Введение к работе
Актуальность темы. Социально-экономический прогресс индустриально развитых государств в условиях глобальной информатизации основывается на постоянной оценке и интенсивном использовании накопленного передового научно-технического потенциала. На сегодняшний день развитие научно-технического потенциала и эффективное применение его результатов имеет первостепенное значение для регионов РФ, выступающих в современном политическом и правовом поле в роли основного системообразующего компонента государства. Системам социально-экономического управления разных уровней региона, и входящим в него образовательным, научным и/или производственным организациям, являющимся как создателями, так и пользователями научно-технических достижений и инноваций, требуется единая информационная среда. Управление научно-техническим потенциалом в регионах не может осуществляться без своевременной, полной и достоверной информации. Информационная поддержка мероприятий, выполняемых в целях достижения преимущественного социально-экономического состояния региона, осуществляется на основе систем мониторинга. Системы мониторинга, включающие в себя помещения, оборудование, вычислительную технику, финансовые, информационные, программные и телекоммуникационные ресурсы, а также кадровый состав, относятся к каноническому типу социально-экономических организаций, интегрированных в макросистему управления регионом и являющихся ее неотъемлемой частью. Основные функции систем мониторинга редуцируются к следующему списку: сбор, обработка, анализ, хранение и передача информации; подготовка моделей научно-технических объектов и отношений между ними; ведение информационных баз данных для обеспечения поддержки принятия и реализации управленческих решений; формирование единого информационного пространства системы мониторинга при совместимости информационных, программных и аппаратных средств вычислительной техники и телекоммуникаций.
В нашей стране на современном этапе создания региональных систем мониторинга научно-технического потенциала сложилась проблемная ситуация, сущность которой заключается в том, что исследования и разработки в разных регионах ведутся конфиденциально и разрозненно при явном отсутствии единой информационно-методологической платформы. Вместе с тем не нашли своего приемлемого для практики решения проблемы формализации и постановки задач структурной, функциональной и ресурсной оптимизации, разработки методов их решения, планирования и организационно-технического управления системами регионального мониторинга, создания распределенной базы данных и ее информационно-телекоммуникационной среды.
Приведенная проблемная ситуация приводит к постановке основной решаемой проблемы диссертационного исследования, которая заключается в создании объединенных единой концептуальной схемой математических моделей, информационно-методологического и инструментального обеспечения для анализа и синтеза структурно-функциональной организации региональных систем мониторинга в целях информационной подготовки принятия адекватных управленческих решений в распределенных социально-экономических и научно-технических системах регионов.
Актуальность и перспективность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью разрешения возникших противоречий в области систем мониторинга научно-технического потенциала, возможностями создания новых эффективных и реорганизации уже существующих региональных систем мониторинга на основе современных информационных технологий, средств вычислительной техники и телекоммуникационных систем.
Работа выполнена в рамках одного из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета "Проблемно-ориентированные системы управления", серии НИР, выполненных по направлению «Инфраструктура научно-инновационной деятельности» по заказу Минобрнауки РФ: «Интеграция вузовской науки на межобластном уровне как основа развития научно-технического потенциала областей, входящих в Ассоциацию экономического взаимодействия «Черноземье» (Ассоциация «Черноземье») (№ ГР 01.200.117853), «Разработка системы мониторинга научно-технического потенциала региона» (№ ГР 01.20.0012575), «Анализ состояния научно-технической сферы областей «Черноземье» и разработка мер активизации научно-инновационной активности» (№ ГР 01.200.117676), «Научно-методические основы построения системы инновационного мониторинга научно-технического потенциала» (№ ГР 0120.0407233), «Концептуальные основы создания комплексной системы маркетингового обеспечения коммерциализации новых технологий» (№ ГР 0120.0505529) и ряда работ, выполненных по заказу Администрации Воронежской области, и Ассоциации экономического взаимодействия «Черноземье», в которых автор являлся научным руководителем (ответственным исполнителем).
В работе в качестве объекта исследования выступает региональная распределенная система мониторинга научно-технического потенциала, а предметом исследования являются существенные связи и закономерности функционирования объекта исследования для создания теоретических положений и инструментальных средств анализа и синтеза его эффективной структурно-функциональной организации.
Объектом мониторинга и его пользователями являются органы управления региона, научно-образовательные, научно-исследовательские и научно-технические организации, а также ведущие ученые региона.
Цель работы и задачи исследования. Целью работы является создание информационно-методологического и инструментального обеспечения процессов анализа и синтеза функциональных подсистем и системно-структурной организации эффективных распределенных систем мониторинга научно-технического потенциала, обеспечивающих принятие решений в социально-экономической и организационной подсистемах регионов.
Информационно-методологическое обеспечение по организации регионального мониторинга научно-технической сферы представляется в виде взаимоувязанного объединения моделей, методов решения оптимизационных задач, ее постановки с учетом специфических ограничений, и алгоритмизации процессов в них.
Инструментальное обеспечение включает в себя модели, базы данных, алгоритмические, программные и технические средства регионального мониторинга.
Для достижения поставленной цели требуют своего решения следующие основные задачи:
-
Провести анализ состояния проблемы систем мониторинга распределенных организационно-технических типовых систем типового регионального масштаба.
-
Определить организационно-технические и экономические пути повышения эффективности функционирования системы мониторинга научно-технических систем.
-
Разработать обобщенную модель региональной научно-технической системы, учитывающую ограничения на общий объем наблюдений при принятии решений.
-
Осуществить оптимизацию региональной системы мониторинга для обеспечения средне- и долгосрочного планирования наблюдений за состоянием распределенных научно-технических объектов при ограничениях на ресурсы.
-
Осуществить постановку и алгоритмизацию решения задач оптимизации мониторинга, обеспечивающих актуализацию данных при принятии решений.
-
Разработать концептуальную модель структурно-функциональной организации и обосновать внешнесистемные характеристики системы мониторинга для подготовки принятия решений по управлению научно-технической сферой типового региона.
-
Разработать реализационные основы единой распределенной базы данных и ее телекоммуникационных компонент и организационно-технические инструменты реализации системы мониторинга.
Методы исследования. В работе использованы методы теорий: управления; принятия решений; статистической обработки данных; математического и имитационного моделирования; оптимизации и массового обслуживания; алгоритмов; графов, а также достижения теоретического и прикладного программирования.
Научная новизна. К результатам работы, отличающимся научной новизной, относятся:
-
Информационно-методологическое обеспечение в виде объединенных единой концептуальной схемой моделей и эвристических методов, отличающихся учетом специфических ограничений на объем наблюдений и обеспечивающих кратко- и среднесрочное планирование в процессе сбора, обработки и подготовки информации, необходимой для принятия решений в распределенных объектах мониторинга. С этой целью впервые:
создана модель клиентской базы с учетом различных категорий клиентов, осуществлена постановка задачи оптимизации функционирования системы мониторинга, разработаны аналитико-эвристический метод ее решения и его алгоритмическая реализация;
осуществлена формализация и постановка задачи оптимизации своевременности мониторинга и разработаны эвристический метод и алгоритм решения, что предотвращает искажения исходных данных при принятии решений;
выполнена поставка задачи ресурсной оптимизации объектов мониторинга или его пользователей, разработан эвристический метод и алгоритм ее решения, отличающиеся учетом ограничений на совокупные ресурсы.
-
Разработан не имеющий аналогов механизм использования функции распределения нагрузки; приведены результаты эксперимента и их интерпретация при исследовании влияния распределяющей функции входящего потока заявок на производительность системы мониторинга. При этом производительность систем мониторинга в зависимости от конкретных условий может достигать двукратного преимущества по отношению к аналогам.
-
Выполнена постановка и алгоритмизация решения задач оптимизации мониторинга с использованием метода штрафных функций, обеспечивающих получение своевременных, достоверных и полных данных для принятия решений. В результате своевременность мониторинга, являясь управляемым параметром, приводится к допустимому интервалу времени с нулевым отклонением от его нижней границы. С другой стороны, своевременность мониторинга не приводит к существенным потерям пользователей при отклонениях от верхней границы.
-
Создана математическая модель информационно-телекоммуникационной среды как многоканальной системы массового обслуживания, впервые содержащей механизм равномерного распределения нагрузки между параллельно работающими каналами с неоднородными интенсивностями обслуживания путем введения распределяющей функции специального вида, обеспечивающей измерение характеристик системы массового обслуживания и оптимизацию работы сети и позволяющей осуществлять имитационное моделирование для получения параметров и функциональных зависимостей, необходимых для принятия адекватных решений.
-
Разработана концептуальная модель системы информационной поддержки принятия решений, отличительной особенностью которой является использование: интеграции информационного пространства в рамках типового научно-технического объекта мониторинга, а также использование не имеющего аналогов механизма распределения входящего потока данных между серверами системы мониторинга, обеспечивающего равномерность нагрузки между каналами; многоканальности и неоднородности интенсивности обслуживания, что в совокупности позволяет создать единое информационное пространство региона на основе единой распределенной базы данных для принятия адекватных решений.
-
Сформирован и обоснован пакет объектов информационного покрытия, представляющих интерес с точки зрения создания и реализации информационно-телекоммуникационных компонент единой распределенной базы данных научно-технических, образовательных и инновационных проектов, ведущих ученых региона и потенциальных субъектов-пользователей, а также комплекс специфических мероприятий, реализация которых обеспечивает решение задач оперативного мониторинга.
-
Реализована имеющая новые существенные связи и закономерности функционирования организация системы мониторинга научно-технической сферой региона, особенностью которой являются: наличие структурно-функциональных компонентов многоканальной системы связи и массового обслуживания разнородных заявок; устройства распределения данных между серверами информационной системы, обеспечивающие качество внешнесистемных характеристик системы и повышение эффективности получения и обработки информации для принятия решений пользователями и органами управления социально-экономической системы региона. Основное преимущество предлагаемой структурно-функциональной организации заключается в том, что система не требует изменения базовых структур и функций ее участников и создается на основе существующих центров новых информационных технологий при решении задач оптимизации трафика действующими в регионе провайдерами.
Практическая ценность работы состоит в том, что разработанный комплекс оптимизационных моделей и инструментальных средств позволяет:
обеспечить эффективное управление региональной научно-технической сферой на основе организации рационального мониторинга и информационных технологий;
осуществлять объективный анализ эффективности функционирования распределенных научно-технических объектов.
Результаты вычислительного эксперимента по исследованию влияния распределительной функции входящего потока заявок на производительность информационно-телекоммуникационной системы открывают реальные возможности увеличения производительности системы мониторинга при рациональном подборе значения регулирующего параметра.
Разработана концептуальная структура телекоммуникационной подсистемы системы мониторинга, типовые процедуры обработки данных и взаимодействия их с базой данных; организационные, информационные и телекоммуникационные принципы интеграции разрозненных объектов в единую систему на уровне региона, как типовые проектные решения телекоммуникационной интеграции распределенной корпоративной системы на уровне высшего учебного заведения, города, области и региона, которые являются развитием действующей инфраструктуры локальных научно-образовательных сетей вузов Центрально-Черноземного региона. Типовые решения при дальнейшем развитии могут быть адаптированы под конкретные научные, образовательные и промышленные организации городов региона.
Проектная реализация информационных компонент концепции позволила осуществить полномасштабный мониторинг научно-исследовательской, образовательной и инновационной деятельности ученых региона, проведенный при выполнении НИР по заказу Администрации Воронежской области и Ассоциации «Черноземье».
Положения, выносимые на защиту:
-
Информационно-методологическое обеспечение в виде моделей, методов решения оптимизационных задач, их постановки и алгоритмизации для принятия решений по организации регионального мониторинга научно-технической сферы и реализации кратко- и среднесрочного планирования в процессе получения информации с учетом специфических ограничений на общий объем наблюдений и размерность объектов мониторинга.
-
Математическая модель информационно-телекоммуникационной среды как многоканальной системы массового обслуживания, обеспечивающая измерение ее характеристик и оптимизацию функционирования и учитывающая параллельность каналов, неоднородность интенсивностей обслуживания и механизм равномерного распределения нагрузки между каналами системы путем введения распределительной функции специального вида. Обобщенный алгоритм модели оптимизации регионального мониторинга.
-
Концептуальная модель системы информационной поддержки принятия решений, обеспечивающая интеграцию информационного пространства и повышение эффективности получения и обработки информации для управления научно-технической сферой региона.
-
Инструментальное обеспечение системы мониторинга в виде алгоритмических средств решения задач оптимизации и структурно-функциональная организация системы мониторинга регионального уровня, содержащая новые существенные связи и функциональные подсистемы, реализованные на основе существующих аппаратных платформ вычислительной техники и телекоммуникаций, с единой распределенной базой данных, выступающей в роли интегратора информационного пространства для множества пользователей.
Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертации реализованы в Воронежском государственном техническом университете, Ассоциации «Черноземье», Региональном научно-координационном центре "Ренакорд" (Воронежское представительство Федерального фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере) и других организациях и органах управления в форме методов, методик и технологий регионального научно-технического мониторинга и инструментов его рационализации.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции «Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества электронной аппаратуры и приборов» (Москва, 1984); конференции «Реализация региональных научно-технических программ Центрально-Черноземного района» (Воронеж, 1997); Международной научно-практической конференции «Управление инновационно-инвестиционными процессами на основе вовлечения в хозяйственный оборот интеллектуальной собственности и качеством подготовки специалистов в регионах России» (Орел, 2002); Международной научно-практической конференции «Социально-экономическое развитие регионов: реальность и перспективы» (Воронеж, 2003); VIII - IX Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации» (Воронеж, 2003, 2004); IV Международной научно-практической конференции «Финансовые проблемы РФ и пути их решения: теория и практика» (Санкт-Петербург, 2003); Международной конференции «Современные сложные системы управления» (Воронеж, 2003); Всероссийской научно-практической конференции «Наука и инновационные технологии для регионального развития» (Пенза, 2003); Международной научно-практической конференции «Единое информационное пространство 2004» (Днепропетровск, Украина, 2004); Международной конференции «Наука на рубеже тысячелетий» (Тамбов, 2004); Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса» (Тамбов, 2005); VIII Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики» (Москва, 2005), Международной конференции и Российской научной школы «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий Инноватика 2004 - 2007» (Москва-Сочи, 2004 – 2007).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 44 научных работах, приведенных в конце автореферата, в том числе одной монографии, 13 – в изданиях, рекомендованных ВАК России, и в 5 отчетах о НИР, прошедших государственную регистрацию во ВНТИЦ.
В работах, опубликованных в соавторстве, личный вклад автора состоит в следующем: [1, 2, 17, 21, 23, 25, 27, 41, 44] - методология и эвристические методы планирования мониторинговых исследований научно-технического потенциала и оптимальное управление распределенными организационно-экономическими системами; [3, 26, 29, 30] – технология и механизмы управления качеством в распределенной организационно-экономической системе; [4, 11, 13, 19, 33] - постановка и алгоритмизация решения задачи оптимизации своевременности мониторинга, предотвращающая искажение исходных данных в подсистеме принятия решений; [6, 7, 12, 37, 38] - алгоритмы ресурсной оптимизации регионального мониторинга, учитывающие ограничения на совокупные ресурсы; [5, 10, 16, 24, 42] - концепция информационно-телекоммуникационной интеграции информационного пространства в рамках единой корпоративной системы; [8, 9, 40, 43] - механизм распределения входящего потока данных между серверами информационной системы; [15, 22, 34, 35, 36] - модель информационно-телекоммуникационной системы и ее компонент в статике и динамике функционирования; структура информационного обеспечения системы управления сведениями о научно-педагогических коллективах, образовательных и научно-исследовательских учреждениях, ведущих ученых региона, уникальном технологическом и аналитическом оборудовании, законченных научно-исследовательских проектах, основных научных направлениях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 214 наименований. Основная часть работы изложена на 244 страницах, содержит 19 таблиц и 76 рисунков.
