Повышение эффективности использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия на основе применения графовых моделей

В условиях мирового финансового кризиса возрастает роль инструментов эффективного управления нематериальными активами предприятий системообразующих отраслей промышленности, к которым, в первую очередь, относится электроэнергетическая отрасль РФ. Известно, что в современных условиях хозяйствования эффективность бизнес-процессов предприятий электроэнергетики определяется эффективностью использования информационных ресурсов.

Обычно в состав информационных ресурсов промышленного предприятия включают массивы технологической и управленческой информации, которые представляют собой сложный объект управления и используются для поддержки принятия решений в различных функциональных областях. Анализ информационных ресурсов электроэнергетических предприятий позволяет сформулировать их следующие отраслевые особенности: территориальная распределенность, большие объемы, существенная неоднородность, динамизм, высокий уровень возможного ущерба при искажении или потери информации, использование различных телекоммуникационных и информационных технологий для организации единого корпоративного информационного пространства.

В этой связи для повышения эффективности использования информационных ресурсов часто используются эмпирические методы, предполагающие выбор управленческих решений на основе анализа экспертной информации. В то же время, построение и использование эффективной системы управления информационными ресурсами, основанной на применении методов математического моделирования, позволит формализовать и повысить обоснованность принятия решений по повышению эффективности использования информационных ресурсов электроэнергетических предприятий в рамках функционирования корпоративных информационных систем стандартов ERP и CSRP.

Проблемы управления сложными системами с использованием^ методов системного анализа рассматривались в трудах B.C. Анфилатова, С. А. Айвазяна, В. Е. Баумана, В. Н. Буркова, A.A. Емельянова, Ю. И. Журавлева,.

B.Н. Кузнецова, Б. Г. Литвака, В. М. Лохина, В. П. Мешалкина, В. Д. Могилевского, В. В. Мыльника, B.C. Мхитаряна, С. А. Редкозубова, Я. З. Цыпкина и др. Вопросы управления информационными ресурсами предприятия освещены в работах А. Н. Катылева, В. А. Кострова, A.B. Максимова, В. И. Лойко, А. И. Орлова, Б. В. Палюха, H.A. Семенова, Б. Я. Советова, Г. А. Титоренко, В. В. Цехановского, А. Н. Чохонелидзе и др.

В указанных работах в качестве перспективных методов управления слабоструктурированными и плохо формализуемыми сложными системами рассматриваются методы построения и анализа графов, характеризующих зависимости управленческих решений и показателей эффективности функционирования управляемой системы. С учетом специфических особенностей информационных ресурсов электроэнергетического предприятия представляется целесообразным в качестве указанных методов использовать методы когнитивного моделирования, «дерева решений», «дерева целей» и нечеткой логики, рассмотренные в трудах 3. Аксельрод, А. Е. Алтунина, К. Асаи, В. В. Борисова, В. П. Бочарникова, О. Б. Бутусова,.

C.К. Верескова, Ф. Венстора, А. П. Еремеева, С. Н. Качаева, Л. Г. Комарцовой, Б. Коско, А. Кофмана, В. В. Круглова, В. Б. Кузьмина, Я. Кумамото, A.B. Леоненкова, С. А. Орловского, Д. А. Поспелова, В. Б. Силова, М. Сугэно, Т. Терано, Д. Толмана, Э. А. Трахтенгерца, В. В. Федорова и др.

В тоже время, анализ существующего методического аппарата системного анализа сложных объектов показывает, что применение известных методов построения графов при создании моделей системы управления информационными ресурсами электроэнергетического предприятия затруднено вследствие ряда причин. Во-первых, вследствие перечисленных выше специфических особенностей затруднено выявление составляющих и количественная оценка величины эффекта управления информационными ресурсами. Во-вторых, результаты реализации управленческих решений характеризуются различными временными лагами, что определяет целесообразность исследования модели управления в динамике. В третьих, существуют трудно оцениваемые риски при управлении информатизацией предприятия, которые необходимо учитывать при построении и использовании моделей управления.

Как представляется, учесть указанные специфические особенности возможно при построении структурных моделей на основе мультимодельного подхода с комплексным применением подмоделей, реализованных с использованием методов «дерева решений», «дерева целей», когнитивных карт, а также подмоделей, использующих аппарат нечеткой логики для определения влияния управленческих решений на характеристики информационных ресурсов.

В связи с этим возникает актуальная научная задача разработки модели эффективного использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия на основе мультимодельного подхода и алгоритма поддержки принятия решений по повышению эффективности использования информационных ресурсов, основанных на использовании графовых методов, позволяющих повысить обоснованность решений, принимаемых в условиях неопределенности внешней и внутренней среды, имеющая существенное значение для развития методического аппарата интеллектуальной поддержки принятия решений в промышленности.

Содержание основных разделов диссертации соответствует перечшо критических технологий, определяемых политикой РФ в области науки и технологии на период до 2010 г. — «Компьютерное моделирование» и «Искусственный интеллект».

Цель работы: на основе использования мультимодельного подхода разработать интеллектуальную структурную модель системы эффективного использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия, включающую подмодели, реализованные на основе графовых методов «дерева решений» и «дерева целей», а также алгоритм поддержки принятия решений по повышению эффективности использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия в условиях статистической неопределенности.

Для реализации цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ современных подходов повышению эффективности использования информационных ресурсов промышленного предприятия.

2. Системный анализ структуры и содержания информационных ресурсов промышленного предприятия с целью выявления их специфических особенностей.

3. Разработка структурной модели системы эффективного использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия, основанной на применении мультимодельного подхода и реализованной с использованием графовых моделей «дерева решений» и «дерева целей».

4. Разработка алгоритма поддержки принятия решений по повышению эффективности использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия, учитывающего при оценке возможности достижения поставленной цели основные характеристики информационных ресурсов в предшествующий момент времени.

5. Разработка алгоритма обработки информации для формализации и оценки достижимости целей повышения эффективности использования информационных ресурсов, основанного на использовании нечетко-логического «дерева целей».

6. Разработка процедуры обработки экспертной и статистической информации с целью построения продукционных правил для интеллектуальной модели поддержки принятия решений по повышению эффективности использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия.

7. Разработка программных средств, реализующих предложенные процедуры обработки данных и управления информационными ресурсами электроэнергетических предприятий.

8. Практическое применение предложенных алгоритмов, процедур и программных средств для повышения эффективности использования информационных ресурсов в филиале ОАО «МРСК Центра» -" Смоленскэнерго" и СО ОАО «КорСсис».

Объектом исследования являются информационные ресурсы электроэнергетических предприятий.

Предметом исследования являются процедуры обработки информации и анализа данных для поддержки принятия управленческих решений по повышению эффективности использования информационных ресурсов электроэнергетических предприятий на базе корпоративной информационной инфраструктуры данных предприятий.

Теоретической и методологической базой исследования являются системный подход к анализу и управлению сложными объектами, теории управления и принятия решений, методы математического моделирования, известные варианты моделей теории графов, методы нечеткой логики и когнитивного моделирования, научные положения, сформулированные в трудах отечественных и зарубежных ученых по теории обработки информации и управления сложными системами.

Информационной базой исследования являются данные Росстата, отчетные данные электроэнергетических предприятий Смоленской области.

Наиболее существенные научные результаты, полученные автором.

1. Результаты системного анализа структуры и содержания информационных ресурсов промышленного предприятия, которые позволили выявить их специфические особенности с учетом взаимосвязи между элементами информационной среды предприятия электроэнергетики, а также механизмов влияния их характеристик на показатели эффективности информатизации и методов обработки информации, что позволяет сформулировать основные направления совершенствования системы управления информатизацией с использованием комплексного подхода к обеспечению целевых показателей деятельности предприятий на основе интеллектуальных технологий анализа данных.

2. Структурная модель системы эффективного использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия, которая в отличие от известных основана на применении мультимодельного подхода и включает подмодели, реализованные с использованием методов теории графов «дерева решений» и «графа целей», учитывающих взаимосвязи целей управления с решениями в сфере информатизации, а также и показателями эффективности, достигаемыми в результате их реализации.

3. Алгоритм интеллектуальной поддержки принятия решений по повышению эффективности использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия с применением динамической модели «дерева решений», которая в отличие от известных учитывает при оценке возможности достижения поставленной цели основные характеристики информационных ресурсов в предшествующий момент времени, агрегируемые на основе использования комплексной интеллектуальной базы знаний, представленной в виде нечетких продукционных правил, «СБ-деревьев целей» и когнитивных карт.

4. Алгоритм обработки информации для формализации и оценки достижимости целей управления информационными ресурсами, основанный на использовании нечетко-логического «дерева целей», отличающегося возможностью формулировки иерархически взаимосвязанных целей в лингвистической форме и наличием их циклических связей с прогнозируемыми результатами принимаемых решений по повышению эффективности информатизации электроэнергетического предприятия.

5. Процедура обработки экспертной и статистической информации с целью построения продукционных правил для реализации структурной модели системы эффективного использования информационных ресурсов, отличающаяся возможностью уточнения на основе метода анализа иерархий весовых коэффициентов значимости целей информатизации энергетического предприятия, а также вида и параметров функций принадлежности, используемых при построении нечетких продукционных правил.

Достоверность и обоснованность научных результатов, выводов и рекомендаций диссертации определяются корректным применением теории управления и принятия решений, методы идентификации и математического моделирования, известные варианты моделей теории графов, методы теорий нечеткой логики и когнитивного моделирования. Выводы и предложения диссертационного исследования не противоречат известным теоретическим и практическим результатам, сформулированным в трудах отечественных и зарубежных ученых по теории обработки информации и управления сложными системами.

Научная новизна работы состоит в разработке основанной на применении мультимодельного подхода структурной модели системы эффективного использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия, включающей реализованные с применением методов теории графов «дерева решений» и «дерева целей» подмодели, а также алгоритма интеллектуальной поддержки принятия решений по повышению эффективности применения информационных ресурсов электроэнергетического предприятия на основе применения динамической модели «дерева решений».

Значение полученных результатов для теории и практики.

Разработанные в диссертации структурная модель системы эффективного использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия, алгоритм интеллектуальной поддержки принятия решений по повышению эффективности использования информационных ресурсов, алгоритм обработки информации для формализации и оценки достижимости целей управления, процедура обработки экспертной и статистической информации с целью построения продукционных правил для интеллектуальной модели управления информационными ресурсами вносят вклад в теорию и практику применения методов и алгоритмов решения задач системного анализа, управления, принятия решений и обработки информации в электроэнергетике.

Сведения о реализации и целесообразности практического использования результатов.

Разработанные в диссертации процедуры обработки информации, а также программные средства практически используются в филиале ОАО «МРСК Центра» — «Смоленскэнерго» и СО ОАО «КорСсис», что позволило повысить обоснованность принимаемых решений по управлению информационными ресурсами.

Методические и теоретические результаты диссертации используются в учебном процессе филиала Московского энергетического института (технического университета) в г. Смоленске.

Предложенные алгоритм интеллектуальной поддержки принятия решений по повышению эффективности использования информационных ресурсов, алгоритм обработки информации для формализации и оценки достижимости целей управления, процедура обработки экспертной и статистической информации с целью построения продукционных правил для интеллектуальной модели управления информационными ресурсами могут найти широкое практическое применение в качестве математического и алгоритмического обеспечения корпоративных информационных систем электроэнергетических предприятий.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XIII международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург, 2009), V международной научно-практической конференции «Тенденции развития современных информационных технологий, моделей экономических, правовых и управленческих систем» (Рязань, 2009), а также на научных семинарах филиала МЭИ (ТУ) в г. Смоленске.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ общим объемом: 16 п.л., в том числе лично автору принадлежит 15,5 п.л.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 130 наименований и 7 приложений. Диссертация, включая приложения, содержит 245 страниц машинописного текста, 53 рисунка и 14 таблиц в основном тексте.

4.4 Выводы к главе.

В данной главе получены следующие результаты.

1. Проведен анализ особенностей реализации стратегии информатизации предприятий электроэнергетической отрасли, позволивший сформулировать требования к информационной инфраструктуре данных предприятий.

2. На основании полученных результатов спроектирована архитектура информационно-аналитической системы поддержки принятия решений (ИАСППР) по повышению эффективности использования информационных ресурсов, а также разработан вариант её интеграции в корпоративное информационное пространство.

3. Разработано программное обеспечение, реализующее алгоритмы построения и использования подмоделей, входящих в состав структурной модели системы эффективного использования информационных ресурсов, положенной в основу ИАСППР.

4. Приведено описание особенностей использования разработанной ИАСППР в филиале ОАО «МРСК Центра» — «Смоленскэнерго» и СО ОАО «КорСсис», включающее конкретные варианты интеграции данной системы с системами обеспечения информационной безопасности, а также примеры моделей целей управления и управленческих воздействий.

5. Представлены результаты работы ИАСППР для решения задач выбора оптимальных управленческих альтернатив в различных областях повышения эффективности использования информационных ресурсов.

К основным результатам диссертационного исследования относится следующее.

1. На основе результатов анализа современных подходов к повышению эффективности использования информационных ресурсов промышленного предприятия обоснована целесообразность применения методов теории графов и нечетких множеств для моделирования систем управления данными ресурсами.

2. Получены результаты системного анализа структуры и содержания информационных ресурсов промышленного предприятия, которые позволили выявить их специфические особенности с учетом взаимосвязи между элементами информационной среды предприятия электроэнергетики, а также механизмов влияния их характеристик на показатели эффективности информатизации и используемых методов обработки информации.

3. Разработана структурная модель системы эффективного использования информационных ресурсов электроэнергетического предприятия, которая основана на применении мультимодельного подхода и использовании подмоделей, реализованных с использованием методов теории графов «дерева решений» и «графа целей».

4. Разработан алгоритм поддержки принятия решений по повышению эффективности использования информационных ресурсов с использованием динамической модели «дерева решений», которая учитывает при оценке возможности достижения поставленной цели основные характеристики информационных ресурсов в предшествующий момент времени, агрегируемые на основе использования комплексной интеллектуальной базы знаний, представленной в виде нечетких продукционных правил, «СИ-деревьев целей» и когнитивных карт.

5. Предложен алгоритм обработки информации для формализации и оценки достижимости целей повышения эффективности использования информационных ресурсов, основанный на использовании нечетко-логического «графа целей», отличающегося возможностью формулировки иерархически взаимосвязанных целей в лингвистической форме и наличием их циклических связей с прогнозируемыми результатами принимаемых решений.

6. Предложены процедуры обработки экспертной и статистической информации с целью построения подмоделей повышения эффективности использования информационных ресурсов, отличающиеся возможностью уточнения весовых коэффициентов значимости целей информатизации, а также вида и параметров функций принадлежности, используемых при построении нечетких продукционных правил.

7. Предложенные алгоритмы и процедуры интеллектуальной поддержки принятия решений могут найти широкое практическое применение в качестве математического и алгоритмического обеспечения ИАСППР по повышению эффективности использования информационных ресурсов промышленности.

8. Разработанные процедуры обработки информации, а также программные средства практически используются в филиале ОАО «МРСК Центра» — «Смоленскэнерго» и СО ОАО «КорСсис», что позволило повысить обоснованность принимаемых решений по повышению эффективности использования информационных ресурсов. Результаты диссертации используются в учебном процессе филиала МЭИ (ТУ) в г. Смоленске.