Методи та моделі управління процесами функціонування та розвитку вищого навчального закладу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Херсонський національний технічний університет

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Методи та моделі управління процесами функціонування та розвитку вищого навчального закладу

Райко Г.О.

05.13.06 - інформаційні технології

Херсон - 2007

Вступ

Актуальність теми. Динамізм сучасного життя вимагає адекватного реагування вищих навчальних закладів (ВНЗ) на зміну тенденцій перетворення суспільства, оскільки основна мета ВНЗ - забезпечувати державу кадрами, реалізується за допомогою функціонування та розвитку ВНЗ. Основною метою функціонування та розвитку ВНЗ є підвищення якості освіти, відкриття нових спеціальностей, нових наукових напрямків дослідницької діяльності, пошук нових замовників, впровадження передових технологій і т.п. Основні напрямки розвитку вищевказаних задач базуються на комплексному використанні засобів обчислювальної техніки, відповідних математичних моделей, прогресивних інформаційних технологій, методологічної основи управління розвитком систем, що орієнтовані на використання в сучасних соціально-економічних умовах. Вирішення зазначених завдань є актуальним, обумовлює здатність ВНЗ випускати конкурентоздатну продукцію (висококваліфікованих фахівців), що забезпечує стратегічний розвиток держави.

Проблеми функціонування та розвитку ВНЗ як складної системи багатогранні та охоплюють технічні, технологічні, економічні, соціальні, екологічні та правові аспекти.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Мета роботи, її основні задачі відповідають державним науково-технічним програмам: 6. Інформатика, автоматизація й приладобудування. 6.2.1. Інтелектуалізація процесів прийняття рішень. 6.2.2. Перспективні інформаційні технології й системи.

Дисертаційну роботу виконано в межах досліджень кафедри інформаційних технологій Херсонського національного технічного університету, а саме, в рамках науково-дослідних робіт ДР-028 та ДР-036 (номер державної реєстрації 0105U000951) у межах державних бюджетних тем МОН України: “Розробка інформаційних моделей для реалізації процедур структурного синтезу в комп'ютерно-інтегрованих системах” (ДР№0103U001543); “Розробка інформаційно-аналітичного забезпечення процедур підтримки прийняття рішень в комп'ютерно-інтегрованих системах” (ДР№ 0106U001518), де здобувач брала участь як виконавець окремих розділів.

Мета і завдання дослідження. Метою дослідження є розвиток та доробка конструктивної теорії та проблемно-орієнтованого інструментарію формалізації, моделювання процесів управління функціонуванням та розвитком ВНЗ, як процесів прийняття рішень управління ВНЗ з урахуванням впливу факторів зовнішнього середовища.

Елементи теорії включають дослідження та розробку підходів, методів, математичних моделей та інформаційних технологій для побудови автоматизованої системи управління функціонуванням та розвитком ВНЗ.

Відповідно до поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- сформувати основні задачі функціонування та розвитку ВНЗ;

- доопрацювати елементи конструктивної теорії та проблемно-орієнтованого інструментарію моделювання ВНЗ та його складових частин (підрозділів) в умовах функціонування та розвитку;

- доопрацювати елементи моделі собівартості навчання як визначного фактора функціонування ВНЗ;

- розробити структурну модель процесів функціонування та розвитку ВНЗ;

- розробити моделі розподілу обмеженої кількості ресурсів ВНЗ на розвиток в умовах високого ступеня централізації, невизначеності та в умовах жорсткої конкуренції;

- розробити методи, моделі та алгоритми формування оптимального плану набору студентів ВНЗ: в умовах можливої трансформації ресурсів, з використанням об'ємно-орієнтованого планування, з урахуванням додаткових обмежень на план набору;

- розробити моделі управління розвитком ВНЗ в різних умовах:

- дослідити та обґрунтувати алгоритм визначення впливу факторів зовнішнього середовища;

- провести апробацію розроблених методів, моделей алгоритмів в АСУ ВНЗ.

Об'єкт дослідження - процеси функціонування та розвитку ВНЗ.

Предмет дослідження - методи та моделі управління процесами функціонування та розвитку ВНЗ, на основі створення системи підтримки прийняття рішень управління з урахуванням впливу факторів зовнішнього середовища.

Методи дослідження базуються на концепціях та принципах розробки інтелектуальних інформаційних систем, і, зокрема на застосуванні онтологій, на методах об'єктно-орієнтованого аналізу та синтезу структури ІУС ВНЗ, а також на використанні: базових положень теорії управління - для розробки методів аналізу та синтезу адаптивних моделей управління функціонуванням та розвитком ВНЗ, математичного апарату загальної теорії множин та нечіткої логіки, теорії графів, методів статистичного аналізу експериментальних даних, методів імітаційного моделювання.

Теоретичною базою для дисертаційного дослідження стали роботи вітчизняних та зарубіжних науковців: В.М.Глушкова, В.С.Михалевича, В.Л.Воловича, А.А.Бакаєва, Г.С.Поспелова, В.А.Ірикова, В.Н.Тренева, А.Д.Цвіркуна, А.В.Карибського, Д.А.Новікова, Р.Акоффа, Т.Сааті, Д.Клиланда, Д.Д.Шильяка, Буркова В.М., Деннинга В., Ессинга Г., Мааса С., Новикова В.А., Годлевського М.Д., Петрова Е.Г., Ходакова В.Є., Соколової Н.А., ЗабродськогоВ.А., Пушкаря О.І. та інших.

Наукова новизна одержаних результатів. Полягає в наступному:

1) вперше запропоновано методологічний міждисциплінарний підхід до формалізації процесів розподілу обмеженої кількості ресурсу ВНЗ в умовах високого ступеня централізації та невизначеності з урахуванням умов жорсткої конкуренції з використанням методів прикладного системного аналізу;

2) одержала подальший розвиток постановка задачі управління функціонуванням та розвитком ВНЗ на основі імітаційних моделей дослідження та об'єктно-орієнтованих методів розробки інформаційних систем з урахуванням впливу зовнішніх та внутрішніх факторів;

3) одержала подальший розвиток інформаційна технологія управління функціонуванням та розвитком ВНЗ з урахуванням архітектурно-централізованого підходу, що дозволило забезпечити відкритість та властивість ВНЗ як складної системи бути масштабованою;

4) розроблена та досліджена модель планування набору студентів і трансформації ресурсів ВНЗ, що представляє собою функціональну композицію інформаційних і алгоритмічних ресурсів, які динамічно змінюються у часі.

Достовірність та обґрунтованість отриманих в роботі результатів забезпечені послідовним використанням принципів прикладного системного аналізу, сучасних та достатньо апробованих математичних абстракцій, прогресивних ІТ, методів статистичної обробки експертних даних та імітаційного моделювання, які концептуально інтегровані в структуру управління функціонуванням та розвитком ВНЗ.

Практичне значення одержаних результатів На підставі моделей та методів управління процесами функціонування та розвитку ВНЗ запропоновано комплексну інформаційну технологію формалізації оцінки впливу факторів зовнішнього середовища з урахуванням внутрішнього потенціалу ВНЗ для задоволення потреб регіону у висококваліфікованих спеціалістах. Розроблено: 1) модель процесу функціонування ВНЗ як складної динамічної системи з виділенням взаємозалежних підсистем, що здійснюють моделювання одне одного для забезпечення взаємної адаптованості; 2) модель розрахунку соціальної потреби у вищій освіті та визначення області стратегічних інтересів потенційних абітурієнтів ВНЗ; 3) модель визначення собівартості навчання (затрати на навчання одного студента окремої спеціальності); 4) модель визначення оптимального плану набору ВНЗ; 5) модель розподілу обмеженої кількості ресурсів ВНЗ з урахуванням впливу зовнішніх та внутрішніх факторів.

Розроблені методи, моделі та алгоритми реалізовані у вигляді пакетів прикладних програм, які впроваджені у Херсонському національному технічному університеті, Новокаховському політехнічному інституті, Херсонському державному морському інституті.

Впровадження засвідчено актами.

Особистий внесок здобувача. Всі положення, що виносяться на захист належать автору.

В працях, виконаних у співавторстві, особистий внесок автора полягає у наступному: сформульовано та описано функціонування системи вищої освіти в цілому та модель ВНЗ як складної динамічної системи з виділенням підсистем, що здійснюють рефлексивне управління одне одного [1,8]; охарактеризоване поняття функціонування ВНЗ [7]; розглянуто поняття розвитку ВНЗ та основні характеристики управління стійким розвитком [2]; розкрито поняття фонду розвитку ВНЗ [4]; моделі розрахунку та управління собівартістю навчання використовуються при стратегічному плануванні і оперативному управлінні миттєвою собівартістю навчання кожного факультету, що дозволяє сформувати стратегію розвитку[6].

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися та обговорювалися на науково-практичних конференціях: “Інформаційні технології в освіті й управлінні” (Нова Каховка, 2005ч2007); ІІІ Всеукраїнській науково-методичній конференції, присвяченій 14 річниці незалежності України (Харків, 2005); міжнародній науково-практичній конференції „Моделирование -2006” (Київ, 2006); міжнародній конференції „Україна - Чехія - ЄС: сучасний стан та перспективи” (Прага, 2007); на наукових семінарах кафедри інформаційних технологій ХНТУ (Херсон 2005-2007).

Публікації. Основні результати роботи відображені в 8 наукових працях, з них 6 статей, що входять до переліку ВАК України, 2 роботи у збірниках праць наукових конференцій.

Структура та осяг роботи. Дисертаційна робота включає вступ, чотири розділи, загальний висновок, список використаних літературних джерел з 158 найменувань, 10 додатків. Дисертація містить 160 сторінок основного тексту, 3 таблиці, 40 рисунків.

1. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність обраної теми дослідження, формульовано мету та завдання дослідження, вказується об'єкт, предмет та методи досліджень, визначається наукова новизна та практична цінність.

У першому розділі проведено аналіз основних наукових праць та визначення напрямків в області дослідження проблем функціонування ВНЗ та системи вищої освіти з урахуванням впливу факторів зовнішнього середовища. Визначені основні сценарії розвитку ВНЗ.

Концептуальна модель базується на формалізації ВНЗ як складної системи, в якій рушійною силою будь-яких змін, а відповідно процесів розвитку являється енергія (інформація, матеріальні та інтелектуальні ресурси).

Структура ВНЗ представлена у вигляді сукупності різнорідних структур, де склад елементів і зв'язків між ними, принципи функціонування та розвитку є різноманітними та визначаються окремо.

Відповідно до представлених припущень розроблено структуру ВНЗ, яка складається з підсистем: підсистема функціонування ВНЗ та пов'язана з нею структура системного управління; підсистема спеціальностей, що випускаються; підсистема організаційно-економічного функціонування ВНЗ; підсистема зовнішнього середовища (споживацького попиту на випускників).

Кожна підсистема розвитку ВНЗ має свої компоненти та характеризується параметрами: територія; попит; фактори переваги споживачів (ФПС); форми навчання, що задовольняють даний попит (бюджет, контракт, кредит);

Обґрунтовано визначення області стратегічних інтересів потенційних абітурієнтів окремо взятого ВНЗ. Результат зіставлення характеристик випускаючих спеціальностей, сформованих, з одного боку, потенційними абітурієнтами, а з іншого боку - кваліфікаційно-економічною системою, залежить від ступеня їх збігу, що представлено трьома ситуаціями. Для забезпечення ОПР необхідною інформацією розглянуті наступні групи задач: виділення області стратегічних інтересів (ОСІ); оцінка загального потенціалу ОСІ; оцінка динаміки ОСІ: виділення динамічних характеристик ОСІ; визначення характеру динаміки та параметрів моделі; оцінювання ризику.

В результаті співставлення зовнішніх та внутрішніх факторів для задач управління розвитком ВНЗ сформульовано ряд завдань: формулювання ієрархічної стандартної системи оцінок, що дозволяють проводити ідентифікацію поточного та прогнозного станів ВНЗ у зовнішньому середовищі; оцінка величини ресурсів розвитку ВНЗ; формування цілей ВНЗ як розв'язок задачі системної оптимізації; розробка плану досягнення цілей ВНЗ, сценарію розвитку; побудова системи оперативного управління процесами реалізації планової траєкторії розвитку (рис. 1).

Всі вище перераховані задачі взаємопов'язані та вирішувалися на єдиній теоретико-методологічній базі, в основі якої був прийнятий підхід розгляду ВНЗ як цілісної системи, що вимагає розробки, розвитку та адаптації існуючих математичних моделей та методів обчислювальних експериментів, загальнотеоретичних і практичних аспектів теорії управління.

Визначено предмет і границі зазначеного дослідження.

У другому розділі розглянуто теоретичні основи для побудови моделей процесів управління функціонуванням та розвитком ВНЗ.

Наведена загальна структурна модель системи ВНЗ, в якій виділено три рівні: фінансово-технологічний - Т; рівень управління - та рівень управління - . До рівня Т віднесено: власне навчальний процес ВНЗ - ; система “розвиток” - та зовнішнє середовище - узагальнений образ середовища взаємодії (галузі народного господарства, організації, що навчають студентів за цільовим призначенням; школи, коледжі, конкуренти (інші ВНЗ) та ін.). Рівень містить систему управління ВНЗ ; систему управління розвитком та систему управління взаємодією із зовнішнім середовищем . На третьому рівні знаходиться координатор , що забезпечує взаємодію систем . Якщо компонентам відповідають лінійні та функціональні структури управління та компоненти інформаційної системи, то відповідає ректорату.

У третьому розділі представлені моделі планування контингенту студентів в умовах централізації ресурсів та розглянуті методи визначення найбільш значних факторів впливу на формування загальної потреби галузі (видів економічної діяльності) та насиченість їх фахівцями. Відібрані такі, які адекватно відображають зв'язок між розвитком виробництва та формуванням потреби галузей фахівцях.

Для визначення найбільш значних факторів впливу на формування загальної потреби галузі головний акцент зроблений на вплив факторів економічного розвитку та розвитку трудового потенціалу, які найбільш впливових щодо формування загальної потреби у фахівцях. В табл.1 представлений коефіцієнт кореляції для південного регіону таких факторів впливу на галузі виробництва (вид економічної діяльності) як обсяги виробництва, обсяги інвестицій, чисельність зайнятих. З результатів видно, що найбільш тісний зв'язок факторів впливу на рівень насиченості фахівцями регіону в галузях промисловості та сільського господарства мають обсяги інвестицій; будівництва - чисельність зайнятих, в сфері охорони здоров'я та соціальної допомоги - обсяги виробництва .

Перевірка адекватності прогнозованих даних до реальних обґрунтовано для двох стратегій управління ВНЗ: максимізація доходу ВНЗ при збільшенні контингенту студентів і вартості навчання з урахування кінцевого споживчого попиту на освітні послуги. Результати регресійного аналізу за всіма освітньо-кваліфікаційними рівнями дозволяють говорити про досить надійний зв'язок між цими даними (рис.2).

У четвертому розділі наведена реалізація інформаційної технології системи підтримки та прийняття рішень управління процесами функціонування та розвитку ВНЗ. Розроблена структура СППР ВНЗ та структурно-технологічна схема підсистеми оптимізаційного планування.

Представлена реалізація питання планування соціальної потреби у кваліфікованих фахівцях, що відображено в “Моделі розрахунку соціальної потреби у вищій освіті”. В системі управління використано систему MatLab, що має ряд засобів візуалізації (Sіmulіnk). При детермінованій постановці питання використовуються пакети: MatLab й MathCAD. Приклад моделі, виконаний у додатку MatLab - Sіmulіnk.

У рамках інтегрально-математичної моделі розподілу потоку випускників на території проведено:

- реєстрацію, перевірку, редагування та аналіз вихідних даних із використанням можливості інформаційно-довідкової системи;

- коректування та вибір параметрів моделі, що відповідають дійсності;

- визначення "проблемних" регіонів;

- аналіз і графічна інтерпретація результатів розрахунку інтегральної моделі.

В результаті аналізу були отримані наступні результати, які представлені на рис. 3 (а, б). На рис.3 зображені траєкторії Прийому, на рис. 4б - Випуску. На обох рисунках суцільною лінією (1) показані ВНЗ, пунктиром (2) - середня школа, штрихом (3) - початкова школа.

На рівні локальної моделі представлено завдання синтезу оптимальних траєкторій Прийомів. Один із отриманих результатів синтезу закону зміни коефіцієнтів та оптимальних траєкторій потоків 11-класів з врахуванням обмежень зображений на рис. 4. В даному випадку розглядається спроба вплинути на частки розподілу випускників 11 класів шкіл.

Коефіцієнти, що відображають частки вступу до ВНЗ, стали нестабільними після 2005 року (рис.4). Але загальна їх кількість, як видно з верхньої контрольної штрих-пунктирної лінії (4), залишається незмінною. Штрихова пряма (3) говорить про те, що коефіцієнт відсіву залишається постійним. Коефіцієнт відсіву у ВНЗ росте - суцільна лінія (1), а коефіцієнт відсіву у середніх закладах знижується - пунктир (2).

Подібні цільові функції, граничні умови та параметри оптимізації є попередніми й можуть змінюватися.

Для визначення ролі й значення впливу, в роботі представлений математичний апарат та проведений структурний аналіз факторів впливу зовнішнього середовища ВНЗ (рис. 5), в результаті якого розраховані матриці суміжності й інцидентності.

Розглянуті питання планування фонду розвитку та представлено аналітичний опис зміни фонду розвитку ВНЗ, що дозволяє визначити оптимальне значення фонду розвитку. Вибір та прийняття рішення представляє двоетапний процес: вибір найкращої стратегії та шляхів розвитку, Перед ОПР постає спочатку проблема вибору поля (стратегії), що задовольняє напрям функціонування, а потім - проблема вибору найкращої дії - розв'язку в цьому полі (стратегії). Розв'язок цієї задачі оптимізаційного планування відображається в “Моделі розподілу ресурсів ВНЗ” (Рис.6).

В рамках підсистеми формування альтернативних рішень СППР управління розвитком ВНЗ на першому етапі формується ресурсне обмеження. Для цього реалізований алгоритм формування області допустимих варіантів вибору ресурсних обмежень, який включає блок формування та розв'язку задачі лінійного програмування, алгоритм розкриття модуля в цільовій функції. На другому етапі безпосередньо будується опорна траєкторія розвитку системи ВНЗ. Моделі і алгоритми формування опорної траєкторії реалізовані у вигляді окремого програмного модуля. Розроблена СППР управління розвитком ВНЗ може бути розширена за рахунок збільшення ступеня автоматизації на різних етапах процесу прийняття рішень, а також за рахунок розробки нових моделей і алгоритмів функціонування та розвитку (Рис.7).

СППР ВНЗ направлена на скорочення терміну визначення як впливу факторів зовнішнього середовища так і оцінку внутрішнього потенціалу ВНЗ для досягнення поставлених цілей функціонування та розвитку.

В рамках підсистеми формування альтернативних рішень СППР координації та управління розвитком ВНЗ на першому етапі формується ресурсне обмеження. Для цього реалізований алгоритм формування області допустимих варіантів вибору ресурсних обмежень, який включає блок формування та розв'язку задачі лінійного програмування, алгоритм розкриття модуля в цільовій функції. На другому етапі безпосередньо будується опорна траєкторія розвитку системи ВНЗ. Моделі і алгоритми формування опорної траєкторії реалізовані у вигляді окремого програмного модуля (рис.8).

В роботі показано, що моделі та алгоритми, що лежать в основі функціонування, являються адекватними прийнятій схемі, поняттям і вимогам цільових користувачів, а також відповідають рівню інформаційного забезпечення.

Представлена СППР ВНЗ направлена на скорочення терміну визначення як впливу факторів зовнішнього середовища так і оцінку внутрішнього потенціалу ВНЗ для досягнення поставлених цілей функціонування та розвитку.

Цільовими користувачами можуть бути як ректор ВНЗ так і керівник відділу розвитку, створення якого на сьогоднішній день являється актуальним, бо в умовах збільшення впливу факторів зовнішнього середовища та різних змін напрямів функціонування ВНЗ це є актуальним.

навчальний студент освіта соціальний

Висновки

В дисертаційні роботі розв'язано важливу науково-практичну задачу моделювання та розробки методів, моделей, методології та інформаційної технології управління функціонуванням та розвитком ВНЗ як складної ієрархічної системи. Це досягнуто шляхом узагальнення та доповнення конструктивної теорії проблемно-орієнтованого інструментарію формалізації, моделювання процесів управління функціонуванням та розвитком, дослідження та оптимізація прийняття рішень управління ВНЗ в умовах функціонування та розвитку з урахуванням впливу факторів зовнішнього середовища. При автоматизованому управлінні ВНЗ реалізується поєднання комплексу науково-методологічних положень, математичних моделей, алгоритмів та програм до задач управління функціонуванням та розвитком ВНЗ.

В роботі отримані наступні результати:

1. Виконано системологічний аналіз стану системи вищої освіти в цілому та проблем управління ВНЗ. Встановлено, що процес діяльності ВНЗ неможливий без визначення факторів зовнішнього впливу у комплексному поєднанні з управлінням функціонуванням та розвитком внутрішнього потенціалу. Рівень інформатизації процесів управління функціонування та розвитку ВНЗ не задовольняє сучасним вимогам.

2. На основі проведеного аналізу та структуризації проблеми створення системи управління функціонуванням та розвитком ВНЗ комплексно розв'язано наступні питання:

- доопрацьовано елементи конструктивної теорії та проблемно-орієнтованого інструментарію моделювання ВНЗ та його складових частин (підрозділів) в умовах функціонування та розвитку.

3. Сформульовано основні задачі розвитку ВНЗ:

- розроблено метод, модель та алгоритм розрахунку соціальної потреби у вищій освіті з урахуванням демографічної ситуації в країні та внутрішнього кваліфікаційного потенціалу окремого ВНЗ.

4. Визначено та сформульовано принципи підвищення ефективності управління функціонуванням та розвитком ВНЗ, що відрізняє від вже існуючих врахуванням взаємодії із зовнішнім середовищем, невизначеності та ризику, багатокритеріальність, використання комплексного поєднання в єдиний процес, що дало можливість побудувати теоретичні основи системи управління.

5. Представлено структурну модель розвитку ВНЗ.

6. Розроблено модель розподілу ресурсів ВНЗ на функціонування та розвиток:

- розроблено модель оптимального фонду розвитку ВНЗ.

7. Знайшла подальший розвиток модель формування контингенту студентів в умовах невизначеності:

- запропоновано модель оптимального плану набору студентів.

Здійснено впровадження теоретичних результатів досліджень, що наведено в даній дисертаційній роботі, для розв'язання низки практичних задач.

Підтверджено той факт, що результати даної дисертаційної роботи можна кваліфікувати як вирішення наукової задачі автоматизованого управління функціонуванням та розвитком ВНЗ.

Публікації за темою дисертації

1. Райко Г.А., Соколова Н.А. Моделирование управления развитием ВУЗа // Вестник Херсонского национального технического университета. - 2005.- № 1(21) - С.517-522.

2. Райко Г.А. Подходы к формированию контингента студентов в ВУЗе // Вестник Херсонского национального технического университета. - 2005.- № 1(21) - С.581-587.

3. Ходаков В.Є., Райко Г.О. Модель фонду розвитку ВНЗ // Сборник трудов конференции „Моделирование -2006” - 16-18 мая 2006 г. - Киев - Институт проблем моделирования в энергетике им. Г.Е. Пухова НАН Украины, -2006.-С.429-432.

4. Райко Г.О. Фактори, що впливають на соціальний розвиток та територіальну організацію вищої освіти // Науково-методичний журнал „Наукові праці” Миколаївський державний гуманітарний університет ім.. Петра Могили комплексу „Києво-Могилянська академія”. - Том 57. - Випуск 44.- 2006. - С.220-227.

5. Соколова Н.А., Райко Г.О. Собівартість навчання як визначний фактор функціонування ВНЗ // Вестник Херсонского национального технического университета. - Херсон. - 2006.-№ 1(24). - С.456-460.

6. Радванська Л.М., Райко Г.О. Формалізація процесів функціонування ВНЗ // Вестник Херсонского национального технического университета. - Херсон. - 2007.-№4(27). - С.487-494.

7. Соколова Н.А., Райко Г.О. Трирівнева модель розвитку ВНЗ // ІІІ Всеукраїнська науково-методична конференція, присвячена 14 річниці незалежності України. - Харків. - 2005.- С.310-318.

Размещено на Allbest.ru