Разработка имитационной модели процессов для исследуемого объекта "Департамент стратегического планирования Вологодской области"

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

2. ОПИСАНИЕ МЕТОДА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ И ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

3. ЛОГИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ МОДЕЛИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ

3.1 Значение и актуальность теории массового обслуживания

3.2 Значение и актуальность теории временных рядов

3.3 Логико-математическое описание моделируемой системы

4. РАЗРАБОТКА ВРЕМЕННОЙ ДИАГРАММЫ ПРОЦЕССОВ

5. РАЗРАБОТКА ФОРМАЛИЗОВАННОЙ СХЕМЫ ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ

6. РАЗРАБОТКА БЛОК-СХЕМ ПРОГРАММНЫХ БЛОКОВ И ОСНОВНОЙ ПРОГРАММЫ

6.1 Блок-схема имитационной модели

6.2 Структурная схема имитационной модели

6.3 Блок-схема GPSS

7. РАЗРАБОТКА И АНАЛИЗ РАБОТЫ МОДЕЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЯЗЫКА МОДЕЛИРОВАНИЯ

7.1 Применение аналитического метода

7.2 Разработка модели на языке моделирования GPSS

7.3 Разработка модели в среде AnyLogic

7.4 Анализ результатов работы модели

8. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Стратегическое планирование - это процесс создания и воплощения в жизнь программ, планов действий и мероприятий, взаимоувязанных в пространстве (по конкретным исполнителям) и во времени (по конкретным срокам), нацеленных на выполнение стратегических задач, а также основной миссии. В процессе стратегического планирования важнейшую роль играет как влияние внешней, так и внутренней среды исследуемого объекта. Категорически нельзя упускать ни один параметр, который может сформировать существенные связи между объектом и исполнителем, а также необходимо учесть значимость логико-математического и вероятностно-статистического аппарата в разработке самой стратегии.

На территории всех 83 субъектов Российской Федерации органами исполнительной государственной власти реализуется множественное количество государственных программ и стратегий социально-экономического развития, которые, в свою очередь, отражают процесс реализации поставленных целей (уровень жизни населения, трудовые ресурсы, финансово-бюджетный потенциал, сфера ЖКХ и др.), достижений ключевых показателей эффективности и стабилизируют ситуацию в конкретном исследуемом объекте. Для оперативной и мобильной работы, более качественного анализа и синтеза, обработки огромного количества данных необходимо применять специализированные программные комплексы, которые способны максимально точно отразить все параметры (теоретико-методологический подход) и с минимальной погрешностью дать оценку получившимся результатам (практико-ориентированный подход). С этой целью разрабатываются программные средства, но при этом, каждое из них преследует свои цели и задачи по реализации стратегии.

Цель данной работы:

Разработка имитационной модели процессов для исследуемого объекта «Департамент стратегического планирования Вологодской области».

Задачи работы:

1) анализ и синтез необходимой информации с целью постановки задачи, описание предметной области;

2) разработка логико-математического описания моделируемой системы;

3) разработка временной диаграммы процессов;

4) разработка формализованной схемы объекта моделирования;

5) разработка блок-схем программных блоков;

6) разработка и анализ работы модели;

7) экономическое обоснование проекта.

Научная новизна работы:

Научная новизна работы заключается в том, что в процессе выполнения работы впервые были определены и описаны некоторые параметры, которые оказывают существенное влияние на разработку стратегии и обработку данных в процессе её разработки. В процессе исследования был изучен и применен вероятностно-статистический метод и теория СМО.

Практическая значимость работы:

Практическая значимость разработки имитационной модели процессов объекта «Департамент стратегического планирования области» заключается в дальнейшей возможности внедрения её в конкретных структурных подразделениях (управление макроэкономики и стратегического планирования, управление государственных программ).

Апробация работы.

По содержанию выпускной квалификационной работы были сделаны доклады на внутривузовской (Дни студенческой науки ВоГУ), региональной (Ежегодная научная сессия молодых ученых и аспирантов), всероссийской (Всероссийский конкурс «Лучшая студенческая статья - 2017») и международной студенческой конференции (Молодежный научный форум «Молодые исследователи регионам - 2017»), имеется ряд выступлений на круглых столах и научных семинарах, а также в процессе исследования состоялись обсуждения с представителями Департамента в форме консультаций. Помимо основных результатов работы, которые будет применены в организационном процессе исследуемого объекта, планируется изучение дополнительных возможностей имеющихся ресурсов (ГАС «Планирование»).

Публикации. Основные результаты изложены в трех работах:

1. Кузнецов И.А. «Разработка имитационной модели процессов Департамента стратегического планирования» (Сборник статей VII Международного научно-практического конкурса, 27 апреля 2017 г. / МЦНС «Наука и Просвещение», г.Пенза);

2. Кузнецов И.А. «Разработка имитационной модели процессов в Департаменте стратегического планирования» (Материалы Межрегиональной научной конференции X Ежегодной научной сессии аспирантов и молодых ученых, ВоГУ, г. Вологда);

3. Кузнецов И.А. «Применение имитационного моделирования для автоматизации процессов Департамента стратегического планирования» (Сборник материалов Международной научной конференции «Молодые исследователи регионам - 2016», ВоГУ, г.Вологда).

Выпускная квалификационная работа состоит из восьми разделов.

В первом разделе приведены результаты анализа и синтеза необходимой информации с целью постановки задачи.

Во втором разделе сформирован метод решения поставленной задачи и приведено полное описание предметной области.

В третьем разделе приведено логико-математическое описание моделируемой системы.

В четвертом разделе описаны этапы и результат разработки временной диаграммы процессов.

В пятом разделе приведены формализованная схема объекта моделирования и её подробное описание.

В шестом разделе приведены блок-схемы программных блоков и основной программы, а также их описание.

В седьмом разделе описаны этапы разработки модели и её процедур.

В восьмом разделе приведено экономическое обоснование проекта.

1. ЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Стратегическое планирование является одним из эффективных методов воздействия на инновационное развитие региона, однако применение его на региональном уровне сдерживается недостаточным теоретическим и методологическим обоснованием, что вызывает сложности у органов местной исполнительной власти и требует выработки практических рекомендаций. Ввиду этого необходимо учесть использование дополнительных ресурсов, таких как, человеческие, временные, производственные, информационные, организационные, правовые и др. Далеко не всегда применение их в конкретной ситуации позволяет достичь желаемых результатов, например, в процессе построения социально-экономических прогнозов и планирование бюджетного процесса изучаемого субъекта.

В настоящее время значимость стратегического управления (менеджмента) крайне необходима не только в деятельности конкретных организаций и предприятий (микроуровень), но и на территории муниципалитета, субъекта и страны в целом (макроуровень). Большое количество ученых-экономистов, социологов, математиков и политологов доказали в своих трудах существенное влияние стратегического планирования на динамику внутренних и внешних процессов макросреды. Например, Дж.Пирс и Р.Робертсон определяли это понятие как «набор решений и действий по формулированию и выполнению стратегий, разработанных для того, чтобы достичь целей организации», а А.Томпсон и А.Стрикленд как «план управления фирмой, направленный на укрепление ее позиций, удовлетворение потребителей и достижение поставленных целей» [1].

Определяя стратегические приоритеты, направления и проекты как инструментальные средства реализации стратегии, необходимо понимать каким образом это позволит перевести исследуемый объект из его настоящего состояния в желаемое, т.е. первичное прогнозирование, анализ и синтез имеющейся информации [2]. В этом и состоит сложность постановки задачи по разработке стратегических программ и самой стратегии развития. На плечах сотрудников органов исполнительной власти, курирующих данное направление, возложена огромная ответственность за точность и корректность принятых решений, поэтапность выполнения конкретных шагов и мониторинг каждой «точки роста». Такими этапами могут быть:

1) анализ окружения (внешняя среда и внутреннее состояние);

2) постановка целей и средств (изучение рынка, сбор информации, эмпирические исследования);

3) применение деятельностного подхода (конкурентный анализ, стратегический выбор, стратегическое осуществление);

4) анализ изменений и новаций и др.

Рассмотрев ряд литературных источников по стратегическому менеджменту, планированию и управлению можно сделать вывод, что абсолютно каждое стратегическое решение должно быть принято на основании первичного стратегического анализа и синтеза, подтвержденного конкретными данными и обработанной информацией, которая может быть применена как первичный источник. В этом случае прибегают к использованию специализированных программных средств и приложений, основная цель которых способствовать выработке оперативных и адекватных результатов. В редких случаях проводится моделирование всей системы в целом, т.к. исполнителю важно влияние каждого объекта и количество связей между ними.

Вологодская область, как и любой другой субъект Российской Федерации, наделена полномочиями самостоятельно определять стратегические цели и направления развития (в соответствии с Уставом Вологодской области, принятым Постановлением Законодательного собрания Вологодской области от 03.10.2001 №481). Основу этого составляет социально-экономическое положение региона на федеральном уровне. В этом случае органами власти (Минэкономразвития РФ, Минфин РФ) в соответствии с методическими рекомендациями предлагается разработка стратегии социально-экономического развития на краткосрочный и долгосрочный период, а также формирование бюджетного прогноза на плановый период. В октябре 2016 года была принята Стратегия социально-экономического развития Вологодской области до 2030 года (в соответствии с Постановлением Правительства Вологодской области от 17.10.2016 №920), основными приоритетами которой стали:

1) формирование пространства для жизни;

2) формирование пространства для развития;

3) формирование пространства эффективности.

Основной целью социально-экономической политики Вологодской области на период до 2030 года является сохранение демографического потенциала и накопление человеческого капитала за счет конкурентоспособности области и формирования пространства развития, а также стабилизация основных условий для повышения качества жизни [3]. В Стратегии-2030 указано, что к 2030 году необходимо выполнить ряд приоритетных (ключевых) показателей, которые позволят не только стабилизировать социально-экономическое положение региона, но и улучшить ситуацию в демографии, социальной политике, жилищно-коммунальной сфере, малое и среднее предпринимательство и др. Мониторинг и контроль реализации Стратегии-2030 осуществляется Департаментом стратегического планирования области, в структуре которого находятся три основных управления - макроэкономики и стратегического планирования, государственных программ и организационной, кадровой и правовой работы и оценки регулирующего воздействия.

В ходе выполнения поставленных задач во время производственной, научно-исследовательской и преддипломной практики в Департаменте стратегического планирования области автором работы были изучены организационная структура, нормативно-правовая база кадровая документация и внутренний (внешний) документооборот, процессы обработки социально-экономической информации, принципы использования программных средств и взаимодействия с другими структурными подразделениями. Помимо этого были исследованы основные возможности оперативного принятия управленческих решений. Также в ходе выявления причин необходимости разработки имитационной модели проводилась постоянная корректировка основных элементов системы, уточнение статистических и вероятностных показателей и информационной базы [4]. На основании вышеперечисленного был сделан вывод о необходимости разработки имитационной модели процессов для увеличения эффективности деятельности и достижения поставленных целей (ключевых показателей эффективности - KPI), что послужило основной задачей выполнения данной работы.

Имитационное моделирование позволяет с высокой точностью оценить адекватность и системность реализации процессов, вспомогательных процедур, выполняет сложные и алгоритмические расчеты с использованием общеизвестных математических методов, а также определеть поведение объекта в определенный (случайный) момент времени, спрогнозировать его жизненный цикл и смоделировать «каркас» с целью глубокого изучения.

Этот метод позволяет строить модели, которые описывают процессы так, как они проходили бы в действительности и в реальном отображении. Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов.

По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику. В процессе имитационного моделирования определяются наиболее важные и заметные по уровню чувствительности факторы, которые в дальнейшем становятся параметрами-приоритетами и накладывают ряд ограничений, определяющих насколько будут «срезаны» наименее важные характеристики исследуемого объекта и как быстро будут протекать процессы, если менять их значения.

2. ОПИСАНИЕ МЕТОДА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ И ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

В экономических исследованиях довольно часто применяются методы вычисления какой-либо интегральной характеристики или отдельных показателей, которые определяются на основе других социально-экономических показателей, который основывается на оперировании усредненными значениями либо экспертными оценками (отдельными числами). Вопрос о выборе тех или иных значений остается открытым и требует дополнительного обоснования [5].

Следует отметить, что такой подход обусловлен стремлением человека к снижению неопределенности в анализе и синтезе сложных явлений, получению обоснованных в определенной мере выводов. По факту реальные социально-экономические системы являются совокупностью взаимодействующих и взаимовлияющих объектов и субъектов. Структура системы определена факторными условиями взаимодействия ее элементов, что в конечном итоге определяет цель и потенциал развития системы. При построении модели региона, муниципалитета или какой-либо территории необходимо также учитывать некоторые особенности функционирования данного объекта как структуры, непосредственно интегрированной в экономику страны.

При исследовании социально-экономического объекта для начала выявляют и описывают модель исследуемой структуры, определяют способы и форматы взаимодействия элементов системы на основе обратных связей, а затем строят систему нелинейных одновременных уравнений, которые описывают математическую модель исследуемого объекта [6].

На рисунке 2.1 приведем схему, которая отражает работу модели региона в общем виде.



Рисунок 2.1 - Модель экономики региона в общем виде

Цель работы - разработать имитационную модель процессов в Департаменте стратегического планирования и поведение в условиях имитации и взаимодействия с внешней средой, которая максимально точно могла бы отражать специфику основных действий и задач.

Для достижения указанной цели были определены основные задачи исследования:

1) рассмотрение и анализ исследуемой системы;

2) разработка концептуальной модели;

3) представление модели в виде системы массового обслуживания;

4) моделирование системы.

Тема, поднимаемая в работе, является актуальной, так как в настоящее время идёт интенсивное развитие и внедрение информационных технологий для более эффективного функционирования конкретной организации, либо предприятия [7].

Построение имитационной модели значительно упрощает работу пользователя с любым количеством информации, что повышает скорость работы и, соответственно, производительность труда, уменьшая количество трудозатрат и привлекаемых ресурсов.

Департамент стратегического планирования Вологодской области подчиняется Губернатору Вологодской области и Заместителю Губернатора Вологодской области, курирующему вопросы социально-экономической политики региона. Департамент сотрудничает и координирует со всеми органами исполнительной государственной власти (наиболее близко - Департамент финансов, Государственно-правовой Департамент), органами государственной законодательной власти (Законодательное Собрание области), Торгово-промышленной палатой, Корпорацией развития, Счетной палатой и др.

Основным документом, который регламентирует и регулирует функционал Департамента стратегического планирования Вологодской является Положение о Департаменте стратегического планирования Вологодской области [8].

Основными задачами деятельности Департамента являются:

- реализация стратегического планирования социально-экономического развития области;

- формирование сводных прогнозных и аналитических материалов по социально-экономическому развитию области;

- осуществление оценки регулирующего воздействия и экспертизы проектов нормативных правовых актов области в целях выявления положений, необоснованно затрудняющих осуществление предпринимательской и инвестиционной деятельности;

- проведение мониторинга достижения целевых показателей, содержащихся в указах Президента Российской Федерации ;

- организация на территории области мероприятий по противодействию предпринимательской деятельности, включающей производство товаров (работ и услуг), которая осуществляется без необходимой законодательством государственной регистрации, укрываемой от статистического учета и налогообложения, а также неформальной занятости граждан (теневой сектор экономики);

- обеспечение системы выработки мер оперативного реагирования на риски социально-экономической нестабильности, возникающие на территории региона.

Используемые программные средства:

1) ПС «Консультант-Плюс: сводное региональное законодательство» - база нормативно-правовых актов по округам (регионам) - представлено на рисунке 2.2;

Рисунок 2.2 - Интерфейс КонсультантПлюс

2) ПС Microsoft Office 2007 - пакет программ для управления документооборотом (чаще всего используется Word, Excel, Outlook и PowerPoint), создания текстовых и табличных информационных бюллетеней, презентации и с целью использования шаблонов для более быстрого создания документов;

3) ПС «Директум» - внутренняя программа для обмена документацией и информацией между сотрудниками Департамента (представлено на рисунке 2.3);



Рисунок 2.3 - Интерфейс ПС «Директум»

4) Государственная автоматизированная система «Управление» (ГАС «Управление») - информационная система, которая обеспечивает загрузку и централизованное хранение социально-экономических показателей Вологодской области и иной отчетной информации, оперативный доступ потребителей информации к показателям ГАС «Управление» Вологодской области, сводное графическое представление данных различных видов. В настоящее время в Департаменте стратегического планирования активно внедряется ГАС «Планирование». ГАС «Управление» представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Интерфейс ГАС «Управление»

5) Прочие программные средства, с целью более оперативной обработки информации, хранения, передачи, блокировки и ограничения доступа к данным.

В большей степени используется программные средства «Директум» и ГАС «Управление» как приоритетные - для выполнения основных задач и функций. Опишем функционал каждой структурной единицы более подробно в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Функционал Департамента стратегического планирования области
Структурная единица	Функционал
1	2
Начальник Департамента	- организует деятельность Департамента по реализации возложенных задач и полномочий (функций) и осуществляет руководство деятельностью Департамента; - издает в пределах своих полномочий правовые акты по вопросам, отнесенным к полномочиям Департамента; - утверждает положения о структурных подразделениях Департамента, должностные регламенты государственных служащих и др.; - организует кадровое обеспечение деятельности Департамента, в том числе дополнительное профессиональное образование государственных гражданских служащих; - обеспечивает в Департаменте исполнение трудового законодательства и законодательства о государственной гражданской службе; - присваивает в пределах своих полномочий классные чины государственным гражданским служащим Департамента; - распоряжается имуществом Департамента, заключает договоры, выдает доверенности; - обеспечивает исполнение федеральных законов, законов области, иных нормативных правовых актов по вопросам деятельности Департамента; - принимает меры по предотвращению или урегулированию конфликта интересов, по устранению причин коррупции; - подписывает документы, исходящие из Департамента; - открывает счета в соответствии с законодательством Российской Федерации и Вологодской области;
Заместитель Начальника Департамента	Начальник Департамента имеет заместителя, который назначается на должность и освобождается от должности Губернатором области в установленном порядке. В период отсутствия Начальника Департамента его полномочия возлагаются распоряжением Губернатора области на его заместителя. Заместитель Начальника Департамента в пределах своей компетенции вправе действовать без доверенности от имени Департамента, представлять его интересы.
Приемная Департамента	осуществляет прием и обработку входящей корреспонденции, телефонных звонков от граждан, обеспечивающий функционал (в соответствии с ФЗ «О государственной гражданской службе»)
управление макроэкономики и стратегического планирования	- осуществление стратегического планирования социально-экономического развития области. - подготовка сводных прогнозных и аналитических материалов по социально-экономическому развитию области.
управление государственных программ	основной задачей деятельности управления является осуществление стратегического планирования социально-экономического развития области в части государственных программ области и ведомственных целевых программ.
управление организационной, кадровой, правовой работы и оценки регулирующего воздействия	- кадровое обеспечение, включая обеспечение соблюдения законодательства о государственной гражданской службе, противодействии коррупции; - правовое обеспечение деятельности Департамента, в том числе обеспечение соблюдения законности при осуществлении его функций, защиту его интересов; - подготовку заключений об оценке регулирующего воздействия проектов нормативных правовых актов области; - проведение экспертизы нормативных правовых актов области в соответствии с законом области от 11 декабря 2013 года N 3225-ОЗ; - подготовку докладов об осуществлении регионального государственного контроля (надзора) и муниципального контроля в соответствующих сферах.
Всего сотрудников - 31 человек.

Определив источники поступления информации, поступаемые от отделов (управлений) изучаемого организационно-управленческого объекта, изобразим схематично на рисунке 2.5. Формы представления определяются внутренними регламентами и локальными нормативно-правовыми документами, указанными в общем перечне законодательства.

Рисунок 2.5 - Организационная структура Департамента

Для повышения эффективности деятельности исследуемого объекта проводится неоднократное (ежегодное) обучение и повышение квалификации государственных служащих, а также их аттестация. Сотрудники управлений также являются объектами исследования, но особого вида - их поведение объясняется регламентом исполнения задач. Каждый сотрудник может выполнять не менее одной задачи за один этап, если это не оговорено иными требованиями регламента.

Каждое управление Департамента является структурной единицей со своими целями и задачами, которые, в свою очередь, разделены по приоритету и темпам исполнения задач (время обработки одного запроса одним сотрудником без учета очереди, порядок выполнения функций и др.). Каждая задача предполагает собой конкретный алгоритм, который следует реализовать в формальном виде.

Изобразим схему функционирования Департамента на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Схема функционирования Департамента

Объясним суть алгоритма, который представлен на рисунке:

1. заявители (исполнители) могут отправлять сразу несколько заявок за один этап;

2. поток заявок имеет дискретный (непрерывный) характер;

3. наиболее уязвимым звеном по обработке заявок (запросов) является объект «Приемная Департамента»;

4. ряд запросов-обращений могут рассматриваться неоднократно и возвращаться заявителям с целью обоснования их дополнительной документацией.

Отметим, что основные процессы по внутреннему документообороту, взаимодействию между структурными подразделениями и их сотрудниками происходит как в очном режиме (плановые совещания, индивидуальные беседы), так и в удаленном формате (ВКС, электронная почта). Департаментом стратегического планирования также используются и ряд других программных средств, которые дополняют обмен информацией и обработку документов в более ускоренном режиме.

3. РАЗРАБОТКА ЛОГИКО-МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ МОДЕЛИРУЕМОЙ СИСТЕМЫ

3.1 Значение и актуальность теории массового обслуживания

Теория массового обслуживания - область прикладного математического знания, которая занимается анализом и синтезом процессов в системах производства, обслуживания, управления и домашнего хозяйства. Однородные события повторяются многократно, к примеру, на предприятиях и других структурах различных организационно-правовых форм (товариществах, консорциумах, холдингах); в системах приема, обработки и передачи информации; автоматических линиях производства и др. [9].

Объектом изучения теории массового обслуживания являются системы массового обслуживания (СМО) и входящее в них окружение, включая внешнее взаимодействие.

Цель теории массового обслуживания - разработка методов и рекомендаций по рациональному построению СМО, адекватной организации их работы и контроля потока заявок для обеспечения высокой эффективности работы СМО.

В большинстве сферах производства, хозяйственного обслуживания, экономики и финансов важную роль играют автоматизированные и распределенные системы специального вида, которые реализуют многократное выполнение однотипных операций, специфических процедур. Такие системы являются системами массового обслуживания (СМО) [10]. В качестве примеров СМО можно привести следующие системы: банки, страховые организации, налоговые инспекции, службы автоконтроллинга и мн.др. В сфере производства и обслуживания - различные системы связи (в т.ч. АТС), погрузочно-разгрузочные комплексы, автозаправочные станции, магазины, парикмахерские, билетные кассы, пункты обмена валюты, ремонтные мастерские, больницы и т.д. Такие системы как компьютерные сети, системы сбора, хранения и обработки информации, распределенные автоматизированные информационные системы, транспортные системы, автоматизированные производственные участки и, в военной области, системы противовоздушной или противоракетной обороны также могут рассматриваться как специфические СМО [11].

Каждая СМО включает в себя некоторое число обслуживающих устройств, которые называются каналами обслуживания. Роль каналов могут играть лица, которые выполняют те или иные операции (кассиры, операторы, продавцы, парикмахеры и т.д.), линии связи, автомашины, краны, ремонтные бригады, железнодорожные пути, бензоколонки и т.д. Пример СМО с некоторыми ее элементами приведен на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Схема СМО с элементами

Каждая СМО необходима для обслуживания определенно заданного потока заявок, поступающих на вход системы непостоянно, а в случайные моменты времени. Обслуживание заявок также длится в случайные промежутки времени, которые иногда невозможно определить. После обслуживания заявки канал освобождается и принимает следующую заявку. Такое поведение потока и время выполнения может привести к неравномерной загрузке СМО: на входе СМО могут оставаться необслуженные заявки (они либо становятся в очередь, либо покидают СМО), в другие же периоды времени при свободных каналах на входе СМО заявок не будет, что приводит к недогрузке СМО (простаивание каналов) [12].

График вероятности блокировки в зависимости от нормированной загрузки (перегрузки канала) представлен на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Вероятность блокировки от нормированной загрузки

Отсюда, в каждой СМО можно выделить следующие элементы, которые представлены на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Основные элементы системы массового обслуживания

Каждая система в зависимости от различных параметров: характера потока заявок, числа каналов обслуживания и их производительности, а также от правил организации процессов, обладает определенной эффективностью (пропускной способностью), позволяющей ей более или менее успешно справляться с потоком заявок.

Основная часть СМО является объектом исследования с целью определения ключевых показателей работы системы. В этом случае прибегают к прямому имитационному моделированию и определяют ее окружение. В качестве характеристик эффективности СМО можно выбрать две основные группы показателей, представленные на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Характеристика показателей СМО

Системы массового обслуживания делятся на типы по определенным признакам. По числу каналов СМО подразделяют на одноканальные и многоканальные. Предполагается, что каждый канал одновременно может обслуживать только одну заявку и, если не оговорено, каждая находящаяся под обслуживанием заявка обрабатывается только одним каналом.

Многоканальные СМО могут состоять из однородных каналов, либо из разнородных, которые отличаются длительностью обслуживания одной заявки. Практически время обработки каналом одной заявки является непрерывной (дискретной) случайной величиной. Однако при условии абсолютной однородности поступающих заявок и каналов время обслуживания может быть и величиной постоянной, что на практике бывает довольно редко.

Каждая СМО способна помимо выполнения основных функций моделирования системы выполнять дополнительные процедуры, которые не оговорены изначально. Например, визуализация комплексной работы аэропортов или системы транспортных перевозок.

3.2 Значение и актуальность теории временных рядов

В настоящее время решения в аспекте управления и стратегического планирования должны приниматься на базе глубокого изучения и анализа имеющейся информации. При решении такого рода задач необходим профильный аппарат прикладной статистики и экономико-математического моделирования. Составными частями данных направлений являются как статистический методы прогнозирования, так и тщательный анализ случайных процессов, временных рядов. Данные методы позволяют установить закономерности в рамках рассмотрения случайностей, обосновать прогнозы и найти вероятность их выполнения.

При изучении классической модели регрессии и корреляции род исходных данных не имеет принципиального значения. Способы исследования моделей, разработанных на основе данных пространственных выборок и временных рядов, могут существенно различаться. Такое поведение можно объяснить тем, что наблюдение в аспекте изучения временных рядов нельзя считать независимыми.

Под временным рядом понимается последовательность наблюдений некоторой случайной величины в последовательные моменты времени. Отдельные наблюдения называются уровнями ряда. В традиционном виде при исследовании временного ряда выделяют несколько составляющих:

- аддитивная модель

- мультипликативная модель

где - тренд, плавно меняющаяся компонента, описывающая чистое влияние долговременных факторов, то есть длительную тенденцию изменения признака;

- сезонная компонента, отражающая повторяемость экономических процессов в течение не очень длительного периода;

- циклическая компонента, отражающая повторяемость экономических процессов в течение длительных периодов;

- случайная компонента, отражающая влияние неподдающихся учету и регистрации случайных факторов.

Отметим, что в отличие от случайной компоненты первые три составляющие являются закономерными, неслучайными.

Основными целями анализа временных рядов является выявление присущих им закономерностей и прогнозирование на будущее (с учётом этих закономерностей).

Существует великое множество методов анализа временных рядов, которым посвящена обширная литература. Эти методы могут применяться каждый в отдельности, в различных комбинациях и в разной последовательности. В зависимости от этого могут получаться различные результаты. Однако для «хороших» временных рядов они буду не очень сильно различаться между собой.

Предполагается, что временной ряд можно разделить на три составляющие:

1) тренд, т.е. некая общая закономерность роста или убывания;

2) сезонная (или циклическая) компонента;

3) случайная компонента (шум).

Одной из важнейших задач исследования экономического временного ряда является выявление основной тенденции изучаемого процесса, выраженной неслучайной составляющей f(t) (тренда с циклической или (и) сезонной составляющей). Для решения этих задачи необходимо выбрать вид функции f(t).

Наиболее часто используется следующие функции:

1) линейная - f(t) = b₀+b₁t;

2) полиномиальная - f(t) = b₀+b₁t+…+b_ntⁿ;

3) экспоненциальная - f(t) = e^b0+b1t;

4) логистическая - f(t) = a/1+be^-ct;

5) Гомперца - log_cf(t) = a - br^t, где 0 < r < t.

Это весьма ответственный этап исследования. При выборе соответствующей функции f(t) используют содержательный анализ (который может установить характер динамики процесса), визуальные наблюдения (на основе графического представления временного ряда). При выборе полиномиальной функции может быть применён метод последовательных разностей (состоящий в вычислении разностей первого порядка Д_t = x_t - x_t-1, второго порядка - Д_t⁽²⁾ = Д_t - Д_t-1 и т.д., и порядок разностей, при котором они будут примерно одинаковыми, принимается за степень полинома).

Из двух функций предпочтение обычно отдаётся той, при которой меньше сумма квадратов отклонений фактических данных от расчётных на основе этих функций. Но этот принцип нельзя доводить до абсурда: так, для любого ряда из n точек можно подобрать полином (n-1) степени, проходящий через все точки, и соответственно с минимальной - нулевой - суммой квадратов отклонений, но в этом случае, очевидно, не следует говорить о выделении основной тенденции, учитывая случайный характер этих точек. Поэтому при прочих равных условиях предпочтение следует отдавать более простым функциям.

Для выявления основной тенденции чаще всего используется метод наименьших квадратов. Значения временного ряда x_t или y_t рассматриваются как зависимая переменная, а время t - как объясняющая:

y(t) = f(t) + е_t,

где е_t - возмущения, удовлетворяющие основным предпосылкам регрессионного анализа, т.е. представляющие независимые и одинаково распределённые случайные величины, распределение которых предполагаем нормальным.

Распространенным приемом при выявлении тенденции развития является сглаживание временного ряда. Суть различных приемов сглаживания сводится к замене фактических уровней временного ряда расчетными, обладающими меньшей колеблемостью. Это способствует более четкому проявлению тенденции развития. Иногда сглаживание применяют как предварительный этап перед использованием других методов выделения тенденции.

Скользящие средние позволяют сгладить как случайные, так и периодические колебания, выявить имеющуюся тенденцию в развитии процесса, и поэтому, являются важным инструментом при фильтрации компонент временного ряда. Представим блок-схему алгоритма анализа временных рядов в общем виде на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Блок-схема алгоритма анализа временного ряда

Алгоритм сглаживания по простой скользящей средней может быть представлен в виде следующей последовательности шагов:

1. Определяют длину интервала сглаживания g, включающего в себя g последовательных уровней ряда (g<n). При этом надо иметь в виду, что чем шире интервал сглаживания, тем в большей степени взаимопогашаются колебания, и тенденция развития носит более плавный, сглаженный характер. Чем выше колеблемость, тем шире должен быть интервал сглаживания.

2. Разбивают весь период наблюдений на участки, при этом интервал сглаживания как бы скользит по ряду с шагом, равным 1.

3. Рассчитывают арифметические средние из уровней ряда, образующих каждый участок.

4. Заменяют фактические значения ряда, стоящие в центре каждого участка, на соответствующие средние значения.

При этом удобно брать длину интервала сглаживания g в виде нечетного числа: g=2p+1, т.к. в этом случае полученные значения скользящей средней приходятся на средний член интервала. Наблюдения, которые берутся для расчета среднего значения, называются активным участком сглаживания.

Процедура сглаживания приводит к полному устранению периодических колебаний во временном ряду, если длина интервала сглаживания берется равной или кратной циклу, периоду колебаний.

Для устранения сезонных колебаний желательно было бы использовать четырех- и двенадцатичленную скользящие средние, но при этом не будет выполняться условие нечетности длины интервала сглаживания.

При использовании скользящей средней с длиной активного участка g=2p+1 первые и последние p уровней ряда сгладить нельзя, их значения теряются. Очевидно, что потеря значений последних точек является существенным недостатком, т.к. для исследователя последние "свежие" данные обладают наибольшей информационной ценностью.

Идентификация моделей. Под идентификацией моделей обычно понимают выявление их структуры и оценивание параметров. Поскольку структура - это тоже параметр, хотя и нечисловой, то речь идет об одной из типовых задач прикладной статистики - оценивании параметров.

Проще всего задача оценивания решается для линейных (по параметрам) моделей с гомоскедастичными независимыми остатками. Восстановление зависимостей во временных рядах может быть проведено на основе методов наименьших квадратов и наименьших модулей оценивания параметров в моделях линейной (по параметрам) регрессии. На случай временных рядов переносятся результаты, связанные с оцениванием необходимого набора регрессоров, в частности, легко получить предельное геометрическое распределение оценки степени тригонометрического полинома.

Однако на более общую ситуацию такого простого переноса сделать нельзя. Так, например, в случае временного ряда с гетероскедастичными и автокоррелированными остатками снова можно воспользоваться общим подходом метода наименьших квадратов, однако система уравнений метода наименьших квадратов и, естественно, ее решение будут иными.

Двухшаговый метод наименьших квадратов состоит в том, что оценивают параметры отдельного уравнения системы, а не рассматривают систему в целом. В то же время трехшаговый метод наименьших квадратов применяется для оценки параметров системы одновременных уравнений в целом. Сначала к каждому уравнению применяется двухшаговый метод с целью оценить коэффициенты и погрешности каждого уравнения, а затем построить оценку для ковариационной матрицы погрешностей. После этого для оценивания коэффициентов всей системы применяется обобщенный метод наименьших квадратов. Применение метода наименших квадратов представлен на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Метод наименьших квадратов (визуализация)

Менеджеру и экономисту не следует становиться специалистом по составлению и решению систем эконометрических уравнений, даже с помощью тех или иных программных систем, но он должен быть осведомлен о возможностях этого направления эконометрики, чтобы в случае производственной необходимости квалифицированно сформулировать задание для специалистов по прикладной статистике.

Аналитический метод в данном случае требует большого объема ресурсов (как временных, так и технических). Исполнителю требуется применение специфических математических методов и потратить время на первичную обработку данных (ранжирование, сортировка, разделение по рангам и др.). Техническое решение задач, связанных с использованием временных рядом, является весьма актуальным и несёт собой практическое значение в проведении социально-экономических и научных исследованиях, прогнозирования, стратегического и бизнес-планирования. Правильный (системный) подход к выполнению таких целей позволит с наиболее высокой точностью и большей вероятностью определить исход событий, а также изучить наблюдаемую величину, определить основные характеристики и компоненты.

3.3 Логико-математическое описание моделируемой системы

Суть логико-математического подхода - моделирование СМО с помощью описания изменений состояния системы, происходящих в конкретные периоды времени. Момент времени, в который может измениться состояние системы, называется моментом наступления события, а соответствующая ему логическая процедура обработки изменений состояния системы называется событием. Для построения логико-математической (дискретно-событийной) модели системы определяют события, при которых изменяется состояние системы, а затем моделируют процедуры, которые соответствуют каждому типу событий.

Состояние системы в этой модели аналогично состоянию в сетевой модели, определяемое значениями переменных и атрибутов компонентов, принадлежащих различным классам. Первичное состояние системы устанавливается с помощью определения начальных значений переменных модели, генерации компонентов в системе, а также с помощью планирования событий в модели.

На рисунке 3.7 представлена связь между понятиями «действие» и «событие», которая указывает на факт прямого влияния действия в начале события (реакции после его наступления) в ходе самого процесса.

Рисунок 3.7 - Связь между понятиями «действие» и «событие»

В данной работе применяются следующие распределения: равномерное, нормальное, логнормальное, пуассоновское распределение.

Нормальное распределение - функция плотности вероятности нормального закона имеет вид:

(3.1)

где , - параметры нормального закона ( - среднее значение, - дисперсия нормального распределения).

Генератор нормально распределенной случайной величины X можно получить по формуле:

(3.2)

где T_j - значения независимых случайных величин, равномерно распределенных на интервале (0, 1).

Равномерное распределение - это функция плотности вероятности равномерного распределения задает одинаковую вероятность для всех значений, которые лежат между минимальным и максимальным значениями переменной. Иначе, вероятность того, что значение попадает в указанный интервал, пропорциональна длине этого интервала.

(3.3)

Среднее значение распределения равно

(3.4)

А дисперсия равна

(3.5)

Равномерно распределенная случайная величина X на отрезке [a, b] выражается через равномерно распределенную на отрезке [0, 1] случайную величину R формулой (3.6):

(3.6)

Логнормальное распределение - метод получения случайного выборочного значения Y=eX, где X - нормальное распределение случайной величины с дисперсией

(3.7)

и средним значением

(3.8)

Распределение Пуассона - для получения пуассоновски распределенной случайной величины Y можно воспользоваться следующим методом:

(3.9)

где R_n - псевдослучайное число.

В данном случае необходимо отметить, что применяемые методы не в полном объёме реализованы на практике, а лишь внедрены уже в имеющуюся систему обработки и имитационного моделирования организационных процессов. Это позволяет разработчику тратить гораздо меньше времени на первичный анализ и синтез исходящей информации, а также привлекать специалистов по разработке программного обеспечения.

4. РАЗРАБОТКА ВРЕМЕННОЙ ДИАГРАММЫ ПРОЦЕССОВ

Имитационное моделирование в большинстве случаев проводится в соответствии с программой, которая способна реализовать заданное конкретное логико-алгоритмическое описание. При этом определенный объем работы исследуемой системы может быть выполнен на ЭВМ за несколько минут или секунд. Отметим, что модель является не точным аналогом системы, а скорее её отображением или формальным представлением, однако, она позволяет производить измерения, которые невозможно произвести каким-либо другим методом. Также имитационное моделирование обеспечивает возможность испытания, оценки и проведения экспериментов с исследуемой системой без каких-либо возникающих воздействий на нее.

Первым этапом при анализе и синтезе любой системы является определение элементов и формулирование логических правил, которые управляют взаимодействием этих элементов. Полученное в результате этого описание называется моделью исследуемой системы. Модель обычно включает в себя те ключевые стороны системы, которые представляют особый интерес или нуждаются в более глубоком изучении. Поскольку целью построения любой модели является исследование характеристик моделируемой системы, то в имитационную модель должны быть включены методы, алгоритмы сбора и обработки статистической (стохастической) информации по всем интересующим характеристикам, которые базируются на математическом аппарате.

Приоритетное значение в имитационном моделировании имеют и временные диаграммы процессов. Временная диаграмма - это графическое представление последовательности событий, происходящих в системе или исследуемом объекте. Для построения временных диаграмм необходимо достаточно четко представлять взаимосвязь событий внутри системы. Степень детализации при составлении диаграмм зависит от свойств моделируемой системы и от целей моделирования [13]. Поскольку функционирование любой системы достаточно полно отображается в виде временной диаграммы, имитационное моделирование можно рассматривать как процесс реализации диаграммы функционирования исследуемой системы на основе сведений о характере функционирования отдельных элементов и их взаимосвязи.

На рисунке 4.1 представлена временная диаграмма процессов, которая отображает конкретную выполняемую задачу в Департаменте стратегического планирования - разработка государственной программы (построение диаграммы выполнено в Microsoft Excel 2007). В качестве примера была выбрана «точка отсчета» 10.03.2017 - начало первого этапа, когда в одно из управлений (управление государственных программ) поступил запрос на разработку государственной программы для включения ее в состав стратегии социально-экономического развития (перечень государственных программ области). Важными «точками отсчета» также являются этапы: подготовка перечня государственных программ для разработки, разработка государственной программы ответственными исполнителями, общественное обсуждение проекта государственной программы при Законодательном собрании и согласование государственной программы с Государственно-правовым Департаментом и Департаментом финансов области.

Рисунок 4.1 - Временная диаграмма процессов «Разработка государственной программы»

Для определения трудоемкости процесса и расчета нагрузки на каждый этап представим статистические данные в таблице 4.1.

Таблица 4.1 - Нагрузка и трудоемкость процессов
Название задачи	Длительность (дни)	Длительность (%)	Приоритет
Поступление запроса на рассмотрение (разработка государственной программы)	97	49, 7	2
Обработка запроса (формирование распоряжения)	10	5, 13	8
Анализ и синтез необходимых источников информации (порядок разработки государственных программ)	30	15, 4	4
Подготовка перечня государственных программ для разработки	97	49, 7	2
Подготовка предложения по разработке государственной программы Проектным комитетом	5	2, 56	9
Уточнение сведений, содержащихся в Перечне предложений	29	14, 9	5
Разработка государственной программы ответственными исполнителями	61	31, 3	3
Общественное обсуждение проекта государственной программы (Законодательное собрание области)	5	2, 56	9
Согласование государственной программы с Департаментом стратегического планирования и Департаментом финансов	15	7, 7	7
Рассмотрение проекта государственной программы на Межведомственной комиссии	18	9, 2	6
Согласование государственной программы с Государственно-правовым Департаментом	98	50, 2	1
Передача государственной программы в Законодательное собрание области для согласования и внесения замечаний/рекомендаций	30	15, 4	4
ВСЕГО:	195	100	-

Из таблицы можно сделать вывод, что наиболее трудоемким и длительным являются процессы по согласованию государственных программ с Государственно-правовым департаментов (50, 2% от всей нагрузки), обработке поступившего запроса на разработку государственной программы и подготовке перечня государственных программ для разработки ответственными исполнителями (49, 7% от всей нагрузки). Наименее длительными процессами являются подготовка предложения по разработке государственной программы Проектным комитетом (2, 56%) и общественно обсуждение проекта государственной программы совместно с Законодательным собранием области (2, 56%).

...