розроблено математичну модель процесу фінансування проекту на основі моделей теорії управління запасами, що дозволяє прогнозувати рівень витрат на виконання проекту і дефіцит фінансування в задані моменти часу з урахуванням наявності невизначеності в параметрах робіт. Модель доцільно застосовувати на концептуальній фазі для аналізу проектів в умовах обмеженої і неповної інформації.

Запропоновано аналітичну модель плану фінансування проекту, поданого у формі імовірнісного мережного графіка. Модель грунтується на методі спрощення структури мережі, модифікованому таким чином, щоб враховувати як часові, так і вартісні параметри. Для цього запропоновано математичні вирази для законів розподілу витрат для послідовно-паралельних фрагментів мережі. Модель доцільно застосовувати на стадії планування проекту.

Виконано аналіз факторів, що впливають на виконання НТПП при несвоєчасному фінансуванні. Виявлено ряд факторів, вивчені умови їх виникнення. Для кожного фактора запропоновані математичні моделі оцінки його впливу, засновані на методах менеджменту і науково-технічного прогнозування.

На основі математичного моделювання динаміки фінансування НТПП із використанням аналітичних та імітаційних моделей розроблено метод прогнозування виконання НТПП. Метод є комплексним і опирається на модель фінансових профілів проекту, основану на аналізі ресурсного забезпечення, і ряд часткових математичних моделей оцінки впливу окремих факторів. Метод прогнозування виконання НТПП може застосовуватися як в умовах точної оцінки параметрів робіт, так і при наявності невизначеності. Його застосування доцільне як на стадії планування, так і на стадії виконання проекту.

На основі методів об'єктно-орієнтованого аналізу і проектування розроблена архітектура комп'ютерної інформаційно-моделюючої системи аналізу динаміки фінансування проекту. Розроблено відповідне програмне забезпечення. Побудова комп'ютерної системи забезпечує можливість практичного застосування запропонованих у роботі моделей і методів.

Отримані результати впроваджені в практику УП. Запропоновані в роботі моделі і методи були використані при аналізі проектів, пов'язаних зі створенням і експлуатацією авіаційної техніки.

Таким чином, основним науковим результатом роботи є комплексний метод прогнозування виконання НТПП в умовах динаміки фінансування, що забезпечує замовник, з урахуванням наявності ризику і невизначеності. Метод заснований на математичному моделюванні динаміки фінансування НТПП із використанням ряду аналітичних і імітаційних моделей, заснованих на детермінованом і імовірнісном представленні фінансових процесів проекту.

Основним практичним результатом є комп'ютерна інформаційно-моделююча система, що реалізує отримані в роботі моделі і методи. Вона дозволяє приймати науково обґрунтовані рішення при плануванні проектів по розробці нових ТС і може служити інструментом узгодження планів робіт виконавця з можливостями замовника (інвестора) з його фінансування. Аналіз виконується як в умовах точної оцінки параметрів робіт, так і в умовах впливу факторів невизначеності, що дозволяє проводити аналіз на різних стадіях ЖЦ, яким притаманний різний ступінь точності оцінки параметрів. Користувачами системи можуть бути керівники проектів і програм різних рівнів.

Застосування запропонованих у роботі моделей і методів, реалізованих у виді комп'ютерної інформаційно-моделюючої системи аналізу динаміки фінансування проекту дозволяє підвищити рівень наукової обґрунтованості рішень, прийнятих при плануванні НТПП і керуванні ресурсами. Це дозволяє знизити втрати фінансових і матеріальних ресурсів, викликані неузгодженістю плану проекту з його фінансовим забезпеченням. За рахунок цього досягається підвищення ефективності використання ресурсів проекту.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Системные технологии в управлении проектами /О.Е. Федорович, Е.А. Дружинин, Е.С. Яшина, М.С. Мазорчук. - Учеб. пособие. - Харьков: Национальный аэрокосмический университет “Харьк. авиац. ин-т”, 2001. - 92 с.

2. Дружинин Е.А., Яшина Е.С., Бабынин Н.М. Применение аналитического и имитационного моделирования к анализу динамики финансирования проектов в условиях воздействия фактора неопределённости // Технология приборостроения. - 2001. - № 1-2. - С. 27 - 31.

3. Дружинин Е.А., Колесник К.И., Яшина Е.С. Анализ динамики финансирования крупномасштабных проектов и программ // Авиационно-космическая техника и технология. - Вып. 10. - Харьков: Гос. аэрокосмический ун-т "Харьк. авиац. ин-т". - 1999. - С. 200 - 203.

4. Луханин М.И., Дружинин Е.А., Яшина Е.С. Детерминированные модели динамики финансирования проектов создания образцов новой техники // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Вип. 14. - Харків: Держ. аерокосмічний ун-т "Харк. авіац. ін-т". - 1999. - С. 83 - 87.

5. Луханин М. И., Яшина Е.С., Комаров В.С. Моделирование последствий временной остановки проекта // Авіаційно-космічна техніка і технологія.- Вип. 21.- Харків: Нац. аерокосмічний ун-т "Харк. авіац. ін-т". - 2000. - С. 40 - 45.

6. Дружинин Е.А., Митрахович М.М., Яшина Е.С. Методика оценки реализуемости проекта создания новой техники с учётом влияния динамики финансирования // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Вип. 22. - Харків: Нац. аерокосмічний ун-т "Харк. авіац. ін-т". - 2001. - С. 140 - 147.

7. Дружинин Е.А., Яшина Е.С., Комаров В.С. Моделирование процесса финансирования проекта в условиях воздействия случайных факторов // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Вип. 24. - Харків: Нац. аерокосмічний ун_т "Харк. авіац. ін-т". - 2001. - С. 187 - 194.

8. Яшина Е.С., Цихмистро И.Н. Динамическое прогнозирование изменений в графике работ по созданию новой техники на этапе выполнения проекта // Авіаційно-космічна техніка і технологія. - Вип. 27. - Харків: Нац. аерокосмічний ун_т "Харк. авіац. ін-т". - 2002. - С. 49 - 54.

9. Яшина Е.С. Применение объектно-ориентированного подхода в моделировании процессов финансирования // Вісник Харківського національного університету ім. В.М. Каразіна № 551. Серія: "Актуальні проблеми сучасної науки в дослідженнях молодих вчених м. Харкова". Частина 1. - Харків: ХНУ. - 2002. - С. 205 - 209.

10. Дружинін Є.А., Яшина О.С. Оцінка вартості проектів складних технічних систем на початкових етапах розробки // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". - 2002.- № 3.- С. 87 - 91.

11. Попов В.А., Дружинин Е.А., Яшина Е.С. Методика альтернативного анализа проектов с учётом фактора неопределённости // Открытые информационные и компьютерные интегрированные технологии: Сб. науч. тр. - Харьков: Харьк. авиационный ин_т. - 1998. - С. 234 - 236.

12. Дружинин Е.А., Яшина Е.С., Комаров В.С. Моделирование процесса финансирования проекта в условиях воздействия случайных факторов // Авиационно-космическая техника и технология. Труды Десятой международной конференции "Новые технологии в машиностроении". - 2001. С. 46.

13. Дружинин Е.А., Яшина Е.С. Применение имитационного моделирования для анализа динамики финансирования проектов // Міжнародна науково-технічна конференція "Інтегровані комп'ютерні технології в машинобудуванні ІКТМ-2001" - Харків: "Харк. авіац. ін-т". - 2001. - С. 129.

14. Фоменко О.Н., Дружинин Е.А., Яшина Е.С. Анализ влияния динамики финансирования на реализуемость крупномасштабных проектов и программ // Науково-технічна конференція. Тези доповідей. - Вип. 3. - Харків: МОУ, ВППО, ХВУ. - 1999. - С. 11.

15. Яшина Е.С. Оценка реализуемости проектов с учётом динамики финансирования на основе моделей управления запасами // Научно-техническая конференция "Системы управления - 2000". - Харьков: Нац. аерокосмічний ун-т "Харьк. авиац. ин-т". - 2000. - С. 36.

16. Розробка методичних основ оцінки реалізуємості програм та проектів розвитку та створення озброєння та військової техніки Військово-Повітряних Сил України. Звіт про НДР (заключний) / Нац. аерокосмічний ун-т "Харк. авіац. ін-т". - № ДР 0102U004619, Інв. № 0202U006484. - Харків: 2002. - 92 с.

Анотація

Яшина О.С. Моделювання динаміки фінансування проектів та програм створення нової техніки на основі детермінованого та імовірнісного подання. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.13.22 - Управління проектами та розвиток виробництва. - Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”. - Харків, 2003.

Дисертацію присвячено динамічному моделюванню виконання науково-технічних проектів та програм (НТПП) в умовах обмеженого ресурсного та фінансового забезпечення. Виконано системний аналіз впливу ресурсного та фінансового забезпечення на хід робіт проекту. Побудовано модель динамічної взаємодії фінансових потоків проекту. Запропоновано метод прогнозування ходу виконання НТПП в умовах заданої динаміки фінансування. Розглянуто вплив ресурсів різних видів на тривалість робіт і розроблено модель зв'язку між часовими та вартісними параметрами робіт. Запропоновано низку моделей оцінки впливу на проект окремих чинників, що виникають через неузгодженість плану робіт з його фінансовим забезпеченням. Побудовано об'єктну модель процесу фінансування і розроблено архітектуру та програмне забезпечення комп'ютерної інформаційно-моделюючої системи аналізу динаміки фінансування проекту. За допомогою розробленої комп'ютерної системи виконано аналіз проекту створення дистанційно-пілотованого літального апарату та програми навчання в частині ВПС України.

Ключові слова: управління проектами, науково-технічний проект, динамічне моделювання, ресурсне забезпечення, фінансове забезпечення.

Аннотация

Яшина Е.С. Моделирование динамики финансирования проектов и программ создания новой техники на основе детерминированного и вероятностного представлений. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.13.22 - Управления проектами и развитие производства. - Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “ХАИ”. - Харьков, 2003.

Работа посвящена динамическому моделированию влияния ресурсного и финансового обеспечения на выполнение научно-технических проектов и программ (НТПП).

Выполнен анализ современных методов управления проектами (УП). Анализ показал, что для продолжительных проектов важное значение имеет не только общая сумма средств, но и своевременность их выделения на протяжении всей разработки. Изучение взаимного влияния ресурсного и финансового обеспечения на ход выполнения проекта и разработка методов прогнозирование хода работ в условиях существующей динамики финансирования является важной научной задачей. На основании результатов анализа сформулирована постановка задачи разработки моделей и методов прогнозирования выполнения проекта на основе динамического моделирования влияния ресурсного и финансового обеспечения работ с применением подходов как детерминированного, так и вероятностного анализа.

Построены аналитические модели финансовых процессов проекта. Разработана математическая модель процесса финансирования проекта на основе моделей теории управления запасами, позволяющая прогнозировать уровень затрат на выполнение проекта и дефицит финансирования в заданные моменты времени с учётом наличия неопределённости в параметрах работ. Модель может применяться в условиях ограниченного объёма информации о проекте для получения ориентировочных оценок уровней затрат и дефицита. Её применение целесообразно на начальных стадиях жизненного цикла.

Предложен метод анализа плана проекта в форме вероятностного сетевого графика, позволяющий прогнозировать уровень затрат на выполнение проекта. Предложенный метод представляет собой модификацию метода упрощения вероятностной сети с учётом временных и стоимостных параметров работ путём выполнения последовательно-параллельных преобразований. Для этого предложены математические выражения для закона распределения процесса затрат для последовательных и параллельных подсетей.

Предложен метод построения финансовых профилей проекта, основанный на анализе ресурсного обеспечения.

Выполнен анализ факторов, влияющих на выполнение научно-технического проекта при несвоевременном финансировании. Был выявлен ряд факторов, изучены условия их возникновения. Предложен алгоритм анализа, позволяющий выявить факторы, которые необходимо рассмотреть при анализе данного конкретного проекта. Проанализированы следующие факторы, воздействующие на проект при условии возникновения рассогласований плана проекта с его финансовым обеспечением: инфляционное воздействие, возможность получения заёмного финансирования, влияние простоев, снижение качества результатов вследствие их физического и морального старения. Для каждого фактора предложены математические модели оценки его влияния, основанные на методах менеджмента и научно-технического прогнозирования.

На основе математического моделирования динамики финансирования НТПП с использованием аналитических и имитационных моделей, основанных на детерминированном и вероятностном представлении финансовых процессов проекта, разработан комплексный метод прогнозирования выполнения НТПП.

Метод может применяться как в условиях точной оценки параметров работ, так и при наличии неопределённости. Предложенный метод позволяет прогнозировать возникновение рассогласований, оценивать влияние различных факторов, оценивать связанные с ними потери и прогнозировать их влияние на ход работ проекта.

Разработанный комплекс методов и моделей является научно-методической основой для создания инструментальных средств исследования процессов создания новой техники с учётом динамики финансирования. На его основе разработана компьютерная информационно-моделирующая система анализа динамики финансирования проекта. Построение компьютерной системы обеспечивает возможность практического применения предложенных в работе моделей и методов.

Предложенные в работе модели и методы были использованы при анализе проектов, связанных с созданием и эксплуатацией авиационной техники. Кроме того, результаты работы были использованы при разработке методов анализа и оценки проектов в ряде научно-исследовательских организаций и промышленных предприятий Украины.

Основным результатом работы является комплексный метод прогнозирования выполнения НТПП в условиях динамики финансирования, которую обеспечивает заказчик, с учётом наличия риска и неопределённости. В работе предложен ряд методов и моделей анализа динамики финансирования проекта. Выбор нужного метода определяется полнотой и точностью исходных данных о проекте.

Применение предложенных в работе моделей и методов, реализованных в виде компьютерной информационно-моделирующей системы анализа динамики финансирования проекта позволяет, повысить уровень научной обоснованности решений, принимаемых при планировании НТПП и управлении ресурсами. Это позволяет снизить потери финансовых и материальных ресурсов, вызванные рассогласованием плана проекта с его финансовым обеспечением. За счёт этого достигается повышение эффективности использования ресурсов проекта.

Ключевые слова: управление проектами, научно-технический проект, динамическое моделирование, ресурсное обеспечение, финансовое обеспечение.

Abstract

Yashina H.S. Мodeling of new technical equipment creation projects and programs financing dynamics on the deterministic and probabilistic concepts basis. - Manuscript.

Thesis for Candidate of Technical Sciences degree by speciality 05.13.22. - project management and manufacturing development. - National Space University “KhAI”, Kharkov, 2003.

Dissertation is devoted to actual scientific and practical task of scientific and technical projects and programs (STPP) execution dynamical modeling in condition of limited resource and financing. System analysis of resource and financial provision influence on carring out project work is made. Model of project financial flows dynamical interaction is developed. Method of STPP execution forecasting in condition of existing financial dynamics is offered. Influence of different resource kind on work cost and duration is considered and model of relation between time parameters and work cost are developed. Series of models for separate factors, appearing due to disagreement between work plan and its resource and financial provision are offered. Object model of financing process is build and computer information-modeling system architecture and software is developed for project financing dynamics analysis. The the project of distance-piloting aircraft creation and treaning program of Ukrainian Air Force unit are analyzed by means of developed computer system.