Содержание к диссертации
Введение 4
Положения, выносимые на защиту 11
Глава 1. Интеллектуальная поддержка принятия решений при конфигурировании виртуальных предприятий 12
1.1. Современные организационные формы кооперирования предприятий и их специфика 12
1.2. Концепция виртуального предприятия и его конфигурирование..18
1.3. Существующие подходы к конфигурированию виртуальных предприятий 24
1.4. Экономико-математические модели оценки затрат и производственных мощностей участников виртуальных предприятий.. 34 Выводы по главе 1 40
Глава 2. Комплексный подход и онтологическая модель для конфигурирования виртуального предприятия 42
2.1. Проблема конфигурирования виртуального предприятия как обобщенная проблема конфигурирования 42
2.2. Конфигурирование на основе сетей ограничений 48
2.3. Комплексный подход к конфигурированию виртуального предприятия 52
2.4. Онтологическая модель виртуального предприятия 55
Выводы по главе 2 61
Глава 3. Алгоритмы и модели для решения прикладных задач конфигурирования виртуальных предприятий 63
3.1. Решение задачи выбора партнеров с использованием коалиционных игр 63
3.2. Модификация протокола "сеть контракторов" для решения задачи размещения заказа 65
3.3. Решение задачи размещения заказа с использованием генетического алгоритма 74
3.4. Конфигурирование виртуальной сети информационных ресурсов 81
3.5. Решение конфигурирования виртуального предприятия на основе технологии удовлетворения ограничений 85
Выводы по главе 3 87
Глава 4. Практическое использование предложенных моделей и алгоритмов при построении систем интеллектуальной поддержки принятия решений 89
4.1. DESO-Ассистент: среда поддержки принятия управленческих решений 90
4.2. Использование ILOG для решения задач конфигурирования 95
4.3. Анализ производственных возможностей и себестоимости выполнения заказа на виртуальном предприятии 104
4.4. Решение задачи размещения заказа с использованием многоагентного моделирования 113
Выводы по главе 4 119
Заключение 120
Список использованной литературы 122
Приложение 1. Акты о внедрении результатов диссертационной РАБОТЫ 136
Введение к работе
Актуальность темы диссертации. По мере участия в конкурентной борьбе возникают различные новые организационные формы производственных сетей, такие как виртуальные предприятия (virtual enterprises), цепи поставок (supply chains) и др. Виртуальным предприятием называется организация, формируемая географически распределенными независимыми многопрофильными партнерами, объединяемыми на основе информационных технологий посредством компьютерных сетей (например, Интернет или экстранет) на время выполнения совместного заказа. Основные характерные черты таких организаций включают: (1) стремление участников к кооперированию, (2) распределенные бизнес-процессы, а также (3) высокий уровень координации. Переход от электронного документооборота, основанного на фиксированных бизнес-отношениях, к системам, ориентированным на гибкие динамические бизнес-отношения, требует изменений в парадигмах ведения бизнеса. В то время как традиционная точка зрения учитывает персонал, процессы и технологии, системы управления новыми организационными формами рассматривают два дополнительных фактора: распределенную инфраструктуру и стратегию кооперативного поведения.
Имеется ряд проблем, препятствующих широкому распространению виртуальных предприятий. В частности, сложность объединения в единый коллектив большого количества разнородных участников рыночных отношений (включая конкурентов) и других институтов; обеспечение среди них общего уровня понимания и обязательств. Поскольку виртуальные предприятия требуют кооперирования и открытого обмена информацией среди всех участников, в настоящее время при кооперировании партнеры выбираются среди уже существующих бизнес-партнеров предприятия с устоявшимися партнерскими отношениями.
Поскольку виртуальные предприятия являются динамическими структурами, при их создании и модификации необходимо оперативно решать проблему выбора их допустимой конфигурации, т.е. выполнять их конфигурирование, включающее выбор компонентов, а также значений описывающих их параметров. Конфигурирование виртуальных предприятий является проблемой стратегического уровня и включает в себя решение таких задач, как конфигурирование заказа, выбор партнеров, размещение заказа, конфигурирование транспортной сети, конфигурирование технологических ресурсов и др. Решение этих задач требует интеллектуальной поддержки принятия решений.
Важное отличие современных систем поддержки принятия управленческих решений заключается в том, что они непосредственно ориентированы на поддержку процессов извлечения, интерпретации и предоставления знаний пользователям и основаны на современных информационных технологиях (многоагентные системы, управление онтологнями и др.). Знание является не второстепенным ресурсом, а важным фактором для достижения целей управления наряду с компонентами управляемой системы. Таким образом, можно говорить о конфигурировании, как о структурно-параметрическом синтезе на основе знаний.
В связи с этим задача повышения оперативности и обоснованности принятия решений при конфигурировании виртуальных предприятий на основе интеллектуальной поддержки, основанной на технологии управления знаниями, представляется весьма актуальной.
Цель работы и задачи исследования. Основной целью диссертационной работы является повышение оперативности и обоснованности принятия решений при конфигурировании виртуальных предприятий посредством разработки комплексного подхода, моделей и алгоритмов выбора допустимых решений для систем интеллектуальной поддержки принятия решений, основанных на использовании знаний о проблемной области.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи: анализ существующих организационных форм кооперирования и определение специфики виртуальных предприятий, а также анализ существующи подходов к конфигурированию виртуальных предприятий и применяемых в данной области технологий; разработка комплексного подхода к конфигурированию виртуальных предприятий, моделей и алгоритмов, обеспечивающих генерацию допустимых вариантов их конфигураций; выбор базовых информационных технологий, позволяющих автоматизировать процесс принятия решений при конфигурировании виртуальных предприятий; реализация разработанных моделей с целью их апробации.
Методы исследования. В работе используются методы системного анализа, искусственного интеллекта и управления конфигурациями; теория коалиционных игр; представление знаний, основанное на онтологиях, фреймовых моделях и сетях ограничений; а также многоагентное моделирование.
Научная новизна.
В диссертации разработан комплекс моделей виртуальных предприятий и алгоритмов для интеллектуальной поддержки принятия решений при их конфигурировании, в том числе: 1. Предложен интегрированный подход к конфигурированию виртуальных предприятий, позволяющий повысить оперативность и обоснованность принимаемых решений за счет генерации множества допустимых решений.
2. Разработана онтологическая модель виртуального предприятия в классе сетей ограничений, позволяющая учитывать иерархические и одноуровневые взаимосвязи элементов модели, описываемых с помощью фреймов, а также осуществлять интеграцию различных подзадач, входящих в состав задачи конфигурирования.
3. Разработана основанная на использовании ограничений модификация протокола переговоров агентов "сеть контракторов", позволяющая получать более эффективные решения при распределении заданий между агентами по сравнению с "классическим" протоколом.
4. Разработана модель виртуального предприятия для решения задачи размещения заказа с использованием модифицированного генетического алгоритма, позволяющая существенно повысить скорость поиска допустимых решений по сравнению с методом полного перебора.
Обоснованность и достоверность научных положений обеспечены анализом состояния исследований в данной области, подтверждаются корректностью предложенных моделей, алгоритмов и согласованностью результатов, полученных при практической реализации и внедрении системы конфигурирования глобальной производственной сети, а также апробацией основных теоретических положений в печатных трудах и докладах на российских и международных научных конференциях.
Практическая ценность работы. Модели и алгоритмы, разработанные в данной диссертационной работе, направлены на повышение оперативности принятия решений при конфигурировании виртуальных предприятий, а также повышение обоснованности принимаемых решений за счет генерации множества допустимых конфигураций.
За счет использования нотации объектно-ориентированных сетей ограничений достигается возможность использования существующих программных средств удовлетворения/ распространения ограничений для поиска допустимых решений при конфигурировании виртуальных предприятий.
Разработанное программное обеспечение может быть адаптировано для работы с другими проблемными областями, а его отдельные модули и компоненты могут быть интегрированы в другие программные продукты.
Реализация результатов работы. Исследования, отраженные в диссертации, были поддержаны грантами РФФИ (проект №02-01-00284 "Методологические и математические основы построения компьютерных систем быстрой интеграции знаний из распределенных источников" и, в его составе, проект № 03-01-06484), 2002-2004 гг., грантом Президиума РАН (проект №2.44 "Многоагентный подход к построению компьютерной среды для быстрой интеграции знаний из распределенных источников"), 2001-2003 гг., а также грантом ОИТВС РАН (проект № 1.9 "Разработка теоретических основ и многоагентной технологии управления контекстом в распределенной информационной среде"), 2003-2004 гг.
Часть результатов была использована при работе по проекту МНТЦ №1993Р "Математические основы обнаружения знаний в данных и автономные интеллектуальные архитектуры" задача 2 "Быстрое слияние знаний в масштабируемой инфосфере", 2000-2003 гг.
Разработанные программные прототипы предложенных, моделей и сценариев использовались при выполнении контракта с научно-исследовательским центром Форд, г. Ахен, Германия "Конфигурирование глобальной производственной сети", направленного на планирование производства и оценку затрат на выполнение производственного заказа (1997-1999) и контракта "Web-DESO 2.0: основанная на VRML программная среда для управления онтологиями" для исследовательского центра Форд, г. Деарборн, США (2002-2003).
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы представлялись на национальной конференции по искусственному интеллекту КИИ 2002 (Коломна, 2002), международных конференциях "Региональная информатика РИ-2000" (Санкт-Петербург, 2000), "Проблемы управления и моделирования в сложных системах" (Самара, 2003, 2004), "Интеллектуальные системы", "Интеллектуальные САПР" (Дивноморское, 2003, 2004), "Международная конференция по конкурентоспособным предприятиям (concurrent enterprising)" (ICE 2002, 2003, 2004), "Международная конференция по параллельному проектированию (concurrent engineering)" (СЕ 2003), "Международная конференция по информационным технологиям в сбалансированных системах автоматизации производства и услуг" (BASYS 2002, 2004).
Структура и объем работы. Диссертация объемом 139 машинописных страниц содержит введение, четыре главы и заключение, список литературы (139 наименований), 11 таблиц, 52 рисунка.
В первой главе диссертации проведен анализ основных новых форм производственного кооперирования, а также представлен краткий обзор существующих подходов в области конфигурирования виртуальных предприятий.
Во второй главе предложен разработанный автором комплексный подход к конфигурированию виртуальных предприятий, а также модель виртуального предприятия на макроуровне, описанная в нотации объектно-ориентированных сетей ограничений.
Третья глава описывает модели и алгоритмы, разработанные и используемые в диссертационной работе для решения прикладных задач при конфигурировании виртуальных предприятий.
В четвертой главе приводятся практические результаты работы и описания реализации разработанных моделей и методов в программных средах.
