Разработка методов и программного обеспечения для построения сетевых и оптимизационных моделей в системах планирования

Производственно-коммерческие организации, функционирующие в условиях рынка, представляют собой сложные вероятностные динамические системы, охватывающие процессы производства, обмена, распределения, и потребления материальных ресурсов. Они относятся к классу управляемых систем с известными системными признаками: целостность структуры, наличие целей и критериев эффективности функционирования, наличие внешней среды, влияющей на деятельность организации, возможность декомпозиции системы на взаимосвязанные подсистемы. Основной метод исследования таких систем — это математическое моделирование, важнейшей составляющей которого является этап построения экономико-математической модели. Методология моделирования основана на принципе аналогий, т. е. возможности изучения реального объекта не непосредственно, а через рассмотрение подобного ему и более доступного объекта, т. е. модели. Следует отметить, что в большинстве случаев данные, полученные в результате моделирования, не могут использоваться как готовые управленческие решения. Они должны рассматриваться как рекомендательные средства, окончательное принятие управленческих решений остается за человеком.

Таким образом, экономико-математическое моделирование является одной из важных составляющих исследования интерактивных систем планирования и управления производством.

Большинство организационно-экономических задач имеют одну важную особенность. Это большая размерность задачи, что не позволяет в целом ряде случаев использовать для построения моделей разработанные типовые методики. В этой связи возникает проблема формализации самого процесса построения модели, решение которой позволяет автоматически ее синтезировать. Этот подход обеспечивает достижение значений двух важных концептуальных условий — необходимый уровень адекватности модели и снижение трудоемкости ее разработки. Решение отмеченных проблем индивидуально для определенных классов экономико-математических моделей и каждое из них нуждается в теоретическом обосновании и разработке специальных инструментальных средств для его реализации.

Вышеизложенное и послужило основанием выбора темы диссертационного исследования, и оно обуславливает его актуальность с точки зрения теории и практики использования методов моделирования в системах принятия управленческих решений организационно-экономических систем.

В научных трудах отечественных и зарубежных специалистов решены многие проблемы, связанные с технологией моделирования организационно-экономических систем.

Значительный вклад в разработку этих проблем внесли Л. А. Канторович, Е. С. Вентцель, Д. Б. Юдин, М. Ю. Афанасьев, Б. А. Лагоша, Дж. Фон Нейман, Р. Беллман, О. Моргенштерн, С. Р. Хачатрян, В. А. Москвин, Д. И. Голенко, В. М. Трояновский, В. И. Воропаев, С. И. Зуховицкий, В. Леонтьев, А. Кофман, В. И. Малыхин, Д. А. Поспелов и др.

Однако, несмотря на наличие достаточного количества научных работ и методических разработок, посвященных принятию управленческих решений на основе использования экономико-математических методов и современных информационных технологий, в проведенных исследованиях не в полной мере учитываются рыночные условия хозяйствования и характерные для них неопределенность и нестабильность, системный подход при моделировании сложных организационно-экономических систем, не для всех классов моделей разработана методология их построения, вследствие чего многие теоретические и методические аспекты моделирования на сегодняшний день все еще остаются нерешенными.

Целый ряд методов и моделей требуют своего совершенствования. Это относится в первую очередь к методике построения сетевых моделей, 5 являющихся основой систем календарного планирования, методике выбора инновационно-инвестиционных стратегий из ряда альтернативных, учета неопределенности в критериях эффективности инвестиционных проектов и др. Необходимость информационной поддержки указанных задач ставит проблемы создания информационного пространства на уровне предприятия, региона и страны в целом.

Отмеченные выше проблемы и предопределили цель, задачи и направление диссертационного исследования.

Цель диссертационного исследования состоит в исследовании и разработки методов построения сетевых моделей и моделей инвестиционного планирования, обеспечивающих необходимый уровень адекватности, и способствующих совершенствованию системы принятия решений в производственно-коммерческих организациях.

Для достижения поставленной цели необходимо поставить и решить следующие задачи:

1. Провести анализ теории и практики разработки и применения математических моделей в управлении сложными экономическими системами.

2. Определить место и роль сетевых методов в планировании и управлении организационно-экономическими структурами и основные направления их совершенствования.

3. Разработать пакет прикладных программ для построения сетевых моделей, для чего необходимо:

• обосновать основные предпосылки и принципы, положенные в основу алгоритмов синтеза сетейвыполнить разработку и обоснование рабочих алгоритмов построения сетевых моделей;

• разработать функциональную схему системы автоматизации;

• разработать программный модуль для построения сетевых моделей;

• провести апробацию системы автоматизации на промышленных предприятиях республики Дагестан (РД).

4. Выполнить анализ методов и моделей принятия решений, используемых для выбора и обоснования инвестиционных проектов.

5. Разработать инструментальные средства построения моделей инвестиционного планирования, для чего необходимо:

• выполнить разработку и исследование рабочих алгоритмов;

• разработать программу синтеза модели;

• провести апробацию процедуры на промышленных предприятиях РД.

Объектом исследования являются сложные социально-экономические системы.

Предметом исследования является совокупность теоретических, методических и практических проблем, связанных с построением экономико-математических моделей.

Методологической и теоретической основой исследований являются методы, базирующиеся на теории систем и системном анализе, теории графов и множеств, теории алгоритмов и программного обеспечения, экономико-математическом моделировании и современных информационных технологиях.

Достоверность полученных результатов обусловлена строгостью математической постановки задачи, обоснованностью теоретических предпосылок и принципов, заложенных в алгоритмы, а также качеством и полнотой исходной информации. Точность предлагаемых методов определяется сравнением результатов тестовых расчетов и сопоставлением их с соответствующими решениями, приведенными в литературных источниках. Окончательная оценка предлагаемых методов определяется путем сравнения результатов синтеза модели с экспертными оценками специалистов, а также результатами их практической апробации на предприятиях промышленного комплекса РД.

Научная новизна проведенных в диссертационной работе исследований заключается в разработке и обосновании теоретических и методических положений, связанных с развитием методов построения экономико-математических моделей на основе современных информационных технологий.

Используемый в исследовании методологический подход реализуется посредством последовательно выполняемых процедур, объединенных в четыре этапа:

• обоснование необходимости применения вычислительной техники для построения модели, концептуальный анализ проблемы, определение перечня и характеристик исходной информации;

• формализация проблемы и математическая постановка задачи, разработка и обоснование алгоритмов;

• разработка комплекса программ и решение контрольных примеров;

• практическая апробация программного обеспечения для построения моделей на основе исходных данных промышленных предприятий и экспертная оценка результатов.

В этой связи к основным результатам, составляющим научную новизну исследования можно отнести следующее:

1. Сформулирован и обоснован оригинальный принцип максимальной независимости работ, положенный в основу алгоритмов построения сетевых моделей, реализация которого позволяет строить оптимальный вариант топологии сети.

2. Разработаны алгоритмы синтеза топологии сетей, на основе которых предложена структура программного комплекса для проектирования сетевых моделей.

3. Разработан алгоритм построения модели динамического планирования финансовых ресурсов, обеспечивающий выбор инвестиционных проектов из ряда альтернативных в соответствии с критерием максимума прибыли.

4. Разработаны комплексы программ автоматизированного управления сетевыми моделями и динамического планирования финансов.

Практическая значимость исследования заключается в том, что разработанные в нем алгоритмы и программные комплексы построения моделей, обладающие достаточно высоким уровнем качества и адекватности моделей, могут использоваться в системах управления промышленными предприятиями, для управления инвестиционными проектами, выбора и обоснования инновационно-инвестиционных стратегий замены оборудования и др.

Представленные в диссертации методики, алгоритмы и рекомендации могут быть использованы различными предприятиями, научно-исследовательскими и проектными организациями, учебными заведениями при решении научно-практических задач управления сложными социально-экономическими системами.

Апробация результатов исследования. Разработанные в диссертации методы, алгоритмы и программное обеспечение нашли применение при разработке бизнес-планов и научно-технических проектов развития промышленных предприятий РД.

Теоретические и практические вопросы диссертационного исследования докладывались автором и получили положительную оценку на научно-практических конференциях Дагестанского государственного технического университета (ДГТУ) в 2008;2011 гг.- всероссийской научнопрактической конференции «Инвестиции и инновации как важнейший фактор экономического роста» (Махачкала, 2008), международной конференции «Мухтаровские чтения — современные проблемы математики и смежные вопросы» (Махачкала, 2010) — конференциях Приволжского дома знаний — Всероссийской научно-практической конференции «Современные модели социально-экономических и инновационных трансформаций 9 предприятий, отраслей, комплексов» и международной научно-технической конференции «Аналитические и численные методы моделирования естественнонаучных и социальных проблем» (Пенза, 2010).

Реализация и внедрение результатов работы. Работа выполнена в рамках проекта аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009;2011)». Результаты диссертационной работы использованы в системах управления и при разработке текущих и перспективных планов развития промышленных предприятий РД, а также в учебном процессе ДГТУ при проведении занятий по дисциплинам, связанным с инвестиционным планированием и моделированием экономических процессов.

Публикации по теме диссертации: опубликовано 14 печатных работ, в том числе 2 статьи опубликовано в научных периодических изданиях, включенных в перечень ведущих научных журналов ВАК РФ. Общий объем 14 печатных работ по теме диссертации 3,52 п.л. Объем, принадлежащий лично автору 3,14 п.л.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из ведения, трех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа изложена на 124 страницах, содержит 8 таблиц, 8 рисунков, библиографический список включает 130 наименований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Диссертационная работа посвящена вопросам исследования и разработки методов построения экономико-математических моделей, основное назначение которых на данном этапе развития рыночных отношений в РФ это совершенствование системы планирования и управления на всех уровнях производственно-хозяйственной деятельности организаций, а также поддержки принятия эффективных управленческих решений. Проведенные исследования позволили сделать ряд выводов и сформулировать конструктивные предложения, направленные на решение поставленных выше задач.

Основные научно-методические и практические результаты, полученные в диссертационной работе, состоят в следующем.

1. Проведен анализ производственно-хозяйственной деятельности и развития современных бизнес-структур, которые являются в настоящее время основной структурной составляющей экономики страны. Показано, что одним из эффективных инструментов управления такими структурами являются экономико-математические методы и модели и современные информационные технологии.

2. Анализ использования методов моделирования организационно-экономических систем показал, что наиболее сложным, трудоемким и трудноформализуемым этапом моделирования является процесс построения самой модели.

3. Сформулированы основные концептуальные критерии экономико-математического моделирования. Это достижение необходимого уровня адекватности модели и снижение трудоемкости ее построения.

4. Показано, что одним из наиболее адекватных средств представления процессов реализации проектов различного назначения являются сетевые модели. Вместе с тем отмечены сложности их топологического проектирования в силу большой размерности задачи.

5. Предложены алгоритмы, положенные в основу автоматизации проектирования топологии сетевых моделей. Главной предпосылкой метода является обоснованный в работе принцип максимальной независимости работ. Реализация данного принципа позволяет строить оптимальный вариант топологии сети. Разработана функциональная схема системы автоматизированного проектирования сетевых моделей, предусматривающая контроль качества и адекватности модели, выявления циклов, сшивки отдельных фрагментов сети в единую модель. Представлено теоретическое обоснование алгоритмов и контрольные примеры, подтверждающие их достоверность.

6. Разработана программа, отвечающая современным требованиям пользовательского интерфейса с подробной инструкцией по всем этапам работы программы. Количество работ в проекте, поддерживаемое программой, зависит от размера оперативной памяти компьютера. На современных компьютерах программа позволяет создавать проекты, включающие более пяти тысяч работ.

7. Предложено создание комплексного пакета прикладных программ по управлению проектом. Он должен включать в себя наряду с традиционными модулями расчета временных параметров, решения оптимизационных и распределительных задач, построения объемно-календарных планов и др. и модуль формирования топологии сети.

8. Разработаны алгоритмы построения модели динамического планирования финансовых ресурсов в различные проекты, обеспечивающие выбор проектов из ряда альтернативных в соответствии с критерием максимума прибыли. Представлено их теоретическое обоснование и рабочая программа, апробированная на классической задаче динамического планирования инвестиций. Достоверность полученных результатов и адекватность построенной модели определяется полным соответствием полученной модели и результатов ее исследования с моделью, представленных в литературных источниках. Целесообразность разработки.

112 представленной методики определяется тем, что организационно-экономические задачи этого класса в большинстве случаев имеют большую размерность, что существенно влияет на точность результатов моделирования. В этом плане автоматизация построения таких моделей существенно снижает время их построения и повышает степень их адекватности.

9. Методики построения модели динамического планирования инвестиций и топологического проектирования сетевых моделей были использованы при разработке бизнес-планов развития и выбора оптимальных стратегий инвестиционного планирования на промышленных предприятий республики Дагестан.

10. Алгоритмы вычислительной процедуры построения моделей динамического планирования инвестиций после соответствующей доработки и унификации могут быть использованы для построения широкого класса организационно-технологических моделей линейного программирования.

11. Показано, что предлагаемые алгоритмы синтеза топологии сетевых моделей и динамического планирования инвестиций относятся к полиномиальным алгоритмам, т. е. к алгоритмам Р-класса сложности.