Теория и практика системно-структурного анализа и синтеза механизмов взаимодействия в организационно-технических системах

Переход России на позиции рыночной экономики требует адекватных решений в области организационной перестройки структуры экономических объектов и условий их функционирования, отвечающих требованиям гибкости при смене социальных и личностных приоритетов. При этом возникает необходимость учета всех сторон процесса преобразований (реформирование и оптимизация структуры предприятия, выбор и реализация новой системы управления, т. е. механизмов функционирования по существу новой организации) в организационно-технических комплексах (ОТС), к которым относятся машиностроительные предприятия, и в частности, автомобилестроительные, самолетостроительные фирмы.

ОТС нацелены на изготовление необходимых для народного хозяйства сложных, наукоемких и ресурсоемких, многоэлементных изделий. Рынок потребителя диктует необходимость диверсификации продукции, быстрого реагирования на его запросы. В связи с этим требования к материалам и комплектующим растут, увеличивается их многообразие. В этих условиях изготавливать сложное изделие как, например, автомобиль или самолет в пределах одной компании становится практически невозможно. Рассредоточение процессов разработки и производства узлов и агрегатов изделия по предприятиям-смежникам является адекватной реакцией производителя на запросы потребителей.

Значительный вклад в развитие теории управления организационными системами внесли многие отечественные и зарубежные ученые, в том числе К. А. Багриновский, В. Н. Бурков, B.JI. Волкович, Ю.Б. Гер-мейер, В. Г. Засканов, В. А. Ириков, А. К. Еналеев, В. В. Кондратьев, А. Ф. Кононенко, H.H. Моисеев, Д. А. Новиков, В. В. Федоров, K. Arrow, T. Groves, A. Gibbard, S. Grossman, O. Hart, E. Maskin, R. Myerson, R. Radner и другие.

Несмотря на большое число публикаций, посвященных организационным системам, исследованию и разработке механизмов их функционирования и взаимодействия, на сегодняшний день практически отсутствует системный подход к задачам структурного анализа и синтеза ОТС с учетом гибкости проектируемых структур, теоретически не обоснована при заданных ограничениях декомпозиция структур ОТС.

Актуальность решения вышеперечисленных задач обусловлена и тем, что в изменяющихся рыночных условиях необходим не только качественно новый уровень технологии и материалов, но и качественно новый уровень организации, который невозможен без глубоких теоретических исследований структур организационных систем и механизмов взаимодействия ее подструктур. Гибкое ориентированное на потребителя производство требует внедрения не менее гибкого управления.

С ростом сложности задач управления ОТС в рыночных условиях возникает необходимость использования научных методов при подготовке и принятии решений. В настоящее время перспективным путем исследования механизмов взаимодействия являются деловые игры, значимость которых в обучении лиц, принимающих решения, возрастает. Деловые игры представляют собой модель принятия решений в организации, модель взаимодействия коллективов, каждый из которых стремится обеспечить реализацию своих целей. В связи с этим результатом проведения деловых игр является обучение участников принятию решений в сложных производственных ситуациях и обоснование выбора механизмов взаимодействия.

Все это, несомненно, определяет актуальность выполненных в диссертации исследований.

Целью работы является повышение эффективности функционирования ОТС на базе разработки методов системного представления, анализа и синтеза, как теоретической и практической основы реструктуризации, моделирования согласованного взаимодействия и внедрение предложенных методов, моделей и алгоритмов в системе активного обучения.

Задачи исследований:

— разработка формализованной теории представлений в ОТС для анализа и синтеза равновесных структур;

— исследование и разработка концепции информирования в ОТС;

— моделирование механизмов внутрифирменного взаимодействия в иерархических ОТС;

— разработка методов и моделей механизмов координации интересов в системе «поставщик-потребитель» для ПТК;

— имитационное моделирование, и на этой основе обучение принятию решений по выбору согласованных механизмов взаимодействия в ПТК.

Методы исследования. Основным методом исследования является математическое моделирование, базирующееся на использовании аппарата теории графов и аппарата современной теории управления, в частности, теории активных систем, теории игр, информационной теории иерархических систем, системного анализа и исследования операций.

Научная новизна. В результате проведенных исследований и обобщения опыта решения практических задач предложен методологический подход к анализу всего многообразия проблем теории и практики организации гибких структур и механизмов взаимодействия в системе «поставщик — потребитель», обеспечивающих эффективность функционирования производственнотехнологических комплексов в рыночных условиях.

На основе предложенного подхода созданы теоретические основы и решены следующие задачи анализа и синтеза гибких структур и механизмов взаимодействия в системе «поставщик — потребитель» :

— разработаны теоретические основы множественности представлений структур организационных систем для целей анализа различных структурных срезов", декомпозиции систем при введенных ограничениях, построения функциональных структур этих систем;

— разработана теория обеспечения анализа информационных процессов в организационных системах;

— разработан структурно-алгоритмический метод синтеза организационных систем на базе введенного в теории представлений об образующих этих систем;

— сформулирована задача выбора организационной структуры управления ОТС по критерию структурной устойчивости при его функционировании;

— впервые разработан алгоритм формирования области компромисса, позволяющий согласовать интересы по различным направлениям взаимодействия в системе «поставщик — потребитель» ;

— на базе введенного понятия компромисса интересов решены задачи по организации согласованного управления поставками комплектующих изделий по номенклатуре, объемам поставок в системе «поставщик — потребитель» ;

— на основе методов имитационных игр и имитационного моделирования сформулированы комплексы деловых игр, предназначенных для экспериментального исследования механизмов взаимодействия между поставщиком и потребителем и обучения лиц, принимающих решения.

Разработанные модели организационных систем и механизмы взаимодействия дают возможность значительно расширить рамки теории активных систем в управлении ОТС.

Обоснованная общность описания системно-структурных исследований ОТС и механизмов взаимодействия в них позволяют распространить полученные в диссертационной работе теоретические и прикладные результаты на широкий круг организационных систем и может служить системной основой переноса результатов решения практических задач из одних областей в другие.

Методы решения задач синтеза, имитационного моделирования и обучения принятию управленческих решений в активных системах могут использоваться при управлении проектами реструктуризации, предприятиями, качеством подготовки специалистов и т. д.

Предложенные модели, методики и алгоритмы нашли применение при реструктуризации и проектировании гибких структур производственно-технологических комплексов АО «АВТОВАЗ», ЗАО «ВАЗ-интерсервис», ОАО «Юкси», «Ульяновского авиационного промышленного комплекса», при создании Модельного учебного центра Министерства труда по Самарской области, при реализации Международной программы «Морозовский проект» и других организаций.

Интегральный объем внедрения результатов диссертации при реструктуризации, создании гибких структур и механизмов взаимодействия «Поставщик — потребитель», развертывании Модельного учебного центра Минтруда по Самарской области составил более 10 млн. рублей в ценах 1998 г.

Диссертация обобщает результаты исследований, проводящихся под руководством и при непосредственном участии автора по ряду Международных и Федеральных программ:

1. Государственная программа социальных реформ РФ на период 1996;2000 г. г. N222 от 26.02.1997 г.

2. Государственная программа «Развитие системы сертификации персонала в РФ» N 21/9 от 29.04.1997 г.

3. Программа МИР в области организации дистанционного обучения незанятого населения. Минтруд. Перечень НИР 1998 г.

4. Международная программа «Морозовский проект». Участие в подпрограммах 4.1 «Образовательные программы Морозовского проекта» — 4.2. Бизнес-инкубирование предприятий для сферы малого и среднего бизнеса- 4.3. Формирование информационной среды для малого предпринимательства.

5. Федеральная программа Государственной поддержки малого предпринимательства в РФ на 1996;1997 г. Подразделы: 1) Бизнес-образование- 2) Бизнес-инкубирование малого предпринимательства.

Результаты диссертации нашли практическое применение в учебном процессе по специальности «Менеджмент» Самарского государственного технического университета.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

Зональной школе-семинаре «Повышение эффективности автоматизированных средств восприятия и обработки информации», Пенза, 1985;

УШ Всесоюзной конференции «Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях», Ленинград, 1986;

Отраслевой научно-технической конференции «Интегральные сервисные цифровые сети связи с коммутацией макетов», Ленинград, 1986;

Областной научно-технической конференции «Автоматизация и комплексная механизация технологических процессов», Сызрань, 1987;

Республиканской научно-технической конференции «Современное состояние и основные направления повышения надежности и интенсификации тепломассообмена в крупных теплоэнергетических агрегатах», Куйбышев, 1989;

Республиканской научно-технической конференции «Обработка информации в автоматизированных системах научных исследований», Пенза, 1989;

Областной межотраслевой научно-практической конференции «Компьютерная технология обучения», Куйбышев, 1990;

Областном межотраслевом семинаре «Автоматизация профилирования преподавания общенаучных и общественных дисциплин», Куйбышев, 1989;

Республиканской научно-практической конференции «Совершенствование подготовки и повышения квалификации кадров в новых условиях», Пенза, 1989;

Всесоюзной конференции «Реконструкция и техническое перевооружение в новых условиях хозяйствования», Куйбышев, 1989;

Республиканской конференции «Активные методы обучения на базе ПЭВМ», Красноярск, 1990;

Областном межотраслевом семинаре «Деловые инновационные и оргдеятельностные игры в системе подготовки и переподготовки специалистов», Куйбышев, 1990;

Международной научно-практической конференции «Белые ночи», Санкт-Петербург, 1992;

Международной школе-семинаре «Методы активного обучения деятельности в условиях рыночной экономики», Самара, 1993;

Всероссийской научно-практической конференции «Теория и практика антикризисного управления в хозяйственных системах», Пенза, 1997;

Международной научно-практической конференции «Управление большими системами», Москва, 1997;

IY-й Международной конференции по дистанционному образованию", Москва, 1997;

IY-й Международной научно-методической конференции «Педагогический менеджмент и прогрессивные технологии в образовании», Саратов, 1997;

Internationale Konferenz «Jnnovationspotentiale in Mittel — und Osteuropa-Perspektiven der Ost-West-Kooperation», Leipzig-, 1997;

Региональной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы социально-экономического развития Самарской области», Самара, 1997;

Межрегиональной научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности предпринимательской деятельности», Пенза, 1998;

Международном семинаре «Проблемы обучения незанятого населения». Международный опыт, Дания, г. Архус, 1998.

Н-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы совершенствования повышения квалификации переподготовки специалистов», Москва, 1998;

Всероссийской научно-практической конференции «Социально-трудовая сфера: динамика, качество человеческого потенциала, проблемы управления», Самара, 1998.

По теме диссертации опубликовано 8? работ общим объемом 55 печатных листов, в том числе монография «Комплекс деловых игр Структура автоматизированных систем», учебное пособие «Управление инновациями» и другие.

Первая глава посвящена разработке основ теории представлений структурных аспектов ОТС. Обоснована множественность представлений организационных систем в производственных отношениях, с учетом кардинальных изменений, происшедших в последние годы. В рамках решения задачи исследования структур организационных систем введены типы системных представлений: микроскопическое, функциональное, макроскопическое, иерархическое и процессуальное и предложен способ синтеза элементраных системных представлений в обобщенном системном эталоне, где каждое состояние системы представлено как совокупность системы и системного окружения. При этом обобщенный системный эталон выполняет важные эвристические функции прежде всего в результате задания модели системы и определения необходимых условий системного исследования.

Анализ математических постановок задач теории активного управления, сформулированные и решенные в работах профессора Буркова и его учеников, в информационной теории иерархических систем, теории игр и показал отсутствие в них точных представлений о структуре, ее возможной трансформации в различных окружающих условиях.

В целях устранения этих недостатков в работе осуществлена идея представления организационных систем в рамках точного формализма. Разработка точного представления явилась ключом к превращению неопределенных задач в определенные. Формальное описание организационной системы строится из знаков или образующих.

Разработан аппарат представления структур ОТС, который базируется на системно-структурной методологии.

Для описания полной структуры вводится полное описание для образующих, так как сами образующие представляют собой ОТС, т. е. каждая образующая может быть развернута в систему. Такие описания в работе будут строиться на базе матриц достижимостей и контрадостижимо-стей.

В заключение разработана методика исследования структуры ОТС.

Во второй главе в рамках общего подхода к описанию ОТС, выделяющего такие понятия как организованность, информация и цель, рассмотрены общие и частные вопросы информационного описания этих систем и информационных процессов в них.

Описание процесса управления в ОТС, основанного на структурных изменениях, требует наличия существования различий между определенными состояниями, т. е. воздействие в цепи управления состоит из определенного числа сообщений, которое в свою очередь есть состояние, определенным образом отличающееся от других состояний в цепи управления. Для представления сообщений через состояния в каждом месте цепи управления вводятся понятия поперечного и продольного множества сообщений и связанных с ними понятий: оригинал сообщения, образ сообщения, промежуточное сообщение.

Интерпретируя процесс управления как множество состояний или как множество сообщений, выделены две группы понятий: сообщение и связи между сообщениями.

Рассмотрен особый класс преобразований, которым подвергается первичное сообщение ассоциации сообщений, так называемые операционные преобразования, базирующиеся на понятиях операции, рода операции, параметра операции.

Особое внимание уделено адекватному информированию, имеющему важное значение для описания информационных процессов в ОТС.

Третьей глава посвящена задачам синтеза алгоритмов функционирования образующих в ОТС., т. е. построению функциональной структуры из функциональных компонент путем операций соединения, на базе структурного анализа, цель которого определена как иерархическое структурирование организации и получение множества алгоритмов ее функционирования путем соединения простых алгоритмов.

Для классификации соединений в качестве оснований введен ряд услоывий, от которых зависят конкретные способы — виды соединений. По этим основаниям соединения классифицированы на достоверные и случайные.

Решена общая задача соединения. Рассмотрен пример структурного синтеза функционирования ОТС контроля и испытаний электротехнического оборудования самолета Ту-204. Для выбора реализаций предложены критерии оценки, которые включают методики расчета прироста организационного эффекта и прироста эффекта автоматизации и эффективности автоматизации. В заключение осуществлен синтез алгоритмов действий инженера-испытателя для реорганизованной ОТС контроля и испытаний электротехнического оборудования самолета Ту-204.

В четвертой главе для ОТС, имеющей двухуровневую структуру с независимыми активными производственными элементами, рассматриваются задачи синтеза функций дополнительного эффекта и параметров, согласованных по плановому заданию. Решение этих задач методологически основано на определении количественной оценки противоречивости в ОТС и оценки эффекта, получаемого в системе при согласованном взаимодействии. Проведенные исследования показали, что величины дополнительного эффекта, получаемые элементами, и величины изменения параметров моделей функционирования элементов должны быть согласованы как с позиции целевых функций элементов, так и с позиции критерия эффективности ОТС в целом. Выполнение требований такой согласованности приводит к определению замкнутой области для их изменения. Нижняя граница этой области определяется в результате решения задачи синтеза функций дополнительного эффекта и изменения параметров, при которых компенсируются потери элементов, связанные с реализацией планового задания центра, а верхняя граница — из условия превышения общего эффекта, получаемого в системе от согласованного взаимодействия при реализации планового задания относительно суммарных потерь у элементов. Сформулированы условия существования замкнутой области для каждого элемента в виде замкнутой системы неравенств, что позволяет реализовать гибкое взаимодействие с учетом реальных возможностей каждого элемента.

Для осуществления оптимального функционирования ОТС введено в формализованном виде понятие согласованного механизма взаимодействия, представляющего собой кортеж, в котором в качестве переменных компонентов, используемых для согласования, рассматриваются процедуры выбора функций дополнительного эффекта и величин изменения параметров. Решение задачи выбора согласованного механизма взаимодействия в ОТС позволяет настроить интересы элементов на реализацию плановых заданий, оптимальных для системы в целом.

Приведенные в четвертой главе результаты исследований являются новыми, важными с точки зрения практического их использования в рыночных условиях и являются логическим развитием подхода, основанного на применении в задачах синтеза согласованных механизмов функционирования функций штрафа.

Материалы пятой главы посвящены решению задачи синтеза согласованного механизма взаимодействия в системе «поставщик-потребитель». В основу исследования этой задачи положены теоретические результаты, полученные в четвертой главе.

Рассмотрены задачи соглласования экономических интересов в системе «поставщик-потребитель» при организации комплектного выпуска продукции. Для решения этой задачи последовательно определены:

— величина потерь для поставщика, связанная с реализацией им номенклатуры поставляемой продукции, выгодной для потребителя;

— множества величин изменения договорных цен или величин дополнительного эффекта, согласованных с позиции интересов поставщика;

— множества величин изменения договорных цен или величины дополнительного эффекта, согласованных с позиции цели потребителя;

— множества величин изменения договорных цен или величины дополнительного эффекта, согласованных с точки зрения целевой функции и поставщика, и потребителя.

Описаны числовые примеры формирования условий реализации в системе «поставщик-потребитель» оптимальной номенклатуры поставки выпускаемой продукции.

В шестой главе предложены активные методы обучения, как наиболее эффективные в повышении уровня образования, названы интенсивными технологиями обучения, так как при их использовании формируются модели коллективной деятельности, определяются множество функций и видов взаимодействий, создаются сценарии, определяются критерии и контролируется выполнение сценария, вносятся корректировки в имитационный процесс. Дана классификация интенсивных образовательных технологий и краткая их характеристика.

Отмечается, что важнейшее место среди интенсивных технологий занимают деловые игры, использование которых впервые было осуществлено в Советском Союзе. Деловые игры, как вид интенсивных имитационных технологий, применяются при рассмотрении ситуаций, в основе которых лежат проблемы взаимоотношений в коллективе, и направлены на выработку практических навыков совместных действий с учетом интересов личности, коллектива, организации в целом.

Особое внимание в работе уделено важности использования деловых игр в принятии, организации и реализации управленческих решений. В связи с этим приведена характеристика, этапы, виды процесса принятия решений. Сформулирована в аналитическом виде задача принятия решений в условиях определенности, риска, неопределенности и противодействия. Преимущества деловых игр в исследовании функционирования сложных ОТС заключается в том, что они позволяют сравнительно быстро получить качественную картину взаимоотношений и взаимодействий в исследуемой системе, анализировать сложные ситуации с альтернативными исходами без вмешательства в реальные процессы производственных систем и быстро обучить действиям в коллективе с учетом различных интересов.

Приведено описание конкретных деловых игр «Организация согласованного механизма распределения ресурса» и «Организация комплектного выпуска деталей», используемых в задачах выбора согласованных механизмов взаимодействия. При разработке деловых игр определены цели, формируются задачи, которые необходимо решить для достижения цели, способы оценки достижения цели, описываются модели игры, правила поведения участников игры, организация проведения деловой игры. В деловой игре «Организация согласованного механизма распределения ресурса» моделируется двухуровневая иерархическая ОТС, состоящая из планирующего органа и подчиненных ей подсистем. В деловой игре анализируется два способа организации механизма распределения сырья — механизм жесткого централизованного распределения и механизм распределения с использованием принципа открытого управления.

Деловая игра «Организация комплектного выпуска продукции» имитирует процесс взаимодействия поставщика и потребителя при выпуске сложного, многоэлементного изделия. Задача потребителя состоит в том, чтобы так организовать взаимодействие в технологически связанной производственной системы, чтобы стимулировать поставщиков на принятие и реализацию решений по выпуску комплектной продукции и тем самым обеспечить выпуск в нужном количестве конечной продукции. Рассматриваются два подхода к решению задачи выбора механизма взаимодействия при комплектной поставке. Первый подход заключается в выборе величины дополнительного эффекта, получаемого поставщиком, а второй — в выборе величин изменения договорных цен на поставляемую продукцию.

На примерах игрового моделирования задач и распределения ресурса и выбора механизма взаимодействия при комплектной поставке показываются участникам игры преимущества и недостатки функционирования при согласованном и несогласованном механизме взаимодействия, выявление тенденции поведения лиц, принимающих решения в разных условиях, что позволяет участникам глубже взглянуть на проблему управления процессами взаимодействия в сложных ситуациях неопределенности и противодействия. Деловые игры практически используются в системах обучения и повышения квалификации специалистов, студентов ВУЗов.

Основные результаты и выводы.

В результате выполненных диссертационных исследований автором разработаны единый методологический подход к построению теории представлений ОТС для целей их анализа и синтеза и теоретические основы создания механизмов взаимодействия в них. Осуществлена практическая реализация механизмов взаимодействия в системе «поставщик-потребитель» при решении конкретных задач и создан прикладной комплекс активного обучения специалистов.

По результатам проведенной работы можно сделать следующие выводы:

1. Разработаны методология и формальный аппарат для представления организационных систем. В основу организации процесса представления положено математическое изучение структур этих систем на базе предложенных формальных понятий «образующей» ," регулярной структуры" и соответствующих моделей, использующих при решении задач анализа и синтеза свойства достижимости и контрадостижимостей, базы и антибазы графа структуры организации.

2. Решены задачи структурно-информационного моделирования информационных процессов в организационных системах на базе анализа активной системы управления как обобщенной организационной системы, ее составных образующих и их преобразований.

3. Сформулирована и решена задача выбора оптимальной структуры на основе критерия ее устойчивости: доказано, что устойчивость оргструктуры ОТС должна основываться на принципах согласованного взаимодействия ее структурных элементов.

4. Дана общая формулировка задачи определения функции дополнительного стимулирования при синтезе согласованных механизмов взаимодействия: доказано, что ее значение лежит в замкнутой области, ограниченной с одной стороны эффектом, получаемым системой при согласованных взаимодействиях, а с другой — затратами у активных элементов при реализации согласованных заданий.

5. Обоснованы способы эффективности функционирования ОТС на конкретных примерах в промышленности при комплектной поставке продукции.

6. Доказана возможность различных подходов (параметрическийвыбор функций дополнительного стимулирования), эквивалентных по конечному результату, в решении практических задач при выборе согласованного механизма взаимодействия.

7. Получены теоретические результаты, использованные при разработке и внедрении активных методов обучения в подготовке специалистов и при организации учебного процесса.