Введение к работе
Актуальность проблемы. Настоящая работа посвящена решению проблемы повышения эффективности использования ресурсов при оперативном управлении проектами создания и эксплуатации образцов новой техники за счет поддержки перехода от традиционных иерархических структур управления - к современным сетевым структурам.
Данная проблема для российских предприятий становится особенно актуальной и значимой в связи с обострением конкуренции в аэрокосмической отрасли, где все больший объем рынка получают предприятия США и Европы, Китая и других стран. Для комплексных проектов эксплуатации сложных изделий, как, например, Международная космическая станция, управление проектами представляет большую сложность, поскольку отличается уникальностью изделий, большим числом поставщиков, высокими требованиями к надежности и т.д.
Кроме того, важнейшей особенностью таких проектов является динамика, связанная с непредвиденными событиями, изменяющими планы, к числу которых могут относиться запуск нового проекта, замены в команде специалистов, пересмотр требований, поступление данных испытаний и т.д. Эти события приводят к необходимости оперативно вовлекать новые или перераспределять имеющиеся ресурсы, что усложняет и затрудняет принятие решений и требует применения специальных подходов, методов и средств для согласованного перераспределения ресурсов в проектах.
Теоретические исследования в этой области начинались с методов исследования операций, а сегодня включают в себя теорию выбора, методы принятия решений, теорию активных систем. Следует отметить работы в этом направлении ученых Р.В. Гутча, В.И. Воропаева, В.Д. Шапиро, В.Л. Гуревича, В.Н. Буркова, Д.А. Новикова, Н.А. Коргина, В.И. Городецкого, В.А. Виттиха и других. В этом ряду выделяются труды проф. В.Н.Буркова по теории активных систем, в которых в традиционные математические модели расчета и оптимизации ресурсов впервые удалось ввести «человеческий фактор» (например, завышение сроков и т.д.).
Вместе с тем, в классической постановке задачи управления проектами до сих пор доминирует иерархический подход и всем участникам предписывается «оптимальный» план действий «сверху», но сами участники команды проекта «снизу», со своими индивидуальными мнениями, предпочтениями и ограничениями, оказываются вне рассмотрения. Также предполагается, что все задачи и ресурсы априори известны и не меняются с течением времени, хотя реально приходится постоянно иметь дело с непредвиденными событиями, нарушающими планы, которые требуют немедленной реакции в реальном времени для возврата к заданным срокам.
В существующих на сегодняшний день системах для управления проектами (Microsoft Project, Prima Vera, Windchill и многие другие) методы и
средства для согласованного оперативного распределения задач по ресурсам в реальном времени отсутствуют в принципе, поскольку эти системы работают в пакетном режиме и задачи автоматически назначаются сотрудникам без какого-либо диалога и согласования.
В этой связи предлагаемая в диссертации разработка, позволяющая оперативно распределять ресурсы при управлении проектами, представляет собой актуальную и значимую задачу для современной аэрокосмической и других отраслей промышленности.
Целью диссертационного исследования является повышение эффективности работы предприятий аэрокосмической отрасли за счет разработки методов и средств поддержки принятия решений по оперативному распределению ресурсов в проектах разработки и эксплуатации образцов новой техники.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
-
провести системный анализ методов и средств распределения ресурсов при управлении проектами на типовом промышленном предприятии;
-
разработать принципы построения мультиагентной системы поддержки принятия решений по оперативному распределению ресурсов в проектах разработки и эксплуатации образцов новой техники;
-
разработать онтологию распределения ресурсов при управлении проектами для учета особенности задач и компетенций исполнителей;
-
развить метод сопряженных взаимодействий для оперативного планирования задач проектов и согласования планов с участниками;
-
разработать и реализовать архитектуру системы, модель данных, алгоритмы и программное обеспечение мультиагентной системы распределения ресурсов в проектах в реальном времени;
-
разработать и исследовать модель оценки рисков для системы, не требующей значительных вычислительных ресурсов.
Методы исследования. В качестве методологической основы решения указанных задач в диссертационной работе использовался метод сопряженных взаимодействий в сетях потребностей и возможностей (ПВ-сетях), метод системного анализа, методы управления проектами, методы представления и использования онтологии предметной области. Для подтверждения полученных теоретических результатов применялись методы экспериментальных исследований совместно с методами математического и имитационного моделирования.
Достоверность результатов обеспечивается использованием выводов и рекомендаций теории интерсубъективного управления, применением апробированной концепции ПВ-сетей и метода сопряженных взаимодействий, сравнением результатов исследований соискателя с результатами планирования проектов ОАО «РКК «Энергия» при использовании традиционных методов и средств, проведением деловых игр специалистов по адаптивному управлению проектами, а также
использованием разработанной ранее мультиагентной платформы для управления ресурсами.
Научная новизна результатов работы состоит в следующем:
-
впервые предложены ориентированные на поддержку командной работы и он-лайн коммуникацию с исполнителями принципы построения мультиагентной системы поддержки принятия решений по оперативному распределению ресурсов в проектах на промышленных предприятиях;
-
разработана модификация метода сопряженных взаимодействий на основе концепции ПВ -сетей, позволяющая, в отличие от известных методов, адаптивно перепланировать задачи проектов по событиям в реальном времени;
-
создана онтология распределения ресурсов для управления проектами, позволяющая учитывать индивидуальные особенности задач и ресурсов;
-
разработана мультиагентная система оперативного управления ресурсов в проектах, отличающаяся от известных систем управления проектами (Microsoft Project, Prima Vera и др.) наличием средств адаптивного перераспределения ресурсов по проектам;
-
получены аналитические оценки рисков при управлении проектами для использования в разработанном методе, позволяющие оценивать и снижать риски без значительных вычислительных затрат.
Практическая значимость:
-
разработанная система повышает эффективность за счет оперативности, согласованности и гибкости в распределении ресурсов предприятия;
-
за счет использования онтологии система позволяет учитывать индивидуальные особенности проектов, задач и компетенций и т.д.;
-
онтологический подход позволяет расширить область применения системы от аэрокосмической отрасли - на другие отрасли промышленности;
-
результаты эксплуатации системы в двух отделах ОАО «РКК «Энергия» показывают прирост на 12-15% эффективности использования ресурсов.
Положения, выносимые на защиту:
-
модифицированный метод сопряженных взаимодействий для оперативного распределения задач на ресурсы в проектах НИОКР, обеспечивающий согласованную, гибкую и эффективную он-лайн работу членов команды;
-
мультиагентная система для поддержки принятия решений по оперативному распределению ресурсов в проектах, интегрируемая с существующими автоматизированными системами поддержки жизненного цикла изделий (Windchill);
-
онтология распределения ресурсов при управлении проектами НИОКР, позволяющая сформировать базу знаний для построения моделей ситуаций в проектах и настройки на специфику работы промышленных предприятий;
4) аналитические оценки рисков проектов, позволяющие оперативно реагировать на события и сокращать риски без трудоемких вычислений.
Реализация результатов работы. Диссертация выполнена в соответствии с основными заданиями Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008-2012 гг., п.п. 24 и 25, проект «Онтологические модели ситуаций в процессах коллективного принятия решений» и Программы ОЭММПУ РАН по проектам 2010-2012гг.
Получено свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2013615222 от 30 мая 2013 года и имеется акт внедрения в ОАО «РКК «Энергия», результаты работы используются в учебном процессе ФГОБУ ВПО «Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики» в лекционном курсе и лабораторном практикуме по дисциплине «Мультиагентные системы» специальности 220400.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на XIV Международной конференции «Проблемы управления и моделирования в сложных системах», Самара, 22-25 июня 2012 г., 4-й Международной конференции по теории эволюционных вычислений и ее применениям, Барселона, Испания, 5-7 октября 2012 г. (4th International Conference on Evolutionary Computation Theory and Applications (ECTA'2012), October 5-7, 2012, Barcelona, Spain), 6-й Всероссийской мультиконференции по проблемам управления (МКПУ 2013), Геленджик, Дивноморское, 30 сентября-5 октября 2013 г.
Основные публикации. Результаты диссертации опубликованы в 9 работах, из них 5 публикаций в журналах, рекомендованных ВАК, 3 работы в трудах международных и всероссийских конференций. Получено 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Личный вклад соискателя. В публикациях, выполненных в соавторстве, лично автору принадлежат следующие результаты: [1] -постановка задачи и развитие метода адаптивного планирования для управления проектами НИОКР на основе ПВ-сетей; [2] - разработка архитектуры мультиагентной системы поддержки принятия решений по управлению ресурсами в проектах НИОКР; [3] - разработка математической модели оценки рисков проектов и примеров его применения; [4] - разработка онтологии управления проектной деятельностью предприятия; [5] -разработка структур данных и алгоритмов работы компонент мультиагентной системы по адаптивному планированию проектов; [6] - сравнение традиционных и предлагаемых методов и средств управления проектами НИОКР на промышленном предприятии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 118 источников. Текст занимает 168 страниц основной части, содержит 64 рисунка, 5 таблиц и 4 приложения.
