Содержание к диссертации
Введение
1. Теоретические аспекты управления проектами и портфелями проектов и анализ существующих взглядов 8
1.1. Современные модели и задачи управления проектами 8
1.2. Цели и задачи управления портфелями проектов 14
1.3.Проблемы управления портфелями проектов 25
1.4. Обзор существующих методик оценки эффективности проектов .. 34
2. Описание методов, используемых в портфельном моделировании . 47
2.1. Обзор и анализ методов, применяемых для решения задач управления портфелем проектов 47
2.2. Развитие эволюционного моделирования и его применения 54
2.3.Описание принципов работы генетических алгоритмов 63
2.4.Реализация простого генетического алгоритма, теоремы эволюционного моделирования 76
3. Разработка моделей и методов управления портфелем проектов на основе генетических алгоритмов 86
3.1.Постановка задачи формирования и планирования портфеля проектов 86
3.2. Разработка модели синтеза и планирования портфеля проектов на основе эволюционных методов 97
3.3. Определение принципов построения инструментального средства синтеза и планирования портфелей проектов 109
3.4.Формирование и планирование портфеля проектов предприятия (на примере ООО «Агропромобеспечение») 113
Заключение 130
Список литературы 134
Приложение 1 144
Приложение 2 145
Приложение 3 146
Приложение 4 161
- Цели и задачи управления портфелями проектов
- Обзор существующих методик оценки эффективности проектов
- Развитие эволюционного моделирования и его применения
- Разработка модели синтеза и планирования портфеля проектов на основе эволюционных методов
Введение к работе
Актуальность работы. Развитие предприятия в основной и единственной для него отрасли происходит до тех пор, пока существует возможность увеличения прибыли. Как только данный потенциал исчерпывается, компания встает перед дилеммой: усиливать конкурентный напор или переходить к диверсификации. Подобный вопрос может возникнуть перед быстро развивающимся предприятием, которое функционирует в медленно развивающейся отрасли. В подобной ситуации рациональным будет решение об изъятии средств из освоенного бизнеса для финансирования диверсификационных мероприятий.
В последнее время управление проектами становится в России все более востребованно практикой и требует своего теоретического осмысления. Все больше компаний представляют свою деятельность в виде проектов. Конец 1990-х годов и начало 21-го века ознаменовались возвратом большинства компаний к политике, отличающейся повышенным вниманием к объединению краткосрочных задач в корпоративные проекты, а затем и в портфели определенным образом отобранных (нацеленных на увеличение их прибылей) проектов.
Практика управления проектами показала, что способность участников проекта повлиять на конечные характеристики продукта проекта и окончательную стоимость проекта максимальны в начале проекта и уменьшаются по ходу выполнения проекта. Главная причина этого состоит в том, что стоимость внесения изменений в проект и исправления ошибок в общем случае возрастает по ходу выполнения проекта. Отсюда следует, что особое внимание следует уделять фазе составления портфеля проектов.
Зачастую в современных российских организациях, действия исполнителей на местах не имеют требуемого эффекта из-за отсутствия механизма регулирования. Достаточно трудно расставить нужные
4 приоритеты в рамках всей компании и учесть движение и распределение всех ресурсов организации, в том числе такого специфического как время. Эти проблемы могут быть успешно решены в рамках управления портфелем проектов - набором проектов, которые могут быть не связаны технологически и реализуемые организацией для достижения её стратегических целей.
Несогласованность отдельных проектов, их потребностей, приоритетами могут вызвать нарушение нормального режима работы организации, что зачастую приводит к срыву большинства проектов. Последствия этого могут самыми разнообразными - от не возврата инвестированных средств, до резкого падения репутации компании. Управление портфелем проектов нацелено на устранение указанных недостатков.
Степень разработанности проблемы. Исследования, посвященные вопросам проектного и портфельного проектирования связывают с именами А.А. Матвеев, Е.М. Четыркин, А.К. Шишкин, А.В. Цветков, Д.А. Новиков, СВ. Леонтьев, С.А. Баркалов, В.Н. Бурков, Ю. Блех, У. Гетце, определенный вклад внесли А.Д. Шеремет, В.В. Ковалев и другие отечественные и зарубежные авторы. Широкое исследование проектов и методов их организации и реализации проводилось Project Management Institute (США) (Институт управления проектами), выпускающий и поддерживающий стандарт управления проектами РМВоК, последняя версия которого затрагивает управления портфелями проектов.
' Проблемы эволюционного моделирования изучены в работах таких авторов, как Дж. Холланд, Л.Фогель, А.Овен и М.Уолш, И.Л.Букатова, Л.Растригин, В.М. Курейчик, В.В. Курейчик, В.В. Емельянов, А.А. Малафеева, В.Б. Тарасов, Дж.Р. Коза, Н. Винер, И. Пригожий, Д. Поспелов, Н. Моисеев, А. Мелихов и другие отечественные и зарубежные исследователи.
Однако работ, опирающихся на стык упомянутых областей науки недостаточно, и данная проблема является недостаточно изученной.
5 Применение эволюционных методов в решении экономических задачах представляет большой интерес ввиду широких возможностей решения практических задач стратегического и тактического планирования, формирования и планирования портфелей проектов, вплоть до оптимизации отдельно взятых проектов.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка и исследование методов эффективного формирования и планирования портфелей проектов для реализации стратегических целей организации.
В соответствии с данной целью были поставлены следующие задачи исследования, определившие логику диссертационного исследования и его структуру:
выявить основные проблемы формирования и планирования портфелей проектов;
уточнить цели и задачи портфельного управления; выбрать и исследовать применимость эволюционных методов к задачам . формирования и планирования портфелей проектов; разработать модели многокритериального анализа и синтеза портфелей проектов;
разработать алгоритмы, основанные на генетических алгоритмах для . решения задач формирования и планирования портфелей проектов; решить прикладные задачи формирования и планирования портфеля проектов на примере ООО «Агропромобеспечение». Объектом исследования является формирование и планирование портфелей проектов (на примере 000 «Агропромобеспечение»).
. Предметом исследования является методика формирования и планирования портфелей проектов с применением эволюционных методов.
Методологическую основу исследования составили монографии и публикации ведущих отечественных и зарубежных ученых в области управления проектами, эволюционных методов, стратегического управления
компанией. В основу диссертационной работы положены основные научные положения и математический аппарат теории эволюционного моделирования, экономического анализа, проектного управления.
Информационной базой послужили материалы периодической печати, данные министерства сельского хозяйства России, материалы международных научно-практических конференций, материалы национального фонда ресурсосберегающих технологий, данные предприятия ООО «Агропромобеспечение», а также экспертные оценки, расчеты и результаты экспериментов.
Научная новизна результатов, полученных в диссертации, заключается в следующем:
разработана многокритериальная модель формирования портфеля проектов с применением эволюционных методов, позволяющая одновременно учитывать множество критериев оценки проектов, множество ресурсов, потребляемых и выпускаемых проектами, а также осуществлять временное планирование реализации портфеля;
предложена форма генетического алгоритма, решающего задачу оптимизации портфеля проектов, позволяющая эффективно формировать и планировать реализацию портфеля проектов, обладающая возможностью легкого распараллеливания вычислений для задач высокой размерности, благодаря чему появляется возможность анализа устойчивости сформированного портфеля путем изменения параметров проектов и многократного прогона алгоритма.
определены условия применимости представленных моделей и методов для рассмотренного класса задач;
. - разработаны варианты; моделей постановки задач синтеза и планирования портфелей проектов, как с учетом, так и без учета временного фактора;
7 На защиту выносятся:
- методика и модель формирования и планирования портфелей
проектов на основе эволюционных методов;
. - структура программного обеспечения поддержки принятия решений при управлении портфелем проектов;
- вариант технологии применения для синтеза и планирования
портфеля проектов многокритериальной модели, основанной на
модифицированном генетическом алгоритме;
Теоретическая и практическая значимость работы состоит в возможности использования предложенных экономико-математических моделей, методов и средств. для разработки и обоснования портфелей проектов, а также планирования их реализации с учетом предпочтений руководителей предприятия. Разработанные методики позволяют повысить обоснованность и качество принимаемых решений, оптимизировать затраты предприятия на инвестиционную деятельность, а также, благодаря возможностям масштабирования указанных моделей, оптимизировать стратегическую и тактическую деятельность предприятия, что подтверждается положительной апробацией разработанных моделей и методов на реально действующем предприятии Волгоградской области.
Научная апробация результатов работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных конференциях, проводимых в г.Волгоград и г.Пенза (2003-2005). Разработки по результатам исследования успешно внедрены на ООО «Агропромобеспечение».
По теме диссертационных исследований опубликовано 4 научные работы общим объемом 1 печатный лист.
. Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка литературы и приложений.
Цели и задачи управления портфелями проектов
В международной практике управления множеством проектов существует три основных подхода: - мультипроект; - управление программами; . - управление портфелем проектов. По мнению экспертов в области управления проектами эти подходы нельзя рассматривать как независимые дисциплины, поскольку существует очень много пересечений и естественных взаимозависимостей [77].
Под программой подразумевается группа проектов, которые взаимосвязаны друг с другом, поскольку предпринимаются с целью получения одного результата. Например, у некоммерческой организации может быть годовая программа, которая будет объединять большое количество проектов, направленных на сбор средств. Управление этими проектами на уровне программы нацелено на то, чтобы они не вступали в конфликт друг с Другом.
Программа - это ряд связанных друг с другом проектов, управление которыми координируется для достижения преимуществ и степени управляемости, недоступных при управлении ими по отдельности. Программы могут содержать элементы работ, имеющих к ним отношение, но лежащих за пределами содержания отдельных проектов программы[91]. Например:
Программа по производству новой модели автомобиля может быть разбита на проекты по созданию и улучшению каждого из основных узлов автомобиля (например, трансмиссии, двигателя, интерьера салона, дизайна автомобиля), пока на конвейере идет сборочный процесс.
Во многих электронных компаниях менеджеры программ отвечают как за выпуск отдельных продуктов (проекты), так и за координацию нескольких выпусков в определенный период времени (текущая оперативная деятельность).
Программы также содержат повторяющиеся или циклические задачи, например: В коммунальных услугах часто говорят о ежегодной «строительной .программе», то есть серии проектов, основывающихся на предыдущих достижениях.
У многих некоммерческих организаций имеются «программы по привлечению финансирования» по привлечению финансовой помощи, состоящие из серии отдельных проектов, таких как членство в организации или аукционы.
Издание газеты или журнала также является программой, где каждый отдельный номер управляется как проект. Это пример того, как общая операционная деятельность может стать . «управлением через проекты». В отличие от управления проектом, управление программой является централизованным, скоординированным управлением группы проектов для достижения стратегических целей программы и выгод. Мультипроект обычно подразумевает задачу перераспределение ресурсов между проектами и координацию движения ресурсов между проектами.
Портфель - это набор проектов или программ и других работ, объединенных вместе с целью эффективного управления данными работами для достижения стратегических целей. Проекты и программы портфеля не обязательно являются взаимозависимыми или напрямую связанными. Финансирование и поддержка могут предоставляться на основании категорий риска/награды, особых направлений бизнеса или общего типа проектов, например, улучшения инфраструктуры и внутренних процессов. Организации управляют своими портфелями в соответствии с конкретными задачами: 1. максимально увеличить ценность портфеля с помощью тщательного изучения намеченных для включение в портфель проектов; 2. своевременно исключить проекты, не соответствующих стратегическим задачам портфеля; 3. уравновешивание пошаговых и радикальных инвестиций; 4. эффективное распределение и использование ресурсов портфеля. Обычно ответственность за управление портфелем в интересах организации берут на себя старшие менеджеры или высшее руководство. При многопроектном управлении необходимо распределять ресурсы (в том числе и финансовые) по всем проектам организации, причем оптимальным должен быть финансовый поток уже по всей совокупности проектов. В такой ситуации, может быть, придется «пожертвовать» отдельными проектами ради достижения поставленных перед организацией целей.
Принципы портфельного управления проектами применимы на любых развивающихся предприятиях. Ключом к их внедрению должно быть выявление текущих проектов, систематизация их в виде EPS (структура декомпозиции проектов) и WBS (структура декомпозиции работ) структур [108] и управление этими проектами как совокупностью в виде одного или нескольких портфелей, ориентируясь, в первую очередь, на получение преимуществ для компании в целом, а не только для реализации отдельно взятого проекта.
Контроль и корректировка реализации портфеля. . Первый и второй этапы процесса управления портфелем проектов входят в компетенцию руководства компании, её учредитедей, акционеров. На втором этапе подготавливаются сведения, которые могут являться отправной точкой для последующих двух этапов. Деятельность на четвертом этапе можно отнести к творческому или изобретательскому процессу, для его решения разработаны различные методы группового или индивидуального синтеза решений. Сюда относятся различные методы экспертизы, например, метод группового блокнота, мозговой штурм и другие.
Анализ проектов на пятом уровне требует определения соответствия отдельных проектов стратегическим целям организации, выявление выходных параметров: потребности проектов в различного рода ресурсах, в том числе времени, определение выходных параметров: получаемый прирост неких параметров, отражающих приближение к целям. В коммерческих организация чаще всего в качестве показателя используется получаемый денежный доход от реализации проекта. Государственные структуры, например, муниципалитет при реализации проекта в качестве оценочных показателей могут использовать социальную значимость проекта, его роль в инфраструктуре города и так далее. Стоит отметить, что существует ряд проектов, напрямую не увеличивающих значения основных показателей, отражающих достижение целей, однако их влияние на показатели других проектов настолько велико, что суммарное увеличение выходных показателей портфеля значительно превышает их значение, в случае нереализации подобных проектов. В качестве примера можно привести различные рекламные проекты, проекты модернизации системы управления, обучения персонала и другие. Поэтому на пятом этапе необходимо также оценивать взаимное влияние проектов, то есть синергетический эффект.
Обзор существующих методик оценки эффективности проектов
Одной из основных задач при выборе направления инвестирования является определение эффективности вложения средств в тот или иной проект. По каждому проекту целесообразно составлять отдельный инвестиционный план,-одним из элементов которого является определение эффективности инвестиционного проекта.
Для решения задачи оптимального подбора портфеля проектов необходимо определиться с целевой функцией, которая является оценкой эффективности портфеля. Так как эффективность портфеля складывается из эффективностей входящих в него проектов (это может быть необязательно аддитивная свертка), то необходимо определиться с критериями оценки каждого проекта из исходного множества, а также оценить все проекты по данным критериям. .
Как уже было упомянуто ранее, критерии оценки портфеля должны отражать стратегические цели организации, организующей данный портфель. Организации реализующие социальные проекты оценивают проекты по степени социальной эффективности, которую можно оценить проведя, например, опросы затрагиваемого населения. Технические проекты обычно являются частью экономического или социального проекта, соответственно, их эффективность можно оценить в стоимостных или иных оценках, отражающих эффективность родительского проекта. В случае коммерческих организаций, большинство проектов являются также коммерческими, поэтому основные критерии оценки являются стоимостными оценками. В частности показатели, отражающие движение денежных средств, прибыльность проекта и т.д. Эффективность проекта - это категория, отражающая соответствие проекта целям и интересам его участников [56]. Стоимостная оценка - это оценка вероятной стоимости тех ресурсов, которые потребуются для выполнения работ, предусмотренных проектом. Стоимостные оценки рассчитываются в течение всего проекта. Для того чтобы дать проекту разрешение на старт, необходимо вначале проверить концептуальные (предпроектные) оценки его стоимости. На этом этапе используется предварительная оценка, так называемая оценка «порядка величины», отличие которой от реальной стоимости лежит в интервале от -25% до + 75%. По ходу реализации проекта требуются более точные оценки. При этом определение сметной стоимости производится с точностью от -10% до +25%. И наконец, к моменту выработки согласованной базовой цены проекта необходимо провести окончательную стоимостную оценку, значение которой не должно быть меньше реальной более чем на 5% и превышать ее более чем на 10%.
На ранних стадиях проекта неопределенность в понимании реального объема работ проекта еще слишком велика, и нет никакого смысла в затратах усилий на то, чтобы на каждой стадии проекта делать более точные стоимостные оценки, чем это необходимо на текущий момент.
Существует несколько общепринятых методов расчета стоимостных оценок. Каждый может выбрать метод, обеспечивающий требуемую точность оценки и соответствующий его возможностям по денежным и трудовым затратам на проведение самой стоимостной оценки.
Метод оценки стоимости «сверху вниз» используется для оценки затрат на ранних стадиях проекта, когда информация о проекте еще очень ограниченна. Смысл такой укрупненной экспертной оценки в том, что она производится обобщенно и проект оценивается в целом по одному показателю. Оценка удобна тем, что не требует больших усилий и времени. Недостатком же является не такая высокая точность, какая могла бы быть при более детальной оценке.
Метод оценки «снизу вверх» нужен для выработки согласованной базовой цены проекта или окончательной стоимостной оценки проекта. Название метода отражает способ расчета стоимостной оценки - метод предусматривает оценку затрат на детальных уровнях проекта, а затем суммирование затрат на более высоких уровнях обобщения для получения оценки стоимости (сметы) всего проекта. Для осуществления такой «свертки» затрат можно использовать структуру декомпозиции работ (СДР или WBS) проекта. Преимущество этого метода состоит в точности получаемых результатов, которая в свою очередь зависит от уровня детализации при оценке затрат на нижних уровнях рассмотрения. Из математической статистики известно, что чем больше деталей добавляется в рассмотрение, тем выше точность оценки.
Недостатком же этого метода является то, что затраты средств и времени на выполнение детальной оценки значительно выше.
Метод оценки «по аналогу» является одной из разновидностей метода оценки «сверху вниз». Суть его заключается в том, что для предсказания стоимости оцениваемого проекта используются фактические данные о стоимости прежде выполненных проектов. В основе этого метода лежит идея, что все проекты в чем-то схожи между собой.
Если сходство между проектом-аналогом и оцениваемым проектом велико, то результаты оценки могут быть очень точными, в противном случае оценка будет произведена неверно.
Пусть, например, требуется разработать новый программный продукт, и его модули аналогичны модулям другого, уже разработанного продукта, но должны содержать большее количество команд. По характеру работы предыдущий и предстоящий проекты очень схожи. Если объем работ в новом проекте на 30% больше, чем в предыдущем, то метод оценки «по аналогу» позволяет предположить, что и стоимость нового проекта будет на 30% больше стоимости предыдущего (разумеется, при неизменной стоимости ресурсов).
Методы параметрических оценок похожи на метод оценки «по аналогу» и также являются разновидностью метода «сверху вниз». Присущая им точность не лучше и не хуже точности метода оценок «по аналогу».
.Процесс оценки по параметру состоит в нахождении такого параметра проекта, изменение которого влечет пропорциональное изменение стоимости проекта. Математически параметрическая модель строится на основе одного или нескольких параметров. После ввода в модель значений параметров в результате расчетов получают оценку стоимости проекта.
Если параметрические модели различных проектов схожи и величину затрат и значения самих параметров легко подсчитать, то точность параметрической оценки предстоящего проекта можно повысить. Если, например, есть два выполненных проекта, причем стоимость одного из них больше стоимости оцениваемого проекта, а стоимость другого - меньше, и параметрическая,модель справедлива для обоих выполненных проектов, то точность параметрической оценки стоимости предстоящего проекта и надежность использования параметра будут достаточно высоки.
Оценивание можно производить также с использованием множества параметров. В этом случае каждому параметру в зависимости от его значимости приписывается весовой коэффициент, и оценка стоимости осуществляется согласно многопараметрической модели. .
Например. Строительство дома стоит 115 долл. за квадратный фут, следовательно, постройка дома площадью 1000 квадратных футов обойдется в 115 тыс. долл. Разработка программного продукта стоит 2 долл. за команду, следовательно, разработка программы в 5 тыс. команд будет стоить 10 тыс. долларов. Строительство офисного здания обойдется в 254 долл. за квадратный фут, плюс 54 долл. за куб. фут, плюс 2 тыс. долл. за акр земли и т. д. По мнению ряда авторов инвестициями называется совокупность долговременных затрат финансовых, трудовых и материальных ресурсов с целью увеличения накоплений и получения прибыли. Поэтому, любой проект в коммерческой организации может рассматриваться как инвестиционный проект, соответственно для анализа отдельных проектов и портфеля в целом могут использоваться методы оцецки инвестиционных проектов.
Главным направлением предварительного анализа является определение показателей возможной экономической эффективности инвестиций, т.е. отдачи от капитальных вложений, которые предусмотрены по проекту.
Развитие эволюционного моделирования и его применения
Теория эволюции повлияла на изменение мировоззрения людей с самого своего появления. Теория, которую Чарльз Дарвин представил в работе, известной как "Происхождение Видов", в 1859 году, стала началом . этого изменения. Многие области научного знания в настоящее время наслаждаются свободой мысли в атмосфере, которая многим обязана революции, вызванной теорией эволюции и развития. Но Дарвин, подобно многим своим современникам, кто предполагал, что в основе развития лежит естественный отбор, не мог не ошибаться. Например, он не смог показать механизм наследования, при котором поддерживается изменчивость. Его гипотеза о пангенезисе оказалась неправильной. Это было на пятьдесят лет до того, как теория наследственности начала распространяться по миру, и за тридцать лет до того, как "эволюционный синтез" укрепил связь между теорией эволюции и относительно молодой наукой генетикой. Однако Дарвин выявил главный механизм развития: отбор в сочетании с изменчивостью или, как он его называл, "спуск с модификацией". Во многих случаях, специфические особенности развития через изменчивость и отбор все еще не бесспорны, однако, основные механизмы объясняют невероятно широкий спектр явлений, наблюдаемых в Природе.
Считается, что история эволюционного моделирования или эволюционных вычислений началась с работ Дж. Холланда, Л.Фогеля, А.Овена и М.Уолша, И.Л.Букатовой, Л.Растригина, Ж.Б. Ламарк и других исследователей. Все они взяли за основу ряд преобразований живого материала, существующих в природе, упростили их, построив ряд принципов и моделей эволюционных процессов. Со временем эволюционное моделирование превратилось в теорию, на основе которой осуществляется поиск квазиоптимальных и оптимальных решений задач, некоторые из которых до этого времени считались неразрешимыми[48].
Вклад в современные исследования эволюционных методов привнесли Курейчик В.М., Курейчик В.В., Емельянов В.В., Малафеева А.А, Тарасов В.Б.Доза Дж.Р., Н. Винер, И. Пригожий, Д. Поспелов, .Н. Моисеев, А. Мелихов и другие исследователи.
Главная трудность с возможностью построения вычислительных систем, основанных на принципах естественного отбора и применением этих систем в прикладных задачах, . состоит в том, что природные системы достаточно хаотичны, а все наши действия, фактически, носят четкую направленность. Мы используем компьютер как инструмент для решения определенных задач, которые мы сами и формулируем, и мы акцентируем внимание на максимально быстром выполнении при минимальных затратах. Природные системы не имеют никаких таких целей или ограничений, во всяком случае нам они не очевидны. Выживание в природе не направлено к некоторой фиксированной цели, вместо этого эволюция совершает шаг вперед в любом доступномее направлении.
Эволюция (лат. evolutio — развертывание, развитие) как принято считать в биологии, это необратимое историческое развитие естественных и искусственных систем [22].
Эволюционное моделирование является бионическим методом, заимствованным у природы, закон естественного отбора в сочетании со случайными мутациями дает в руки исследователя чрезвычайно мощный и универсальный аппарат синтеза алгоритмов. Что является привлекательным обстоятельством метода[23].
Основные характерные черты биологической эволюции это: преемственность; возникновение в эволюционном процессе целесообразности; усложнение и совершенствование структур.
Впервые термин эволюция был использован в биологии швейцарским ученым Ш. Бонне в 1782 году. Под эволюцией понимают медленные постепенные количественные и качественные изменения объекта. При этом каждое новое состояние объекта должно иметь по сравнению с предыдущим более высокий уровень развития и организации.
В биологии эволюция определяется наследственной изменчивостью, борьбой за существование, естественным и искусственным- отбором [46, 104]. Эволюция приводит к формированию адаптации (приспособлений) организмов к условиям их существования, изменению генетического состава от популяции видов, а также отмиранию неприспособленных видов. Под адаптацией понимается процесс приспособления строения и функций организмов и их органов к условиям окружающей среды. В науке под адаптацией понимают процесс накопления и использования информации в системе, направленный на достижение ее (системы) оптимального состояния, при первоначальной неопределенности и изменяющихся внешних условиях [104, 12]. О том, что явление адаптации имеется в живой природе, было известно биологам прошлых веков. В настоящее время генетика или теория генетики утверждает [12, 47], что адаптация не является какой-то внутренней сущностью, заранее приданной организму, но она всегда возникает и развивается. Такое развитие осуществляется под воздействием четырех основных признаков: наследственности, изменчивости, естественного отбора, искусственного отбора.
Генетические Алгоритмы - адаптивные методы поиска, которые в последнее время часто используются для решения задач функциональной оптимизации. Они основаны на генетических процессах биологических организмов: биологические популяции развиваются в течении нескольких поколений, подчиняясь законам естественного отбора и по принципу "выживает наиболее приспособленный", открытому Чарльзом Дарвином. Подражая этому процессу генетические алгоритмы способны "развивать" решения реальных задач, если те соответствующим образом закодированы. Например, ГА могут использоваться, чтобы проектировать структуры моста, для поиска максимального отношения прочности/веса, или определять наименее расточительное размещение для нарезки форм из ткани. Они могут также использоваться для интерактивного управления процессом, например на химическом заводе, или балансировании загрузки на многопроцессорном компьютере. Вполне реальный ; пример: израильская компания Schema разработала программный продукт Channeling для оптимизации работы сотовой связи путем выбора оптимальной частоты, на которой будет вестись разговор. В основе этого программного продукта и используются генетические алгоритмы.
С развитием теории эволюции ее идеи все больше используются при моделировании мышления и поведения человека, создании современных компьютеров и т. д. В связи с этим возникают целые новые отрасли знаний и науки. Например, бионика (греч. bion — элемент жизни) — наука пограничная между биологией, генетикой и техникой, решающая инженерно-технические задачи на основе генетики и анализа структуры жизнедеятельности организмов [108].
Основным, преимуществом эволюционного моделирования является возможность решения задач, имеющих много локальных оптимумов за счет комбинирования элементов случайного и направленного поиска. Другим важным фактором эволюционного моделирования является моделирование процессов селекции, размножения и наследования. При этом получаемые по определенным правилам альтернативные решения могут порождать новые решения, которые будут «наследовать» лучшие характеристики предыдущих. Суть стратегии эволюционного моделирования состоит в реализации целенаправленного процесса размножения-гибели, при котором размножению соответствует появление новых объектов, а гибели — удаление объектов в соответствии с определенными критериями естественного и искусственного отбрра[48].
Разработка модели синтеза и планирования портфеля проектов на основе эволюционных методов
Сформулируем алгоритм решения задачи, рассмотренной в пункте 3.1. Изменяемыми величинами в данной задаче являются: набор проектов в портфеле Q с /, время начала каждого проекта относительно времени начала реализации портфеля - tq, qeQ, таким образом, необходимо определить множество, состоящее из пар {q,Tq}, qeQ. Так как генетический алгоритм оперирует понятиями «особь», то необходимо найти соответствующее представление данного множества в виде особи, позволяющее эффективно решать данную задачу при помощи данного эволюционного метода.
Определимся, что для каждого проекта выделим необходимое количество бит в особи,.необходимое для представления всех регулируемых параметров отдельного проекта. В рамках рассматриваемой задачи, пронумеруем проекты в исходном множестве / = {г1,г 2,...,гдг}, следовательно, в особи для представления каждого проекта требуется количество бит, необходимых для представления числа N, Нулевой., проект означает отсутствие проекта - таким образом, достигается переменное количество проектов в портфеле. Дополнительно к каждому проекту требуется найти время начала реализации конкретного проекта -тп соответственно, дополнительно длина аллели увеличивается на число бит, необходимых для представления maxj j- максимально возможного времени начала реализации проекта. Так как количество проектов не всегда соответствует максимальному числу, которое можно представить выделенным числом бит, то данную задачу можно решить двумя способами: модифицировать генетические операторы таким образом, чтобы, ,в процессе своей работы они не допускали появления в особи неудовлетворительных значений, либо в качестве номера проекта использовать остаток от деления по модулю максимального номера проектов. Второй вариант видится более удобным, так как не требует внесения значительных изменений в режим работы генетического алгоритма.
Примем отдельную особь как вариант портфеля проектов, следовательно, размер особи зависит от максимального количества проектов в портфеле и длины последовательности бит, обозначающей номер проекта и время начала его реализации. Примем, что нулевое значение номера проекта означает отсутствие проекта. , Таким образом, введем возможность переменного размера портфеля.
Определимся с длинной особи. Хотя, согласно постановке задачи, максимальное количество проектов в портфеле: совпадает с количеством проектов в исходном множестве (когда в портфель включены все имеющиеся проекты, т.е. портфель фиксирован), на практике часто можно значительно ограничить максимальный размер портфеля, используя ограничения, существенные для конкретной задачи.
Например, используя ресурсные ограничения, можно установить следующий порог количества проектов в портфеле, и, соответственно, длину особи (в случае, если выход ресурсов по завершении проектов не используется или не учитывается на входе следующих проектов).
По завершении работы алгоритма выбирается лучшая особь из полученного поколения. Кроме указанного критерия остановки, алгоритм может остановиться из-за преждевременной сходимости, когда происходит вырождение популяции: все особи становятся одинаковыми и ни один генетический оператор не в состоянии сгенерировать лучшую особь.
Для случаев, когда ограничения настолько существенны, что портфеля, удовлетворяющего может вообще не существовать, введем в генетический алгоритм условие обнаружения подобной ситуации и остановки работы алгоритма: если после полного цикла применения генетических операторов не было получено ни одной удовлетворительной особи, алгоритм останавливает свою работу.
Одним из центральных моментов работы алгоритма является вычисление целевой функции для. каждой особи. Рассмотрим этот этап более подробно, так как он является не тривиальным для рассматриваемой задачи.
Согласно постановке задачи для использования данного метода необходимо определить следующие данные: 1. перечень возможных проектов / ; 2. объемы потребляемых ресурсов для каждого проекта из / во времени; 3. критерии оценки проектов в соответствии со стратегическими целями организации, заинтересованной в реализации портфеля, а также значения оценок для каждого проекта; 4. матрицы оценки синергетических эффектов от одновременной реализации проектов (квадратные матрицы, столбцы и строки которых представляют собой-номера проектов из исходного множества, в ячейках содержаться абсолютные величины изменения данного критерия оценки, если одновременно реализуются проекты с номером данного столбца и строки); 5. выход ресурсов для каждого проекта (если таковые имеются) во времени; 6. продолжительность каждого проекта (при необходимости); 7. желаемые (идеальные) значение критериев оценки - вектор К .
Данные, указанные в пунктах 2,5,6 определяются расчетным методом, например при помощи разработки бизнес-планов. Часть критериев оценки, указанных в пункте 3, также могут быть рассчитаны при помощи бизнес-планирования, например общепринятые критерии оценки эффективности инвестиционных проектов: период окупаемости - РВ; дисконтированный период окупаемости - DPB; средняя норма рентабельности - ARR; чистый дисконтированный (приведенный) доход - NPV; индекс прибыльности - PI; внутренняя норма доходности (рентабельности) - IRR; модифицированная внутренняя норма доходности (рентабельности) - MIRR й другие. Однако, для данных критериев невозможно вычислить итоговое значение для всего портфеля простым суммированием. В данном случае необходимо брать аддитивные составляющие данных критериев и вычислять итоговые значения уже для агрегированных значений всего портфеля. Например, для расчета индекса рентабельности инвестиций PI для всего портфеля в качестве критериев необходимо использовать доход на каждый период Рк и величину инвестируемого капитала ICk , где к - номер периода. А затем, используя суммарные показатели дохода и величины инвестируемого капитала вычислить индекс рентабельности инвестиций для всего портфеля в целом, хотя в расчетах используются дисконтирование параметров, но так как до начала проекта никакого инвестирования капитала не происходит в данные проект, то корректировка дисконтированных параметров по времени начала соответствующего проекта не требуется.
Определение перечня исходных проектов относится к творческим задачам и её полная формализация невозможна, однако, существует возможность применения методов поддержки принятия решений для изобретательских задач и синтеза решений, в частности методы, исследованные Андрейчиковым А.В. и Андрейчиковой О.А. комбинаторно-морфологического синтеза и другие.
В реальных задачах существуют зависимости между проектами, которые могу существенно повлиять на значение того или иного критерия оценки портфеля. Некоторые проекты совершенно независимы и не оказывают влияния друг на друга, таким образом, их одновременное выполнение не изменить суммарного значения критериев оценки проектов. Существует класс проектов, одновременная реализация которые увеличивает суммарное значение того или иного критерия, и, наконец, существую проекты, «мешающие» реализации друг друга, когда суммарное значение того или иного критерия уменьшается, если проекты реализуются в одном портфеле.
. В рамках рассмотренных задач предлагается оценивать синергетические эффекты от одновременной реализации проектов при помощи матриц, строки и столбцы которых означают номера проектов, а в ячейках содержится отклонение суммарного значения данного критерия. На главной диагонали указанной матрицы находятся нули, и матрица симметрична относительно главной диагонали.
