Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Математическое моделирование процесса принятия решений в организационной системе 11
1.1. Анализ содержания процесса принятия управленческого решения в структуре управления организационной системой 11
1.2. Моделирование целеполагания организационной системы 27
1.3. Выбор подходов к моделированию процессов принятия управленческих решений в подразделениях вневедомственной охраны 36
1.4. Математическая постановка задачи планирования деятельности организационной системы 42
1.5. Выводы и задачи исследования 45
Глава 2. Разработка компонент математического обеспечения процессов выработки тактических управленческих решений в организационной системе 48
2.1. Принципы построения когнитивных моделей задач принятия управленческих решений 48
2.2. Структура сетевой модели целевых установок организационной системы 53
2.3. Модели динамических систем на основе логики присутствия 58
2.4. Методика формирования сетевой модели целевых установок организационной системы 69
Глава 3. Разработка алгоритмического обеспечения автоматизированной системы планирования работы организационной системы 83
3.1. Проверка согласованности экспертных оценок о важности целевых установок организационной системы 83
3.2. Алгоритм определения коэффициентов важности целевых установок организационной системы 90
3.3. Оценивание деятельности организационной системы на основе сетевой модели её целевых установок 93
3.4. Планирование деятельности организационной системы на основе сетевой модели её целевых установок 101
Глава 4. Оценка целесообразности внедрения в практику подразделений вневедомственной охраны разработанных моделей и методик 108
4.1. Формирование сетевой модели целевых установок отдела вневедомственной охраны 108
4.2. Автоматизированная система планирования и оценки деятельности отдела вневедомственной охраны 117
4.3. Оценка ожидаемого экономического эффекта от внедрения разработанных предложений в практику подразделений вневедомственной охраны 129
Выводы 134
Заключение 136
Литература 138
Приложение 152
- Моделирование целеполагания организационной системы
- Структура сетевой модели целевых установок организационной системы
- Алгоритм определения коэффициентов важности целевых установок организационной системы
- Автоматизированная система планирования и оценки деятельности отдела вневедомственной охраны
Введение к работе
Актуальность темы. Эффективность функционирования любой организационной системы (ОС) в значительной степени определяется используемыми моделями принятия управленческих решений. Основными условиями обеспечения эффективности и адекватности таких моделей являются: 1) применение к процессу выработки решения совокупности научных подходов и принципов управления; 2) обеспечение многовариантного синтеза решений и сравнимости этих вариантов; 3) применение методов оптимизации, автоматизация процесса сбора и обработки информации и выработки решений. Выполнение перечисленных условий, особенно при разработке моделей процессов принятия тактических и стратегических решений в ОС, не представляется возможным без моделирования процесса управления, а именно таких важных его составляющих, как целеполагание и тактическое планирование.
Существующие методы и методики наиболее развитого аппарата моделирования деятельности ОС - программно-целевого подхода - не могут быть использованы в «чистом виде» для моделирования процессов принятия тактических управленческих решений в таких программно-управляемых ОС, как подразделения вневедомственной охраны (ВО). Это обусловлено тем, что в них не обеспечиваются условия адаптации модели комплекса целей к реальной среде функционирования организации и учёта прогнозируемых действий её элементов окружения. Отсутствуют возможности представления целей-процессов (с указанием потребных ресурсов) и выбора альтернативных планов действий, исходя из степени достижения промежуточных целей Применение средств логико-математического моделирования для формирования модели комплекса целей (как формальной основы планирования), а также разработка моделей логической оценки достижимости целей ОС в прогнозируемой реальности позволяют устранить указанные недостатки.
Таким образом, актуальность темы исследования определяется необходимостью повышения эффективности функционирования ОС за счёт разработки и использования моделей и методик целеполагания, а также процедур оценки достижимости целей и многовариантного синтеза тактических планов деятельности организации с учётом имеющихся ресурсов и прогнозируемой обстановки.
Диссертационная работа выполнена на кафедре информационно-технического обеспечения органов внутренних дел Воронежского института МВД России в соответствии с Концепцией развития Службы общественной безопасности МВД России (приказ МВД России от 15 марта 2002 года № 240) и научным направлением института - «Математическое и компьютерное моделирование» (регистрационный номер 01.02.00 02951).
і *"ОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ
I БИБЛИОТЕКА
1. ygsff
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование и разработка методик, алгоритмов математического моделирования процессов целеполагания и тактического планирования деятельности ОС, обеспечивающих построение соответствующих инструментальных средств в виде математического и программного обеспечения системы поддержки принятия решений (Сі 11 IF).
Для достижения поставленной цели возникла необходимость в решении следующих основных научных задач:
-
Разработка структурной модели комплексов целей, обеспечивающей формализацию слабоструктурированных задач управления ОС с учётом реальной среды её функционирования.
-
Разработка методики формирования сетевой модели целевых установок (ЦУ) ОС.
-
Разработка алгоритма оценивания деятельности ОС, исходя из достижения целей её функционирования.
4. Разработка алгоритма тактического планирования деятельности
ОС, обеспечивающего учёт имеющихся ресурсов, целей функционирования
и состояния внешней среды организации.
5. Разработка инструментальных средств в виде комплекса программ,
реализующего человеко-машинные процедуры формирования сетевой мо
дели ЦУ, оценки эффективности функционирования и тактического плани
рования деятельности ОС. Внедрение полученных результатов в практиче
скую деятельность подразделений ВО.
Методы исследования. Для решения перечисленных задач в диссертационной работе были использованы методы логико-лингвистического моделирования, теории систем, теории графов, теории вероятностей и математической статистики, теории выбора решений, методы исследования операций, экспертных оценок, программно-целевого планирования и управления. Общей методологической основной является системный подход.
Научная новизна. При выполнении диссертационного исследования получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной:
-
Структура сетевой модели ЦУ, отличающаяся возможностями учёта прогнозируемых действий элементов окружения ОС и представления целей-процессов (с указанием потребных ресурсов) и выбора альтернативных планов действий, исходя из степени достижения промежуточных целей.
-
Методика формирования сетевой модели ЦУ, отличающаяся ориентацией на технологические процессы, протекающие в ОС, за счёт их целевого представления, а также принципами построения структуры и определения важности целей.
-
Алгоритм оценивания деятельности ОС, отличающийся определением степени достижения целей её функционирования с учётом ресурсов,
директив на состояние внешней среды и деятельности элементов окружения.
4. Алгоритм тактического планирования деятельности ОС, отличающийся нечувствительностью к количеству планируемых работ и учитываемых показателей.
Практическая значимость работы связана с применением основных результатов исследования в построенных инструментальных средствах; разработанных методики и алгоритмов в виде комплекса программ, реализующих автоматизированное построение сетевой модели деятельности ОС, процедуры оценки эффективности функционирования организации и планирования её деятельности.
Разработанные инструментальные средства и сетевая модель деятельности отдела ВО внедрены в деятельность отдела ВО при ОВД Октябрьского района г. Владимира, УВО при ГУВД Воронежской области, где используются руководящим составом отделов при проведении информационно-аналитической работы для оценки и планирования деятельности отдела, а также в учебный процесс кафедр информационно-технического обеспечения ОВД и организации деятельности подразделений ВО Воронежского института МВД России.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах- Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы борьбы с преступностью» (Воронеж, 2003, 2004, 2005 гг.), Международной конференции и Российской научной школе «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий» (Сочи, 2003 г.), IV Всероссийской научно-практической конференции «Охрана, безопасность и связь» (Воронеж, 2003 г.), Международной школе-семинаре «Современные проблемы механики и прикладной математики» (Воронеж, 2004 г.), III Всероссийской научно-практической конференции «Теория конфликта и её приложения» (Воронеж, 2004 г.), Международной конференции «Порядковый анализ и смежные вопросы математического моделирования» (Владикавказ, 2004 г.), Международной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Казань, 2005 г.), Международной конференции «Информационно-коммуникационные технологии в образовании» (Москва, 2005 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ (12 статей, 12 материалов научных конференций, 1 монография и 3 вычислительных программных средства, зарегистрированных в Государственном фонде алгоритмов и программ РФ), в том числе 11 работ - без соавторов Основное содержание работы изложено в 16 публикациях.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы из 143 наименований и 6 приложений. Работа изложена на 275 страницах машинописного текста.
Основной текст занимает 151 страницу, содержит 47 рисунков и 193 таблицы.
Моделирование целеполагания организационной системы
В разделе предложена информационная модель целеполагания программно-управляемых ОС, анализируются достоинства и недостатки существующих методов и методик моделирования целеполагания, а также возможность их применения для автоматизации процесса выработки управленческих решений в ОС.
Под механизмом целеполагания ОС будем понимать совокупность процедур, позволяющих в той или иной степени описать цели (целевые установки) ОС и осуществить прогнозирование их достижимости [57, 72, 82]. В состав целеполагания входят следующие процедуры [126]: формирование целей, их проверка, корректировка, согласование, установление очерёдности достижения целей и прогнозирование их реализуемости. Завершающим звеном целеполагания является формирование программы деятельности (управляющих директив) по достижению сформулированных, откорректированных и согласованных целей.
Информационная модель целеполагания программно-управляемых ОС представлена на рис. 1.4. Отметим, что на данном рисунке не все перечисленные компоненты механизма целеполагания обозначены отдельными блоками. Подразумевается, что некоторыми блоками обозначается сразу более одного компонента. При необходимости такое изображение можно детализировать.
В блок «Формирование целей» поступает информация о сложившейся ситуации, а также директивы вышестоящей системы управления. Содержание директивы могут составлять предписываемые системе нормы на состояние внешней среды, отнесённые к определённым интервалам или моментам времени. В дополнение к таким нормам может задаваться регламент поведения системы, определяющий допустимые действия её исполнительных органов, ограничения на используемые ресурсы и т.п. на отдельных этапах функционирования. При этом директива определяет не программу действий системы, а заданные с той или иной степенью детализации требуемые состояния внешней среды. В дополнение к этому формулируются критерии для оценки качества поведения системы и задаются ограничения на допустимые действия её исполнительной подсистемы.
Если цели оказываются достижимыми, а потому практически приемлемыми, то они поступают в блок «Формирование управляющей программы». Если же они оказываются недостижимыми, то требуется проведение их корректировки в блоке «Корректировка целей». Сюда же поступает и информация из блока «Сбор информации о текущей обстановке». Скорректированные цели поступают в блок «Формирование целей», где они могут храниться и откуда они передаются в блок «Прогнозирование достижимости целей». При проверке степени достижения целей кроме установления их совместимости и согласованности в пределах общей (глобальной) цели функционирования, также учитываются прогнозируемые действия элементов окружения системы. Для этого в информационной подсистеме осуществляется распознавание характера деятельности активных элементов (систем) и определяются возможные изменения состояний пассивных элементов [68]. Прогнозирование заканчивается тогда, когда получены цели, которые можно передать в блок «Формирование управляющей программы».
Этот блок в качестве результата обеспечивает синтез программы действий по достижению поставленных целей. Она формируется на основе модели комплекса целей и информации о сложившейся ситуации.
Формирование комплексов и их видоизменение в связи с согласованием и корректировкой целей выступают объектами моделирования комплексов целей.
Модель комплекса целей служит средством их согласования друг с другом и с объективными условиями деятельности, а также средством организации согласованных действий по достижению целей, входящих в отображаемый комплекс. Это обусловливает необходимость создания и использования данной модели при управлении деятельностью сложных ОС. Способы и средства построения подобных моделей достаточно разнообразны.
В управленческой деятельности модели комплексов целей строятся средствами естественного языка как содержательные описания целей и отношений между этими целями [120]. Это обстоятельство обуславливает слабые возможности данных моделей по корректировке и согласованию комплексов целей, так как они не содержат эффективных способов анализа, отличающихся точностью и фор мальной строгостью. Поэтому над ними формируются модели, обладающие свойствами, которых нет у первых. При построении точных и строгих моделей используются математические средства [80].
Одним из способов моделирования комплексов целей являются построение и преобразование специальных матриц «цели - средства» [106]. Под такими матрицами понимаются некие таблицы, позволяющие установить структурные и количественные связи экспертного характера между некоторым множеством задач (целей) У и множеством средств X, с помощью которых, по мнению экспертов, могут быть решены эти задачи.
Пусть множества X и У некоторым образом упорядочены и состоят соответственно из т типов средств и п задач. Заметим, что в общем случае то или иное средство xt {1 .і т) может использоваться для решения более чем одной задачи из множества У, а та или иная задача уi (\ . j .п) может решаться несколькими разными средствами из множества X. Поэтому при формировании матрицы «цели - средства» в первую очередь возникает вопрос о выявлении подмножеств задач (целей) YtGY, решать которые можно, используя средство xtG.X.
Структура сетевой модели целевых установок организационной системы
Предметом рассмотрения данного раздела является выбор структуры сетевой модели целевых установок (ЦУ), позволяющей формализовать слабоструктурированные задачи управления ОС.
В настоящее время при решении задач планирования и управления деятельностью ОС преимущественное распространение получили системы сетевого планирования, ориентированные на применение в процессе разработки плана эвристических методов и использование сетевых моделей, называемых сетевыми графиками (СГ), для наглядного представления готового плана работ [27, 72, 142]. Отличительной чертой СГ является использование только конъюнктивных вершин, изображающих события, соответствующие промежуточным подцелям, достижение которых необходимо для достижения заданной конечной цели. Однако данному методу свойствен ряд недостатков, к числу которых относятся:
1. Невозможность планирования процессов, включающих работы или операции с неоднозначным результатом, в которых результат определяется случайными факторами или действиями других систем.
2. Отсутствие возможности отражения на сетевом графике альтернативных и дублирующих вариантов достижения целей и подцелей.
3. Неформальный характер процесса оптимизации сетевого графика, базирующегося на опыте и интуиции его составителя.
Эти недостатки ограничивают возможности применения сетевого планирования для формализации процесса выработки решений в СППР. Как уже отмечалось, ОС подвержена влиянию случайных возмущений и может взаимодействовать с другими системами, преследующими цели, отличные от целей данной системы. В этих условиях план действий организации должен учитывать все возможные исходы и предусматривать меры, обеспечивающие достижение цели и при неблагоприятных исходах. Это означает, что должны планироваться запасные варианты действий и подготовительные операции, создающие возможность для их своевременного осуществления. Отсутствие формальных правил оптимизации сетевого плана работ не позволяет осуществить этот процесс без участия разработчика, что является препятствием для применения метода сетевого планирования в СППР.
Вместе с тем метод сетевого планирования указывает на общий подход к планированию сложных комплексов взаимосвязанных работ и мероприятий, который может быть принят за основу при разработке соответствующих алгоритмов выбора решений при условии его дальнейшего развития и совершенствования.
Для устранения описанных недостатков сетевого планирования, а также учёта особенностей целеполагания ОС, изложенных в п. 2.1, предлагается перейти от сетевого графика, содержащего только конъюнктивные вершины, к следующей сетевой модели целевых установок.
Предположим, что сетевая модель ЦУ отражает структуру постоянных целей системы и вытекающих из них оперативных целей для множества типовых ситуаций в проблемной среде. Особенностью этой модели, кроме уже отмеченных, является возможность начала процесса достижения цели из некоторого промежуточного состояния проблемной среды, когда часть ЦУ сети уже достигнута. Это состояние определяется условиями (рис. 2.3, г), входящими в каждую термальную ЦУ и заблаговременно определяемыми экспертами. Допустим, что все уже достигнутые ЦУ объединяются в ЦУ более высокого уровня. Задача выбора решения, таким образом, должна решаться при каждом заданном начальном состоянии среды, которое будет определять и структуру сети. Потребуем, чтобы при построении сетевой модели выполнялись все правила построения сетевых графиков, дополненные следующими правилами.
1. Если оценка степени достижения вышестоящих ЦУ может иметь несколько взаимоисключающих результатов, то изображающая её дуга оканчивается вершиной-разветвителем (рис. 2.3, а).
2. Если для достижения ЦУ достаточно завершения одной из входящих в неё ЦУ, то такой ЦУ ставится в соответствие дизъюнктивная вершина (рис. 2.3, б).
3. Если ЦУ предполагает достижение всех входящих в неё ЦУ, то ей ставится в соответствие конъюнктивная вершина (рис. 2.3, в).
4. Штрих-пунктирные дуги, используются для отражения работ по достижению заданных ЦУ, а сплошные - указывают причинно-следственные связи и отношения подчинения между целями ОС.
5. Если в дизъюнктивной вершине выбрана одна из альтернативных предшествующих ЦУ, то все другие входящие в неё ЦУ и предшествующие им события, если они не являются условиями для выбранных работ, при расчёте параметров сети не учитываются.
Тогда такую структуру можно описать двумя способами: использовать исчисление предикатов первого порядка [99] или известные подходы представления знаний в виде графов [30, 105]. Однако, как показывает практика [72], основной для принятия решения ЛПР являются количественные показатели деятельности, степень достижения целей ОС. В свою очередь, логическое исчисление позволяет дать лишь качественную оценку ЦУ (достигнуты они или не достигнуты) [37, 114]. Поэтому в качестве формального описания модели будем использовать взвешенный орграф
Алгоритм определения коэффициентов важности целевых установок организационной системы
В настоящем разделе разработан алгоритм, реализующий предложенную методику количественной оценки важности ЦУ ОС, основанную на законе срав нительных суждений Терстоуна. В качестве исходной информации предлагается использовать сетевую модель её деятельности, отражающую структурную взаи мосвязь между оцениваемыми целями. Алгоритм проведения экспертного опроса и определения коэффициентов важности ЦУ, реализующий рассмотренную выше методику оценки важности ЦУ, представлен нарис. 3.2. Рассмотрим содержание основных операций данного алгоритма [79]. Входные данные: сетевая модель ЦУ ОС, представленная графом G(V,A). Выходные данные: количественные значения коэффициентов важности ЦУ (веса дуг сетевой модели ЦУ) - множество Q. Символ 1. Операциями данного символа оценивается важность двух целей Ц\ и Цг, т.е. экспертами производится попарное сравнение всех объектов Цх и Ц2 в расширенной шкале ценностей (рис. 2.10). Далее подсчитываете число стрелок, направленных от объекта і цели Ц, к объекту j цели Ц2ь которое характеризует важность цели по отношению к цели Ц2. Результаты попарных сравнений объектов представляются в виде матрицы предпочтений (табл. 2.6). Символ 2. Операциями данного символа производится циклический выбор глобальной и промежуточных ЦУ (v;GC UC") из множества вершин V графа G для последующей оценки их важности. Символ 3. Операциями данного символа для выбранной ЦУ Ц производится формирование множества подчинённых ей целей Цх,Цг, ...,Цп с Ц . Символ 4. Если количество подчинённых целей ЦиЦ2, ...,ЦпаЦ более двух (н 2), то управление передаётся на символ 8, иначе - на символ 1. Символ 5. Операциями данного символа происходит расчёт элементов матриц (табл. 2.3, где элементы я,у определяются как число случаев, в которых цель Ці важнее, чем цель ЦД Р= \рі} ,рц =- - (табл. 2.4) и , 1 і, j s п (табл. 2.5), используя формулы (2.6) - (2.9). Символ 6. Операциями данного символа производится расчёт суммы оценок " — Z Z, = у zini = const, и находятся средние значения Z,- - — -, где п - оцениваемых ЦУ, т.е. коэффициенты важности ЦУ выраженные в стандартных отклонениях. Символ 7. Используя таблицы нормального распределения, определяется вероятность р(. соответствующая Z;, т.е. F: Zi - pt. Производится нормирование и pt так, что РІН
Получаем коэффициенты относительной важности целей /-і Щ =Рін,і=1,п,т.е. р: pt - У;. Символ 8. Если оценивается более двух целей, то экспертами производится где п - количество оцениваемых целей; т - количество экспертов; Гц - ранг/-ой ЦУ, поставленный г -тым экспертом. Символ 9. Операциями данного символа производится означивание дуг сетевой модели ЦУ, результаты расчёта коэффициентов важности целей записываются в БД (множество Q) и выдаются на монитор. Предложенный алгоритм доведён до программной реализации в среде визуальной разработки приложений Delphi 7 [88, 89] и позволяет на основе известной сетевой модели ЦУ и данных экспертного опроса получить количественные оценки важности целей даже при их малом количестве (и = 2). Полученные результаты могут быть использованы для последующей оценки эффективности функционирования ОС и решения задачи планирования её деятельности.
Автоматизированная система планирования и оценки деятельности отдела вневедомственной охраны
В настоящем разделе для автоматизации формирования сетевой модели ЦУ отдела вневедомственной охраны, оценки эффективности функционирования и планирования его деятельности предлагается использовать разработанный комплекс программ: «Целеадминистратор», «Целеэксперт» и «Целеполагание». Рассматриваются структура и принципы работы предлагаемого программного обеспечения. Как известно, построение «дерева целей и задач» ОС (отдела ВО) и последующей сетевой модели её" деятельности вручную достаточно громоздко. Поэто му для автоматизации данного процесса и обработки экспертных данных о важ-ности ЦУ сетевой модели, была разработана программа «Целеадминистратор» [89]. Программа создания сетевой модели деятельности ОС «Целеадминистратор», предназначена для решения следующих задач: разработка сетевой модели деятельности ОС, отражающей структурную взаимосвязь между целями функционирования системы; обработка данных, полученных в результате экспертного опроса о важности целей разрабатываемой сетевой модели деятельности ОС.
Предусмотрена возможность сохранения графического изображения разра ботанной сетевой модели деятельности ОС в BMP - формате. Структура программы представлена в приложении 4 на рис. П. 4.1. В программном продукте при означивании дуг сетевой модели деятельно сти ОС реализована рассмотренная в п. 3.1 методика оценки важности ЦУ, осно ванная на законе сравнительных суждений Терстоуна, а также алгоритмы обхода бинарного дерева, реализующие методы теории графов [96]. Исходными данными для программы при работе в режиме редактирования сетевой модели деятельности организации являются: экспертные оценки важности целевых установок сетевой модели дея тельности изучаемой организационной системы (файлы базы данных в располо жены каталоге ..\bd\bd_new - versh_nX_Y.db, versh nXY.px, versh_nX_Y.val, predsh._nX_Y.db, predsh_nX_Y.px, predsh_nX_Y.val, predsh_nX_Y.xgO, predsh_nX_Y.ygO, где X - условный номер организации, проводящей экспертную оценку, Y - условный номер эксперта); структура сетевой модели деятельности организации (файлы базы дан ных в расположены в каталоге ..\bd\bd_rec - predsh_n0.db, predsh_n0.px, predsh_n0.val, predsh_n0.xgO, predshnO.ygO, versh_n0.db, versh_n0.px, versh_n0.val). При завершении разработки сетевой модели деятельности организационной системы и обработки данных экспертного опроса готовая сетевая модель с озна ченными дугами заносится в базу данных (файлы располагаются в каталоге ../bd/bd_rec - predshnO.db, predshnO.px, predsh_n0.val, predsh_n0.xgO, predshnO.ygO, vershnO.db, vershnO.px, versh_n0.val). А так же отображается на дисплее в виде изображения взвешенного графа. Разработанная сетевая модель деятельности ОС может быть записана в файл типа .bmp для последующей распечатки на принтере. Рассмотрим последовательность работы с программой. 1. Загрузка программы. 2. Выбор режима работы: создание новой сетевой модели деятельности ОС (пункт 3), редактирование уже созданной модели (пункт 4) или обработка экспертных данных о важности целевых установок организации (пункт 5). 3. При создании новой сетевой модели: выбор формата листа (А4/АЗ) и вывод на дисплей панели рисования (пункт меню «Вид» - «Панель рисования»). 3.1. Размещение вершин сетевой модели на рабочем листе, ввод их описания и характеристик (рис. 4.3). 3.3. Сохранение сетевой модели деятельности организации в файлы базы данных - vershnO.db и predshnO.db. 4. При редактировании созданной сетевой модели деятельности организации: выбор соответствующего пункта меню и открытие файлов базы данных сетевой модели деятельности организации (vershnO.db и predsh_n0.db). 4.1. Выбор режима работы для редактирования вклада ЦУ ОС (пункт меню «Файл» - «Открыть» - «для редактирования вклада ЦУ»). 4.1.1. Редактирование вклада ЦУ организации (рис. 4.4).
