Методологічні основи формування, аналізу та управління програмою розвитку авіаційної техніки

Размещено на http://www.allbest.ru

Міністерство освіти і науки України

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

“Харківський авіаційний інститут”

Емад А. Абдуль Рета

УДК 658.52.011

МЕТОДОЛОГІЧНІ ОСНОВИ ФОРМУВАННЯ, АНАЛІЗУ ТА УПРАВЛІННЯ ПРОГРАМОЮ РОЗВИТКУ АВІАЦІЙНОЇ ТЕХНІКИ

05.13.22 - управління проектами та програмами

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Харків - 2006

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий консультант - доктор технічних наук, професор

Ілюшко Віктор Михайлович,

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, завідувач кафедри виробництва радіоелектронних систем літальних апаратів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор

Мітрахович Михайло Михайлович,

Державна компанія з експорту та імпорту продукції і послуг військового та спеціального призначення “Укрспецекспорт”, радник генерального директора;

доктор технічних наук, професор

Малєєва Ольга Володимирівна,

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, професор кафедри інформаційних управляючих систем;

доктор технічних наук, професор

Демідов Борис Олексійович,

Харківський університет повітряних сил ім. Івана Кожедуба, професор кафедри оперативного мистецтва.

Провідна установа: Відкрите акціонерне товариство “Український науково-дослідний інститут авіаційної технології”, Міністерство промислової політики України, м. Київ.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” (61070, Харків, вул. Чкалова, 17).

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д 64.062.01 М.О. Лат кін

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Авіаційна промисловість є одним з високотехнологічних секторів економіки і визначає рівень розвитку будь-якої держави. Поява авіаційної індустрії в державі пов'язана з розвитком інфраструктури, що включає наукові установи, професійні середні та вищі авіаційні навчальні заклади, наукоємну промисловість, висококваліфікований кадровий склад виробничої сфери. Для створення і розвитку авіаційної промисловості необхідне формування програми розвитку авіаційної техніки (ПРАТ). управління проект техніка авіаційний

З огляду на те, що до складу програми повинні входити численні проекти і окремі програми з видів авіаційної техніки (АТ), можна із упевненістю стверджувати, що дослідження ПРАТ, її аналіз і синтез належать до категорії складних систем, і тому актуальною є проблема формування і управління ПРАТ з урахуванням сучасного арсеналу математичних методів та інформаційних технологій. Сучасні методи створення складної техніки базуються на теорії складних систем, основи якої викладено в роботах Г. Гуда, Р. Маккола, М. Месаровича, Я. Такахара, Дж. Кліра, І.П. Бусленка, В.М. Глушкова, А.Д. Цвіркуна, Е.Г. Петрова, В.М. Ілюшка та ін. Особлива увага в роботах М. Месаровича приділена ієрархічним системам управління, до яких належить ПРАТ. Ураховуючи те, що ПРАТ має ряд особливостей, пов'язаних зі створенням авіаційної техніки, виникає наукова проблема формування системної концепції аналізу ПРАТ.

При створенні складної техніки все більше уваги приділяється використанню і розвиткові методів і математичних засобів теорії управління проектами і проектного аналізу, теоретичні основи яких викладено в роботах Г. Коллінза, Р. Гарієса, Р. Ейреса, В.І. Воропаева, В.Н. Буркова, В.Д. Шапіро, С.Д. Бушуєва та ін.

З огляду на те, що до складу ПРАТ входять складним чином зв'язані мегапроекти, мультипроекти та монопроекти, виникає актуальна проблема загального управління ПРАТ, а також окремі проблеми, пов'язані з управлінням ресурсами з урахуванням заданих обмежень з фінансів і директивних строків.

Таким чином, важливою науково-прикладною проблемою є розробка системного подання ПРАТ, що включає структуризацію, декомпозицію і стратифікацію, а також теоретичних основ управління проектами ПРАТ, що базуються на комплексі математичних методів і моделях проектного аналізу і менеджменту.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася в рамках науково-дослідних робіт, які проводилися на кафедрі виробництва радіоелектронних систем літальних апаратів Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” відповідно до планів Міністерства освіти і науки України, держбюджетних і госпдоговірних тем: “Системні й інформаційні технології формування та управління великомасштабними проектами і програмами” (ДР № 0102U004181), “Теорія технологічно-орієнтованого синтезу апаратного програмного забезпечення цифрових обчислювальних приладів систем управління аерокосмічними об'єктами” (ДР № 0100U003428), “Розробка методологічних принципів, методів і математичних моделей логістичного аналізу і управління складними технологічними комплексами” (ДР № 103U004181), “Методологічні основи синтезу системних технологій управління проектами і програмами при створенні складних аерокосмічних комплексів” (ДР № 0100U003443), а також договором про науково-технічне співробітництво між Іорданським аерокосмічним підприємством “JAI” і Національним аерокосмічним університетом ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”.

Особистий внесок автора в перерахованих НДР як виконавця полягає в розробці системної концепції подання складних проектів і програм розвитку виробництва, методів управління проектами і програмами створення складної наукоємної техніки.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є узагальнення і розвиток теорії управління проектами зі створення нової техніки для побудови системної методології формування і управління програмою розвитку авіаційної техніки, що дозволить підвищити ефективність проектних дій і якість створюваної авіаційної техніки.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі задачі:

– провести аналіз стану і тенденцій розвитку авіаційної техніки (АТ); виділити особливості проектів розвитку АТ;

– проаналізувати існуючі підходи щодо управління проектами зі створення нової техніки, методи, математичні моделі й інформаційні технології проектного аналізу;

– побудувати системне подання програми розвитку авіаційної техніки;

– сформувати системну концепцію обґрунтування і вибору напрямків розвитку авіаційної техніки;

– побудувати системні багаторівневі моделі проектних дій у рамках програми розвитку авіаційної техніки;

– створити методи аналізу реалізовності проектів створення АТ з урахуванням горизонтів планування;

– розробити математичний інструментарій зі створення експертних систем для початкових етапів, пов'язаних з формуванням і аналізом реалізовності програми розвитку авіаційної техніки;

– запропонувати системний метод управління проектними діями зі створення авіаційної техніки;

– розробити методи управління (змістом, вартістю, часом, якістю) створенням нової техніки з урахуванням особливостей АТ;

– розробити моделі динаміки поведінки проектів і програм розвитку АТ при довгостроковому плануванні;

– створити об'єктно-орієнтовану інформаційну технологію для формування, аналізу і управління проектами і програмами розвитку АТ;

– провести апробацію запропонованої методології, методів, моделей і інформаційної технології при вирішенні задач управління проектами створення авіаційної техніки.

Об'єктом дослідження є процеси створення складної наукоємної техніки.

Предметом дослідження є моделі, методи й інформаційна технологія формування і управління програмами і проектами розвитку АТ.

Методи дослідження. Дослідження базуються на комплексному використанні методів:

– системного аналізу для структуризації, декомпозиції та стратифікації програми розвитку авіаційної техніки;

– теорії множин і графів для формування, аналізу і теоретико-множинного подання ПРАТ;

– логіко-алгебричних моделей для синтезу системних моделей аналізу і управління проектами і програмами розвитку АТ;

– імітаційних моделей для задач багаторівневого планування і прогнозування результатів проектних дій зі створення АТ;

– знанняорієнтованих моделей для створення експертних систем прийняття рішень на початкових етапах формування і виконання ПРАТ;

– прикладних моделей теорії хаосу для дослідження нестійкої поведінки проектів і програм розвитку АТ при довгостроковому плануванні й прогнозуванні;

– об'єктно-орієнтованих інформаційних технологій для створення комп'ютерної системи аналізу й управління ПРАТ.

Наукова новизна одержаних результатів. Основним результатом проведеного дослідження є створення методології та комплексу системних моделей і методів для формування, аналізу і управління програмою розвитку авіаційної техніки.

Вперше одержано:

- методологія формування, аналізу і управління проектами та програмами розвитку АТ, що на відміну від існуючих заснована на системній концепції розвитку складної техніки, багаторівневому поданні та системному управлінні проектними діями, що дозволяє підвищити ефективність процесів проектування і забезпечити якість створюваних виробів АТ;

- системна концепція вибору напрямків розвитку авіаційної техніки, яка на відміну від існуючих ураховує багаторівневі взаємодії в організаційних структурах управління проектами, думки кваліфікованих фахівців і дозволяє обґрунтовано вибрати напрямки розвитку АТ;

- системні моделі для аналізу реалізовності проектів і програм створення нової техніки, які на відміну від існуючих засновані на оцінках експертів та імітаційному моделюванні, що дозволяє враховувати багаторівневе, багатозв'язне і стратифіковане подання складних проектів (мега- і мультипроектів) створення АТ;

- системний метод управління проектними діями зі створення нової техніки, який на відміну від існуючих оснований на еталонному поданні та моделюванні планів створення АТ і використання розбіжностей у планових і фактичних діях проектувальників для виконання задач системного перепланування, що дозволяє оперативно враховувати вплив змінних зовнішніх і внутрішніх факторів при створенні АТ.

Удосконалено: продукційні нечіткі моделі Такагі-Сугено для дослідження мультипроектних систем зі складною динамікою поведінки.

Дістало подальший розвиток: теорія управління проектами у вигляді логіко-алгебричних моделей і методів управління процесами створення продуктів нової техніки (змістом проекту; ресурсами; вартістю; часом; якістю);

- метод сітьового планування у вигляді багаторівневої імітаційної моделі, який на відміну від існуючих, оснований на раціональному розподілі ресурсів у просторі програми з урахуванням заданих директивних строків і фінансових обмежень, що дозволяє менеджерам мінімізувати ризик виконання програми;

- метод знанняорієнтованого моделювання для створення автоматизованих систем прийняття рішень, який відміну від існуючих оснований на нечітких поданнях експертів, що характерно для початкових етапів створення АТ, на яких мають місце неоднозначність і невизначеність;

- метод створення експертних систем, який на відміну від існуючих, оснований на групових інтуїтивних думках експертів і нечітких поданнях основних факторів, що дозволяє автоматизувати і полегшити процес виводу висновків стосовно проектних рішень створення АТ;

- моделі аналізу динаміки поведінки складних систем, які на відміну від існуючих, ураховують поведінку складних програм у довгостроковому плануванні за допомогою використання методів прикладної теорії хаосу, що встановлюють умови нестійкої поведінки програм;

- методи об'єктно-орієнтованого проектування для створення прикладної інформаційної технології проектного аналізу і управління програмою створення авіаційної техніки.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблений комплекс системних методів і моделей аналізу і управління проектами зі створення нової техніки являє собою методологічну основу для побудови інструментальних засобів комп'ютеризації й автоматизації процесів формування, аналізу і управління проектами та програмами розвитку АТ.

Усі основні методи та моделі реалізовано алгоритмічно і програмно. Вони апробовані, показали свою працездатність і ефективність на прикладах управління проектами зі створення АТ.

Практичне значення результатів підтверджується актами впровадження в науково-дослідних і госпдоговірних роботах і навчальному процесі Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”:

1) Державне науково-дослідне виробниче підпримство “Об'єднання Комунар”, м. Харків (акт впровадження від 26.01.2006 р.);

2) у Науково-дослідному інституті проблем фізичного моделювання (НДІ ПФМ), м. Харків (акт впровадження від 28.03.2006 р.);

3) у підприємстві “JORDAN AEROSPACE INDUSTRIES”, м. Амман, Іорданія (акт впровадження від 17.05.2004 р.);

4) у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “ХАІ” (акт впровадження від 6.12.2005 р.).

Особистий внесок здобувача у працях, виконаних у співавторстві та опублікованих у фахових виданнях, полягає в такому: модель ресурсного управління проектами [1]; модель кінцевого автомата [2]; підхід для інтеграції дій в управлінні проектами [3]; архітектура комп'ютерної системи підтримки прийнятих рішень з управління проектами [4]; ризик-орієнтований підхід для аналізу виробництва [5]; модель синтезу алгоритмів для управління проектами [6]; знання-орієнтована мова для експертних систем підтримки прийняття рішень [7]; метод мінімізації структур алгоритмів [8]; метод зниження ризиків проекту [9]; модель прогнозування заснована на теорії Хаосу [10]; метод створення інтегрованих експертних систем [11]; метод аналізу проектних ризиків [13]; схема формалізації ризиків [14]; аналіз динаміки проектних дій [15]; модель багаторівневого планування [16]; метод структуризації проектних ризиків [19]; логіко-алгебраїчні моделі для створення системних подійних моделей [20]; системні моделі для опису проектних дій [21]; метод перетворення логіко-алгебраїчних моделей [22]; метод алгоритмізації проектів [23]; класифікація ризиків проекту [29]; сучасні проблеми управління проектами [30]; модель аудиту підприємства, що реалізують проекти [31]; система підтримки прийняття рішень [32]; модель ресурсного забезпечення програми [33]; модель управління складними проектами [34]; метод управління складними проектами [35].

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та практичні результати дисертаційної роботи доповідалися і одержали схвалення на: Міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні технології управління екологічною безпекою, ресурсами та заходами у надзвичайних ситуаціях”, Харків, 2004 р.; Міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні комп'ютерні технології в машинобудуванні”, Харків, Національний аерокосмічний ун-т “ХАІ”, 2003 р.; Міжнародній конференції з управління “Автоматика-2004”, Київ, Національний ун-т харчових технологій, 2004 р.; Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні технології в менеджменті”, Харків, Національний аерокосмічний ун-т “ХАІ”, 2003 р.; 4-й Міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні технології управління екологією й інформаційною безпекою територій”, Крим, 5 - 9 вересня 2005 р.; Міжнародній науково-технічній конференції “Нові технології в машинобудуванні”, 2005 р.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи опубліковано в 35 роботах, із них: 3 монографії, 21 стаття в журналах і збірках наукових праць, які включені в перелік ВАК України, 10 доповідей, опублікованих у матеріалах наукових конференцій, один навчальний посібник.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, семи розділів, висновків, додатку. Повний обсяг дисертації - 326 сторінок, у тому числі 82 рисунків на 20 окремих сторінках, 9 таблиць на 1 окремій сторінки, список з 286 використаних джерел на 24 сторінках, додаток на 11 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ містить загальну характеристику роботи, включаючи відомості про дисертаційну роботу відповідно до існуючих вимог: актуальність теми, зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами; формулювання мети і задач дослідження; перелік використаних у роботі математичних методів; отримані нові наукові результати; практичне значення отриманих результатів; декларацію особистого внеску здобувача; відомості про апробацію результатів і публікації за темою дисертації.

У першому розділі роботи проведено аналіз стану і перспектив розвитку авіаційної техніки для прийняття рішень щодо вибору напрямків розвитку авіаційної техніки. Виділено особливості проектів розвитку АТ і основні проблеми, пов'язані зі спадковістю та модернізацією базових виробів АТ. Вирішення їх дозволить створити конкурентоспроможну якісну продукцію на світовому ринку. Ефективним інструментом для створення сучасної АТ є методи проектного аналізу і проектного менеджменту, для використання яких необхідно провести системний аналіз програми розвитку авіаційної техніки (ПРАТ). Дослідження особливостей проектів розвитку АТ привело до подання ПРАТ у вигляді ієрархічної системи проектів, що включає мегапроекти, мультипроекти та монопроекти.

Проведено критичний огляд сучасних математичних методів та інформаційних технологій для задач проектного аналізу і управління проектами створення АТ. Аналіз публікацій, присвячених різним аспектам дослідження великомасштабних проектів і програм, показав, що, незважаючи на їх досить велику кількість, проблема формування ефективних методів управління проектами створення наукоємної техніки ще майже не вирішена і потребує подальших досліджень.

Сформульовані в дисертаційній роботі мета і задачі досліджень передбачають розробку ефективних моделей і методів для автоматизованого управління проектами створення АТ з урахуванням складної структури виробів, великої кількості етапів життєвого циклу (ЖЦ) і різних горизонтів планування.

У другому розділі запропоновано системну концепцію дослідження програми розвитку авіаційної техніки, основану на системному аналізі ефективності процесів створення АТ. Побудовано морфологічну структуру ПРАТ. Враховано взаємодії виконавців при виконанні проектів і програм ПРАТ. Використано структурний і функціональний підходи для аналізу ефективності ПРАТ. Запропоновано методику формування технічних вимог на створювані зразки АТ. Запропонована концепція дозволяє структурувати і формалізувати дії виконавців ПРАТ зі створення нової техніки.

На основі системного аналізу програми розвитку авіаційної техніки побудовано системний сценарій для обґрунтування і вибору напрямків розвитку АТ (рис. 1).

Особливістю сценарію є його багаторівневий характер і залучення для вибору напрямків АТ думок висококваліфікованих фахівців (експертів). Проведено аналіз вибору напрямків розвитку АТ у вигляді ризикових, імовірнісних оцінок, що дозволяє приймати обґрунтовані рішення щодо формування змісту ПРАТ.

Наприклад, на п'ятому рівні системного сценарію оцінюється можливість виготовлення компонентів АТ. Необхідно оцінити й вибрати один з можливих варіантів створення компонентів АТ:

,

де виготовлення власними силами: - матеріалів конструкції; - двигуна, - авіоніки, - матеріалів конструкції та двигуна; - матеріалів конструкції й авіоніки; - матеріалів конструкції, двигуна і авіоніки; - двигуна і авіоніки.

Оцінку ймовірності вибору кожного варіанта здійснюють експерти з урахуванням оцінки окремих складових: - імовірність виготовлення власними силами матеріалів; - імовірність виготовлення двигуна; - імовірність виготовлення авіоніки.

Тоді для кожного з перерахованих варіантів:

Рис. 1. Системний сценарій для обґрунтування і вибору напрямків розвитку АТ

Вибір рішення щодо обґрунтування створення АТ з урахуванням усіх п'яти рівнів:

де ;

- порогове значення, що задається замовником програми.

Проведено структуризацію ПРАТ у вигляді ієрархічної системи зв'язаних проектів (мегапроекти, мультипроекти, монопроекти), що дозволило системно подати організаційну структуру учасників ПРАТ та їхні основні взаємодії. Сформовано системне подання ПРАТ у просторі основних вимірів (рис. 2):

– напрямки розвитку АТ;

– плани АТ (мегапроекти, мультипроекти, монопроекти);

– види забезпечення (ресурси).

Проведено багаторівневий аналіз ПРАТ за допомогою розроблених системних моделей на основі логіко-алгебричного підходу, що дозволяє структурувати управлінські взаємодії в організаційній структурі ПРАТ при виконанні проектів АТ.

Побудовано системну модель планування ПРАТ, основану на розвитку методу системного імітаційного моделювання. Особливістю моделі є багаторівневе подання робіт, що обґрунтовано відбиває ієрархічну структуру ПРАТ.

Спочатку структура проекту ПРАТ задається у вигляді ненапрямленого багаторівневого графа , у якому подано багаторівневу деталізацію створюваного складного технічного комплексу АТ. Для ПРАТ маємо “ліс” графів-проектів . Далі головний менеджер ПРАТ формує багаторівневий склад виконавців у вигляді множини міністерств (департаментів), відомств, держкомітетів, головних організацій і організацій виконавців - .

Шляхом відображення формується граф багаторівневої організаційної структури виконання ПРАТ - .

Виходячи з існуючих нормативних документів до стадій і етапів створюваних зразків ПРАТ, а також ураховуючи послідовність етапів життєвого циклу АТ, формується послідовно-паралельна структура виконуваних робіт - , ув'язана з організаційною структурою виконавців проекту . В подальшому, у ході імітаційного моделювання, із цієї послідовності формується сітьовий графік ПРАТ - .

Внутрішній механізм системного імітаційного моделювання оснований на:

– створенні фреймових моделей ПРАТ (проекту , організаційної структури , послідовно-паралельної структури робіт );

– подійному принципі виконання робіт, ув'язаному з ходом системного часу , що залежить від горизонту планування;

– активному використанні надаваних умов синхронізації, початку - і закінчення проектних робіт.



Рис. 2. Системне подання ПРАТ

При розкритті та моделюванні окремих робіт запроваджується поняття вкладених структур, де, наприклад, означає, що k-й головний виконавець має багаторівневу структуру виконавців з L рівнів.

У третьому розділі проведено аналіз реалізовності ПРАТ з урахуванням горизонтів планування (довгострокове, середньострокове, річне замовлення). Для довгострокового плану важливі плановані дії головного виконавця (ГВ), що відповідає за виконання окремих етапів ЖЦ АТ і формування кооперації виконавців. Сформовано інтегральну оцінку можливостей ГВ зі створення АТ у вигляді функції:

W_інтегр = f(W_i), ,

де W_i - можливість реалізації окремої характеристики зразка АТ.

Правила R_i, за допомогою яких формуються W_інтегр , дозволяють оцінити можливості виконання програми з використанням методів теорії нечітких множин. На підставі отриманих маргінальних оцінок щодо можливості реалізації окремих характеристик за допомогою операції об'єднання отримано:

, .

Сформульовано різні види оцінок для розрахунку (песимістична, оптимістична, нормальна), які можуть бути вибрані користувачем. Наприклад, для песимістичної оцінки:

, ,

при цьому можна скористатися логікою Кліні-Дайнеса або Лукасевича.

Для комплексної оцінки реалізовності середньострокового плану оцінюється організаційна структура кооперації виконавців. Тут з урахуванням досвіду окремих виконавців і міри близькості зразка АТ до виробів, які створював виконавець у своїй минулій діяльності, визначено можливість реалізації окремих робіт середньострокового плану.

Запропоновано набір узагальнюючих ознак (можливостей), що характеризують різні аспекти аналізу системи кооперації, а саме: достатність досвіду виконавців кооперації ( ); достатність фінансових ресурсів ( ); можлива якість ( ); можливість виконати директивні строки ( ); динаміка фінансування ( ); механізм взаємодії й управління в кооперації виконавців ( ).

Формування і розрахунок можливості реалізації зразка АТ на середньостроковому горизонті здійснено за аналогічними формулами, що і для довгострокового плану, але з урахуванням кооперації виконавців.

Одержання достовірних оцінок для аналізу реалізовності проектів ПРАТ потребує використання думки фахівців зі створення АТ (експертів). Тому в цьому розділі значну увагу приділено побудові експертної системи (ЕС) для оцінки реалізовності ПРАТ. З огляду на більшу невизначеність, що існує на початкових етапах створення АТ, запропоновано модель ЕС, основану на інтуіціоністських нечітких множинах (ІНМ), що дозволила вирішити задачу прийняття рішень стосовно реалізовності ПРАТ в умовах непевності експертів у виборі альтернатив. У роботі розвинений апарат ІНМ для прийняття рішень, які виробляються у вигляді нечітких множин.

За допомогою ступеня непевності у вигляді:

,

де - ступінь належності до ІНМ у вигляді множини , а - функція, дуальна до , що розуміється як ступінь неналежності інтуіціоністської нечіткої множини , здійснюється вибір раціональних рішень при проектуванні АТ. Визначено основні відношення і операції для інтуіціоністських нечітких множин із триангулярною нормою, за допомогою яких здійснюється прийняття групових (колективних) рішень щодо створення АТ з використанням ІНМ:

, (рівність)

, (включення)

, (об'єднання, що індукцується t і s)

, (перетинання, що індукцується t і s)

. (доповнення)

Для розробки експертної системи з використанням ІНМ створено мовні засоби із застосуванням правил граматики. Основу граматики становить скінченна множина правил утворення, які описують процес породження ланцюжків мови. Проведено моделювання синтаксису мови для створення ЕС, входами якої є лінгвістичні змінні. Для цього в ЕС використовуються операції з реляційними моделями.

Побудовано архітектуру проблемно-орієнтованої експертної системи для задач створення АТ на основі автоматної концепції моделювання, що дозволило вирішити проблему розмежування внутрішніх і зовнішніх процесів і відношень. Запропоновано розширену автоматну модель, основану на застосуванні нечітких і лінгвістичних множин. Проведено класифікацію сигналів, характерних для імітаційної моделі. Розроблено основні блоки імітаційної моделі, що забезпечують всі аспекти моделювання приймальних рішень у задачах управління проектами зі створення АТ.

У четвертому розділі розроблено моделі та методи управління проектами та програмами розвитку АТ. Ураховуються складна структура створюваної АТ і етапи ЖЦ виробів. Виділено особливості управління розвитком АТ, пов'язані з участю в проектах великої кількості висококваліфікованих фахівців, складною організаційною структурою управління, багатоетапним життєвим циклом наукоємної АТ, ієрархічною структурою виробів АТ, строгою логічною послідовністю проектних дій, різноманіттям ресурсного забезпечення, тривалими строками проектування і трирівневою системою планування (довгострокове, середньострокове, річне). Запроваджено поняття еталонної моделі проекту (М_Е), пов'язаної із запланованими цілями і задачами проекту, яка порівнюється з фактичними результатами виконання проекту (М_Т) на окремих фазах, етапах і роботах ЖЦ АТ:

.

Задача управління проектними діями полягає в мінімізації непогоджень з урахуванням нев'язки за умови заданого порога, що приводить в подальшому до перепланування проектів і програм. З урахуванням складної структури організаційного управління створенням АТ і етапів ЖЦ виробів отримано модель ієрархічного управління створенням АТ (рис. 4).

Ця модель використовується в методології управління проектами і програмами розвитку АТ за такими основними напрямками управління: змістом проекту; ресурсами; вартістю; часом; якістю.

Управління змістом проекту полягає в досягненні тактико-технічних вимог на окремий елемент виробу з урахуванням вимог технічного завдання в результаті виконання проектної дії . З огляду на рівні та страти проектування отримано вирази для елементного, групового, підсистемного, системного і метасистемного подань проектів і програм АТ.

Для управління часом створення АТ пропонується використати метод імітаційного моделювання, який дозволяє раціонально розподілити проектні дії по етапах ЖЦ із урахуванням послідовно-паралельного виконання проектних робіт. Управління вартістю пов'язано з появою непогоджень між запланованими обсягами фінансування і фактичними надходженнями від замовника. З огляду на те, що проектні дії розподілені не тільки по стратах і рівнях створення АТ, але й у часі, для ефективного управління вартістю проектних дій побудовано планову й фактичну вартісні моделі, які порівнюються між собою у контрольні моменти часу для вирішення задачі перепланування фінансових витрат.



Рис. 4. Модель ієрархічного управління проектами

Управління ресурсами проектів створення АТ позв'язано, у першу чергу, з кадровим складом проектувальників і матеріально-технічним і технологічним забезпеченням. Системна модель забезпечення кадрами на окремому рівні проектування з урахуванням стратифікованого подання проектних дій матиме вигляд:

,

де - забезпечення кваліфікованими кадрами проектних дій на вибраній страті проектування.

Розв'язуючи балансні рівняння для кадрового забезпечення проектних дій по окремих рівнях проектування, можна одержати рішення для задач управління кадрами всього створюваного виробу АТ.

Однією з найважливіших задач управління проектами розвитку АТ є забезпечення якості на всіх етапах ЖЦ шляхом раціональної координації дій проектувальників у створеній організаційній структурі системи якості (СЯ). Система якості в роботі розглянута як складова частина управління проектами АТ. Контроль якості проектних дій на кожному рівні декомпозиції АТ здійснюється запропонованими системними моделями, експертними оцінками й імітаційним моделюванням.

Опрацьовано методи управління якістю з урахуванням неузгодженостей, що виникають між планованими і фактичними результатами проекту. Побудовано логіко-алгебричні моделі управління якістю відповідно до виникаючих неузгодженостей. Наприклад, для паралельно створюваних елементів АТ:

де

В останній частині розділу побудовано ієрархічні системні моделі управління проектами розвитку АТ за допомогою мови регулярних схем системних моделей (РССМ). Наприклад, системна модель створення виробу АТ складається із системних моделей окремих фаз ЖЦ:

,

де - системна модель проектних дій на фазі НДР, - системна модель проектних дій на фазі ДКР, - системна модель проектних дій на фазі конструкторської підготовки виробництва, - системна модель проектних дій на фазі технологічної підготовки виробництва, - системна модель проектних дій на фазі виробництва виробу, - системна модель проектних дій на фазі експлуатації, - системна модель проектних дій на фазі модернізації, - системна модель проектних дій на фазі утилізації.

Системна модель проектних дій на цільовій страті створення АТ:

,

де - декомпозиція генеральної мети на , - розробка ТТТ підцілей систем , - побудова системної моделі у базисі , - системне моделювання на відповідність , - експертне оцінювання відповідності на відповідність ТТТ .

У п'ятому розділі розроблено моделі прийняття рішень щодо управління проектами АТ, основані на нечітких продукційних правилах, які дозволяють урахувати невизначеність вихідних даних на початкових етапах формування і управління ПРАТ. Досліджуються рекурентні продукційні моделі типу Такагі-Сугено, сформульовано основні властивості таких моделей. Розроблений підхід дозволяє досліджувати динаміку поведінки проектів АТ за допомогою рекурентних нечітких систем.

Модель мультипроектної системи ПРАТ описана як динамічний процес взаємодії проектів. Будь-який проект створення АТ подається як система переходів від однієї стадії ЖЦ АТ до наступної:

.

Опис являє собою набір продукцій, в антецедентах яких є умови, при забезпеченні яких можливий перехід до наступної стадії проекту (консеквент), наприклад:

Якщо Стадія_к=Передінвестиційна І Персона=0.9 І Фінанси=0.4 То Стадія_к+1=Розробка виробу.

Ресурси (виконавці) і фінанси задаються у відсотковому відношенні до максимальної кількості, можливої для даного проекту АТ. Набір правил можна уточнити:

,

де P_k - кількість виконавців, необхідних для виконання наступної стадії проекту, R_k - кількість фінансів.

Система правил і обмежень у роботі подана у вигляді продукційного орієнтованого графа. Тут вершини графа - змінні моделі, ребра - імена наборів правил.

У зв'язку з нечітким поданням значень багатьох змінних для їхнього опису було використано лінгвістичні змінні. У результаті була побудована рекурентна динамічна продукційна лінгвістична модель. За допомогою системи MatLab/Simulink і підсистеми Fuzzy Logic Tool box була створена імітаційна модель аналізу і управління мультипроектами ПРАТ.

Далі в роботі досліджено поведінку проектів і програм розвитку АТ у довгостроковому плануванні. Запропонований підхід базується на динамічних рекурентних нечітких моделях Такагі-Сугено з урахуванням хаотичної динаміки в розумінні Лі-Йорке, що вигідно відрізняється від традиційних методів, основаних на дослідженні перехідних функцій.

У загальному випадку поведінки проектів і програм можна зобразити таким чином:

де - лінгвістичні змінні (терми), а - числові константи.

Перехідна функція таких моделей має вигляд:

for .

За умови (модель Мамдані) рекурентна нечітка система розглядається в роботі як лінгвістичний автомат, у якому - лінгвістична орбіта, де - лінгвістична змінна нечіткої моделі.

Виділено умови появи хаосу, які призводять до нестійкості управління проектами на довгостроковому горизонти планування. Визначено мінімальне число правил, які можуть створювати хаос і залежності від параметрів моделей, що визначають хаотичну поведінку системи. Розвинено методи ідентифікації хаотичної динаміки на моделях Такагі-Сугено. Для дослідження мультипроектних і багаторівневих систем використано векторні нечіткі моделі.

У шостому розділі розроблений комплекс математичних моделей і методів використано як інструментарій для створення комп'ютерної системи підтримки приймальних рішень щодо управління проектами та програмами створення авіаційної техніки (КС ПРУПАТ).

У створеній архітектурі системи відбито основні результати дисертаційних досліджень (рис. 5).

КС ПРУПАТ інформаційно підтримує дії менеджерів проектів і програм зі створення АТ. Виділено такі основні напрямки дій користувачів КС ПРУПАТ:

– формування системного вигляду програми (ФПОП);

– аналіз програми (АП);

– планування і прогнозування проектних дій (ПППД);

– управління програмою (УП).

Кожне з напрямків складається з підсистем, а підсистема - з окремих модулів.

Склад підсистем ФПОП:

- обґрунтування й вибір напрямків розвитку АТ (ОВНРАТ);

- формування списку основних вимог програми (ФСОТП);

- структуризація програми (СП).

Кожна підсистема складається з модулів.

ОВНРАТ складається із модулів:

– формування групи експертів та експертне оцінювання (ФГЭЭО);

– оцінка ризику розвитку АТ (ОРРАТ);

– вибір напрямків розвитку АТ (ВНРАТ).

ФСОТП складається із модулів:

– формування переліку вимог програми (ФНТП);

– формування основних технічних характеристик (ФТХ).

СП складається із модулів:

– виділення рівнів програми (ВУП);

– формування складу проектів програми (СПП);

– структуризація зв'язків проектів та програм (ССПП);

– виділення страт проектування (ВСП).

Склад підсистем АП:

- побудова логіко-алгебраїчних системних моделей проектних дій (ЛАСМПД);

- системне моделювання програми розвитку АТ (СМПР);

- синтез узагальненого алгоритму виконання проектних дій програми розвитку АТ (СОАВПД).

Кожна підсистема включає набір відповідних модулів.

ЛАСМПД складається із модулів:

– формалізація проектних дій (ФПД);

– формування зв'язків в проектних діях (ФСПД).

СМПР складається із модулів:

– моделювання проектних дій (МПД);

– аналіз результаті моделювання (АРМ).

СОАВПД складається із модулів:

– синтез узагальненого алгоритму (СОА);

– остаточне логіко-алгебраїчне подання програми розвитку АТ (ОЛАППРАТ).

Склад підсистеми ПППД:

– складання імітаційної моделі проекту (програми) (СИМ);

– планування та моделювання проекту (ПМП);

– прогнозування виконання проекту (ППП).



Рис. 5. Архітектура комп'ютерної системи підтримки прийнятих рішень щодо управління проектами і програмами створення авіаційної техніки (КС ПРУПАТ)

Кожна підсистема ПППД складається із набора модулів.

СИМ складається із модулів:

– формування структури імітаційної моделі (ФСИМ);

– опис вихідних даних моделювання (ОИДМ);

– імітаційне моделювання та аналіз проекту (ИМАП).

ПМП складається із модулів:

– мережне планування проекту АТ (СППАТ);

– розрахунок критичного шляху (РКП);

– системне перепланування проекту АТ (СППАТ);

– складання фінансових профілів проекту (СФПП).

ППП складається із модулів:

– завдання умов виконання проекту (ЗУВП);

– аналіз динамічної поведінки проекту (АДПП);

– прогнозування поведінки проекту у довгостроковому плануванні (ПППДП).

Склад підсистем УП:

– формування стратегій та алгоритму управління проектами розвитку АТ (ФСАУП);

– підтримка управлінських рішень, що приймаються з допомогою ЕС (ППУРЭС);

– управління проектом розвитку АТ (УПРАТ).

Кожна підсистема УП складається із набора модулів.

ФСАУП складається із модулів:

– формування стратегій управління (ФСУ);

– формування алгоритмів управління (ФАУ;

– моделювання керуючих дій (МУД).

ППУРЭС складається із модулів:

– формування бази знань експертів (ФБЗЭ);

– підтримка управлінських рішень (ПУР).

УПРАТ складається із модулів:

– управління часом проекту (УВП);

– управління змістом проекту (УСП);

– управління фінансами проекту (УФП);

– управління якістю проекту (УКП);

– аналіз ризиків проекту (АРП).

Взаємодія між підсистемами і окремими модулями здійснюється за розробленим сценарієм користувачів КС ПРУПАТ, який відбиває логіку і послідовність дій менеджерів проектів і програм АТ.

Розроблена КС ПРУПАТ була використана для аналізу, моделювання і прийняття управлінських рішень у ряді проектів створення АТ.

У сьомому розділі наведено приклади вирішення практичних задач проектного аналізу і менеджменту на основі розробленого комплексу математичних методів і моделей, реалізованих у вигляді КС ПРУПАТ.

Наведено приклади апробації розроблених методів, моделей та прикладної інформаційної технології для аналізу проектів безпілотних комплексів літальних апаратів (БПЛА), що створюються. У якості вхідних даних використано тактико-технічні характеристики БПЛА, вимоги до бюджетів та директивних строків виконання проектів. У проведених розрахунках використано наступні складові методології:

- вибір напрямків створення АТ;

- системне подання мультипроектів БПЛА;

- імітаційне моделювання планів реалізації проектів БПЛА;

- аналіз реалізовності мультипроектів;

- експертна система для виводу інтуіціоністських оцінок можливості реалізації проектів.

Мета проекту - створення БПЛА для навчальних цілей. Вимоги до БПЛА описані в технічному завданні. Тривалість проекту - 6 місяців, вартість - 2500000 грн.

Проектування здійснюється у конструкторському бюро (КБ), у складі якого є спеціалізовані конструкторське бюро, наукові відділи, а також виробничі підрозділи.

Оскільки КБ має досвідчене виробництво, повний цикл створення летального апарата, включаючи виготовлення, може бути здійснений у рамках даної організації. Однак з метою скорочення строків виготовлення може бути передано потужнішому виробничому підприємству.

На рис. 6 наведено типовий сітковий графік проектування, побудований за допомогою імітаційної моделі. Далі план проекту експортовано у систему аналізу реалізовності (рис. 7).

Після побудови структури плану виконано закріплення ресурсів за роботами проекту. Ресурси проекту було розділено на три групи: виконавці, технічні засоби та матеріали. Після закріплення ресурсів за роботами виконувався розрахунок тривалості та вартості кожної з робіт, залежно від її трудомісткості та виділених ресурсів.

Після того, як визначено параметри кожної із робіт за допомогою імітаційної моделі, виконувався розрахунок сіткового графіка методом критичного шляху, розрахунок тривалості та вартості проекту та аналіз реалізовності. Досліджено різні варіанти проекту створення БПЛА.

Для варіанту самостійного виконання робіт, всі роботи, що включають виготовлення БПЛА виконуються КБ без залучення співвиконавців або субпідрядчиків. З допомогою імітаційної моделі розраховано сітковий графік проекту. Витрати на проект становлять не набагато більше 2100000 грн, що менше, чим передбачено завданням.

Рис. 6. План проекту створення БПЛА у формі діаграми Ганта



Рис. 7. План проекту створення БПЛА, що експортовано у систему аналізу реалізовності

Таким чином, виконання проекту власними силами КБ дозволяє заощадити майже 400000 грн. Однак тривалість проекту істотно (на півтора місяця) перевищує передбачену завданням. Розрахунок реалізовності (рис. 8) показав, що в цьому випадку можливість виконання проекту становить 88 %. Такий рівень реалізовності експерти порахували не прийнятним, тому був розглянутий другий варіант виконання проекту, що передбачає передачу виготовлення БПЛА на субпідряд. Складається договір із виробничим підприємством, що має виробниче устаткування і тому виготовлення літального апарата здійснюється на цьому підприємстві. Після цього КБ здійснює випробування й, при необхідності, доведення БПЛА. У план проекту внесено деякі корективи. Роботи, пов'язані з виготовленням БПЛА в КБ, а також із проектуванням і переустаткуванням виробництва вилучені, а замість них додані роботи з укладання договору та виготовлення БПЛА на іншому підприємстві.

Аналіз параметрів проекту показав, що строк виконання проекту в цьому випадку відповідає завданню, однак витрати трохи вище передбачених.

З виконаного розрахунку реалізовності (рис. 9), видно, що можливість виконання проекту перевищує 97 %. Такий рівень реалізовності експерти порахували цілком прийнятним. Тому було зроблено вивід, що незважаючи на невелике перевищення розрахункових витрат над заданими, виконання проекту з передачею виготовлення на субпідряд забезпечує прийнятний рівень реалізовності.

Далі було розглянуто виконання трьох проектів (мультипроект) створення БПЛА: базової моделі МКМ-109 і двох модифікацій МКМ-109М1 і МКМ-109М2. Модифікації відрізняються від базової моделі, головним чином, корисним навантаженням та бортовим устаткуванням. Розходження в конструкції планера та силової установки незначні. Тому роботи, пов'язані з розробкою робочої конструкторської документації на планер і силову установку БПЛА-модифікацій зажадають значно менших строків і витрат, чим для базової моделі.

Крім того, у планах створення БПЛА-модифікацій відсутні роботи, що забезпечують проектування й переустаткування цеху із виготовлення досвідчених зразків, тому що відповідні роботи виконуються при розробці базової моделі.

Розглянуто варіант, коли створення всіх трьох БПЛА виконується власними силами КБ. Виготовлення апаратів виконується в цеху досвідченого виробництва. Результати розрахунку показали, що мультипроект займає 252 дня та вимагає більше 6161000 грн. Оскільки третій проект починається через два тижні після початку другого, виготовлення цього проекту в цеху досвідченого виробництва проблематично, тому що виробничі потужності цеху зайняті виготовленням другого БПЛА. Тому розглянуто можливість передачі виготовлення третього БПЛА по субконтракту виробничому підприємству. У цьому випадку КБ виконує науково-дослідні та проектні роботи по всіх трьох проектах. МКМ-109 і МКМ-109М1 виготовляють у цеху досвідченого виробництва КБ. Для виготовлення МКМ-109М2 укладено договір із виробничим підприємством, що має більш могутніше виробництво. КБ здійснює випробування та, при необхідності, доведення всіх БПЛА. У план створення БПЛА МКМ-109М2 внесено корективи: вилучено роботи, пов'язані із виготовленням БПЛА в цеху досвідченого виробництва КБ, а замість них внесено укладання договору та виготовлення БПЛА на промисловому підприємстві. Результати розрахунку показали, що тривалість мультипроекта скоротилася на 12 днів. Вартість зросла більш ніж на 120000 грн.

Далі був розглянутий варіант виготовлення всіх БПЛА по субконтракту. Розглянуто випадок, коли виготовлення всіх трьох БПЛА передається по субконтракту на виробниче підприємство. КБ виконує дослідно-конструкторські роботи, випробування та доведення БПЛА. Результати розрахунку мультипроекта показали, що в цьому випадку проект займає на 28 днів менше, ніж у першому випадку, однак його вартість зростає майже на 440000 грн.

У результаті дослідження було скоректовано зміст мультипроектів та враховано організаційну структуру виконання проектів. Показано, що ефективне виконання проекту з мінімумом ризиків забезпечується створеною кооперацією виконавців. Це дозволило мінімізувати сумарні фінансові витрати та підвищити можливість виконання проектів БПЛА до 97%.

У додатку наведено акти впровадження результатів дисертаційних досліджень.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі отримано рішення важливої науково-дослідної проблеми з розробки системного подання ПРАТ, що включає структуризацію, декомпозицію і стратифікацію, а також теоретичні основи управління проектами ПРАТ, що базуються на комплексі математичних методів і моделях проектного аналізу і менеджменту.

1. У роботі виконано системологічний аналіз проблеми розвитку авіаційної техніки, у результаті якого встановлено: вибір напрямків розвитку авіаційної техніки, складання перспективних планів і програм розвитку АТ мусять мати системний характер і аналізуватися за допомогою сучасного математичного арсеналу, включаючи системний підхід, на основі структуризації, декомпозиції та стратифікації. Здійснено вибір математичного інструментарію, що включає сучасні методи проектного аналізу, теорії прийняття рішень для створення експертних систем по обґрунтуванню дій проектувальників на початкових етапах створення АТ; теорії управління у вигляді логіко-алгебричних системних моделей управління проектними діями; методів системного імітаційного моделювання для складання і аналізу планів створення АТ; знанняорієнтованих моделей, для врахування знань висококваліфікованих фахівців АТ; сучасних інформаційних технологій для автоматизації дій фахівців зі створення АТ.

2. У рамках запропонованої методології створено науковообґрунтовану системну концепцію аналізу програми розвитку авіаційної техніки, основану на аналізі ефективності процесу створення АТ і використання морфологічного, структурного та функціонального підходів. Запропонована концепція дозволяє системно структурувати і формалізувати програму і проекти створення АТ.

3. Сформовано системний сценарій для обґрунтування і вибору напрямків розвитку АТ. Новизною є його багаторівневий характер і експертні процедури прийняття рішень, основані на імовірнісних оцінках, що задаються висококваліфікованими фахівцями (чиновниками, науковцями, досвідченими промисловцями, менеджерами виробництва, технологами та ін.). Запропонований сценарій дозволяє сформувати основний зміст (вимоги й структуру) ПРАТ.

4. Створено системне подання ПРАТ у просторі основних вимірів:

– напрямків розвитку АТ;

– планів у складі проектів і програм АТ;

– видів забезпечень (ресурсів) для виконання проектів і програм АТ.

Системне подання дозволяє особам, відповідальним за формування й виконання ПРАТ, структурувати програму, ув'язати основні елементи змісту, раціонально розподілити ресурси з урахуванням пріоритетів окремих проектів і програм.

5. Побудовано системні моделі, які формалізують і деталізують системне подання ПРАТ аж до окремих проектних дій. Особливістю запропонованого моделювання є багаторівневе та стратифіковане подання ПРАТ (цільове, структурне, функціональне, управлінське та ін.). Запропоновані моделі дозволяють перейти до комп'ютерного подання ПРАТ для задач аналізу, моделювання і управління ПРАТ.

6. Розроблено системну імітаційну модель багаторівневого планування проектних дій ПРАТ. Особливістю моделі є можливість різнорівневої деталізації робіт ПРАТ залежно від горизонту планування (довгострокове, середньострокове планування, річне замовлення) і можливість виявляти непогодження в планованій і фактичній моделях для задач управління ПРАТ. За допомогою запропонованої моделі забезпечуються вирішення задач перепланування з урахуванням пріоритетів окремих проектів і програм, що входять до ПРАТ.

7. Запропоновано системний підхід для аналізу реалізовності ПРАТ. Для цього проведено дослідження організаційної структури виконавців для основних горизонтів планування ПРАТ: довгостроковий, середньостроковий, річний. Проаналізовано реалізовність планів виконавців з використанням лінгвістичних змінних. Запропоновано метод оцінки реалізовності ПРАТ, оснований на оцінках експертів і нечітких множинах, що дозволяє провести оцінку реалізовності ПРАТ на ранніх стадіях її створення.

8. Запропоновано концепцію і створено експертну систему (ЕС) для прийняття рішень на початкових етапах формування і управління створенням АТ, основану на знаннях проектувальників. Особливістю запропонованих моделей для створення ЕС є використання інтуіціоністських нечітких множин, які враховують непевність експертів, пов'язану з невизначеністю та неоднозначністю подань проектувальників на початкових етапах ПРАТ.

9. Сформовано стратегію управління проектними діями зі створення АТ, основану на еталонній моделі планових дій і моделі фактичного виконання ПРАТ з управлінням щодо непогодження, що виникає при контрольному порівнянні “плану” і “факту”, що призводить в подальшому до перепланування. Таке подання керованих дій є новим і дозволяє менеджерам програм здійснювати цілеспрямоване управління змістом, часом, ресурсами, якістю і фінансами проектів з урахуванням можливих змін у зовнішньому і внутрішньому середовищах виконання ПРАТ.

10. Побудовано модель прогнозування поведінки довгострокових планів ПРАТ, основану на прикладній теорії хаосу. Показано, що зміна умов у зовнішньому і внутрішньому середовищах ПРАТ можуть призвести до нестійкої поведінки програми. Отримано умови і виділено параметри, які призводять до нестійкої поведінки ПРАТ (близької до хаотичної) на основі нечітких рекурентних моделей Такагі-Сугено. Це дозволяє менеджерам програми завчасно виявити і спрогнозувати нестійку поведінку ПРАТ шляхом зміни управляючих впливів з метою мінімізації ризику.

...