Организационно-технико-экономические системы: проблемы стохастического моделирования и оптимизации

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Федеральное государственное учреждение «Федеральный исследовательский центр «Информатика и управление» Российской академии наук» (ФИЦ ИУ РАН)

Организационно-технико-экономические системы: проблемы стохастического моделирования и оптимизации

Синицин И.Н.

заведующий отделом, Засл. деят. науки РФ, д.т.н., профессор

Аннотация

Организационно-технико-экономические системы (ОТЭС) -- это класс крупных хозяйствующих субъектов технического профиля, соответствующих 4--5-му технологическому укладу экономики, обладающих более высоким уровнем конкурентоспособности по сравнению с существующими, чья деятельность удовлетворяет современным международным стандартам, а продукция -- требованиям мировых рынков. Повышенная конкурентоспособность ОТЭС может быть обеспечена использованием более эффективных систем управления на основе учета стохастической динамики процессов, обусловленной действием внутренних и внешних помех и стохастических факторов, и оптимальных технологий обработки информации, планирования и регулирования. Представленные результаты научной школы: ВУНЦВВИА им. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина -- ФИЦИУ РАН -- МАИ в области стохастических CALS-технологий моделирования и оптимизации.

Ключевые слова: организационно-технико-экономическая система, стохастическое моделирование и оптимизация

Введение

Организационно-технико-экономические системы (ОТЭС) представляют собой класс крупных хозяйствующих субъектов технического профиля, соответствующих 4-5-му технологическому укладу экономики, обладающих более высоким уровнем конкурентоспособности по сравнению с существующими, чья деятельность удовлетворяет современным международным стандартам, а продукция -- требованиям мировых рынков.

Для ОТЭС повышенная конкурентоспособность может быть обеспечена использованием более эффективных систем управления на основе учета стохастической динамики процессов, обусловленной действием внутренних и внешних помех и стохастических факторов, и оптимальных технологий обработки информации, планирования и регулирования.

Для разработки общего подхода к проблеме моделирования и оптимизации управления структура ОТЭС должна быть представлена интегрированной сетью подсистем массового обслуживания (СеМО), предназначенных для хранения ресурсов, производства продукции, ее сбыта, использования по назначению, ремонта (восстановления требуемого качества после использования) и т.д. В некоторых случаях узлами сети целесообразно также считать финансовые и другие организации, поставляющие необходимые нематериальные ресурсы.

В настоящее время в практике проектирования логистических систем и управления их функционированием машиностроительных на и др. электротехнических предприятиях широкое применение получили методы и расчетные методики MRP/ERP, ориентированные на современные международные стандарты CALS (Continuous Acquisition and Lifecycle Support - подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции, заключающийся в использовании компьютерных систем и информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла продукции (ЖЦП)). Такие подходы опираются на детерминированные модели спроса и соответствующие им методы локальной оптимизации в изолированных узлах СеМО, а не оптимизации СеМО в целом.

Применение детерминированных подходов можно считать приемлемым только в условиях экономики с устойчивой конъюнктурой рынков. Существующие же сегодня внешнеэкономические факторы, такие как непредсказуемые скачки на фондовом и финансовом рынках, а также плотная привязка к ним российских торговых площадок оказывают существенное влияние на ее макро- и микроэкономические процессы. В микроэкономике оно проявляется, в первую очередь, в нарушениях ранее согласованных графиков работы узлов СеМО, что приводит к случайным по величине значениям моментов времени поставок и/или объемов ресурсов, продукции. Логистика предприятий, если они не защищены от стихии рынка, становится более хаотичной, управление последними уже трудно строить на детерминированных представлениях. Необходимыми становятся подходы и информационные технологии анализа и синтеза, основанные на стохастических моделях и методах, которые позволяют в подобных условиях определять оптимальную стратегию, предоставляющую такую защиту.

В настоящее время в рамках новой, создаваемой в РФ, методологии разработаны методы и технологии стохастического (имитационного и аналитического) моделирования процессов нелинейных динамических стохастических СеМО, охватывающих ЖЦП, а также получены теоретические решения задач оптимального оценивания процессов, синтеза стратегий управления и регулирования ОТЭС на заданных временных интервалах.

Принципы и подходы

Управление ОТЭС как интегрированной сетью включает в себя планирование процессов в соответствии с заданными критериями и эффективное операционное (ситуационное) управление, осуществляемое в режиме реального времени. Первое относится к программно-целевому управлению процессами, а второе -- к регулированию состояний.

В качестве управляющих воздействий на стохастические ОТЭС при условии, что структура системы состоит из типовых узлов, можно рассматривать несколько переменных. Этими управлениями являются:

интенсивности потоков ресурсов (продукции) как условные плотности вероятностей моментов времени переходов между узлами;

плотности вероятности распределения величины партий ресурсов или продукции, участвующих в переходах;

частота (периодичность) и плотности вероятностей величины (объема) дискретных поставок при пополнении ресурсов (в том числе объемы работ в трудозатратах при календарном обслуживании);

средняя производительность труда обслуживающего персонала, что определяет его профессиональный уровень и др.

Анализ перечисленных категорий управляющих воздействий показывает, что часть управляющих функций имеет непрерывный вид, а другая часть -- есть функции дискретного времени (плановые поставки при пополнении склада, плановое обслуживание ресурсов и продукции в календарные сроки и др.).

Таким образом, в целом, при решении проблемы оптимального планирования и управления ОТЭС аналитическими методами ее необходимо рассматривать как смешанную непрерывно-дискретную стохастическую задачу. В более общем случае система управления может быть построена на принципах комплексного имитационного моделирования с использованием имитационно-аналитических моделей (ИАМ).

Основные результаты

В качестве объекта исследований выбран класс ОТЭС, обладающих повышенной конкурентоспособностью, достигаемой за счет использования информационных технологий моделирования, анализа и оптимального синтеза систем, обеспечивающих высокую эффективность комплексного (сквозного) планирования и управления процессами ЖЦП в условиях внутренних и внешних стохастических помех различного происхождения.

В качестве объектов управления на этапах ЖЦП, включая использование по назначению, обслуживание, ремонт, начальные и текущие поставки, рассматриваются стохастические (в силу нерегулярности реальных процессов) потоки продукции в непрерывном и дискретном времени.

Рассмотрена структура ОТЭС в виде интегрированной сети систем массового обслуживания (СеМО). Показано, что современные международные CALS -- стандарты не обеспечивают построение эффективных систем планирования и управления СеМО, функционирующих в условиях нестабильности финансовых и фондовых рынков, а также воздействия непреднамеренных и преднамеренных помех, наносящих вред финансовым системам.

Сформулированы подходы создаваемой в РФ методологии Ст-CALS, в рамках которой должны быть разработаны методы и технологии стохастического (имитационного, аналитического и комплексного) моделирования процессов нелинейных динамических СеМО, охватывающих ЖЦП, а также получены теоретические решения задач оптимального оценивания процессов на фоне помех и синтеза программного планирования и управления (регулирования) ОТЭС на заданных временных интервалах.

Изложены принципы создания непрерывно-дискретных вероятностных аналитических моделей ОТЭС, порожденных смесью регулярных и пуассоновских потоков материальных и нематериальных видов ресурсов, описываемых взаимосвязанными стохастическими дифференциальными уравнениями Ито и разностными уравнениями.

Показано, что в основе подобных моделей лежит смешанный граф, вершины которого суть узлы СеМО с ограниченными функциями производительности, а дуги -- параметры общих пуассоновских процессов (величина и интенсивность скачков), моделирующих движение случайных по величине партий изделий продукции или их составных частей (СЧ) на этапах ЖЦ, а также дискретных процессов пополнения запасов ресурсов (продукции) на складах в узлах СеМО.

Особое место и роль в предложенной концепции ОТЭС принадлежит модели источника помех, которая должна предусматривать их возможный скрытный преднамеренный характер. Указанное обстоятельство диктует необходимость полагать, что в общем случае подобные помехи может генерировать организация (реальная или виртуальная) по типу ОТЭС (ОТЭС-П) с соответствующим планированием, управлением и документацией.

Для демонстрации деятельности ОТЭС-П разработан комплекс тестовых примеров системного воздействия преднамеренных помех на процессы ЖЦП ОТЭС, приводящего к появлению криминальной «скрытой бухгалтерии» (в противовес «белой бухгалтерии»), учитывающей фиктивные процессы использования, обслуживания, ремонта и МТО продукции. При этом создаются предпосылки к появлению неучтенных излишков материальных и финансовых средств, что приводит к экономическому ущербу для соответствующих организаций и предприятий. В наихудшем варианте организация подобной фиктивной системы может преследовать и такие экономические цели как доведение до банкротства отдельных предприятий с целью рейдерского захвата, или политические -- снижение конкурентоспособности предприятий и их продукции в угоду конкурентам.

Для противодействия ОТЭС-П предложено использовать в течение ЖЦП ОТЭС информационные технологии многоканальной и многоуровневой фильтрации с различными критериями оптимальности оценивания, включая оптимальные фильтры Калмана и условно оптимальные фильтры Пугачева.

В качестве наблюдателя как неотъемлемого системного элемента фильтра помех предложена концепция ОТЭС-Н как организации, предназначенной для контроля множества процессов ОТЭС, требующей использования, кроме оборудования, специально подготовленного персонала, со всеми ОТЭС, в данном случае с доминированием организационной и экономической компонент. Очевидно, что ОТЭС-Н также может подвергаться воздействию помех со стороны ОТЭС-П.

Для существенного повышения эффективности ОТЭС предварительно разработаны алгоритмы оптимизации траекторного управления детерминированными непрерывно-дискретными динамическими процессами на основе принципа максимума Беллмана.

Разработанные алгоритмы легли в основу решения задач оптимального программного управления (планирования) и регулирования процессов ОТЭС на фоне помех со стороны ОТЭС-П, описываемых взаимосвязанными стохастическими уравнениями Ито и разностными уравнениями.

При этом в случае линейно-квадратической задачи используется теорема о разделении функций оптимальной фильтрации и управления, что позволяет в уравнениях оптимального регулятора формально заменить фазовый вектор на его оценку.

Если в системе управления ОТЭС используются имитационные модели сложных технологических процессов, то для повышения их эффективности предложено создание комплексных моделей, что приводит к синергетическому эффекту сложения и взаимного усиления достоинств имитационной и аналитической компонент.

стохастический моделирование дискретный аналитический

Заключение

Исследования проведены в рамках научной школы «ВШсЬаБДс-СЛЬВ» (Ст- СЛЬ8) «ВУНЦ ВВИА им. Н.Е.Жуковского и Ю.А.Гагарина - ФИЦ ИУ РАН - МАИ (национальный исследовательский университет)».

Базовые публикации: [Шаламов, 2008]. [Шаламов и Головин, 2008], [Синицын и Шаламов, 2012, 2014а, б, 2015а, б, в, г, д], [Синицын, Шаламов и др., 2015]. Общее число публикаций насчитывает свыше 200 источников.

Список литературы

Синицын И.Н., Шаламов А.С. (2012). Лекции по теории систем интегрированной логистической поддержки. --М.: ТОРУС ПРЕСС.

Синицын И.Н., Шаламов А.С. (2014а). Базовые технологии управления стоимостью организационно-технико-экономических систем высокой доступности. Часть 1. Принципы и подходы // Системы высокой доступности. Т.10. №4. С.18--47.

Синицын И.Н., Шаламов А.С. (2014б). Базовые технологии управления стоимостью организационно-технико-экономических систем высокой доступности. Часть 2. Проектирование интегрированной информационной среды//Системы высокой доступности. Т.10. №4. С.49-82.

Синицын И.Н., Шаламов А.С. (2015а). Базовые технологии управления стоимостью жизненного цикла организационно-технико-экономических систем высокой доступности. Часть 3. Методическое обеспечение технологий стохастического моделирования стоимости процессов//Системы высокой доступности. Т.11. №1. С.23-60.

Синицын И.Н., Шаламов А.С. (2015б). Базовые технологии управления стоимостью жизненного цикла организационно-технико-экономических систем высокой доступности. Часть 4. Стохастическое моделирование процессов на рынке финансов, товаров и услуг//Системы высокой доступности. Т.11. №1. С.61--84.

Синицын И.Н., Шаламов А.С. (2015в). Базовые технологии управления стоимостью жизненного цикла организационно-технико-экономических систем высокой доступности. Часть 6. Стохастические методы микроэкономического моделирования динамических процессов//Системы высокой доступности. Т.11. №2. С.3--12.

Синицын И.Н., Шаламов А.С. (2015г). Методическое обеспечение информационных технологий стохастического моделирования процессов организационно-технико-экономических систем на «малых» рынках финансов, товаров и услуг//Исследования по экономике информационных систем: материалы научно-практической конференции «Экономическая эффективность информационных бизнес-систем /Под ред. М.И.Лугачева, К.Г.Скрипкина. --М.: Экономический факультет МГУ им. М.В.Ломоносова. С.83-95.

Синицын И.Н., Шаламов А.С. (2015д). Информационные технологии фильтрации помех в организационно-технико-экономических системах//Современные информационные технологии и ИТ-образование. --М.: Лига интернет-медиа. Т.1. №11. С.571--579 (Ш№411-1473).

Синицын И.Н., Шаламов А.С., Белоусов В.В., Гумникова Т.С. (Синицын, Шаламов и др., 2015). Базовые технологии управления стоимостью жизненного цикла организационно-технико-экономических систем высокой доступности. Часть 5. Тестовый пример стохастического моделирования стоимости процессов обеспечения технической готовности парков воздушных судов ОТЭС авиа- перевозок//Системы высокой доступности. Т.11. №1. С.85--101.

Титов Ю.П. (2014). Модификации метода муравьиных колоний для решения различных задач разработки маршрутов авиационных средств. Автоматика и Телемеханика. --М. Наука. №3. С.108--124.

Шаламов А.С. (2008). Интегрированная логистическая поддержка наукоемкой продукции. --М.: Университетская книга.

Шаламов А.С., Головин В.Я. (2008). Информационная система логистической поддержки машиностроительной продукции. Российская энциклопедия CALS. --М.: Авиационно-космическое машиностроение.

Размещено на Allbest.ru