Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Разработка процедур оптимизации общепрограммных эффектов при формировании научно-технических программ 14
1.1. Формированиезперечня основных общепрограммных эффектов научно-технических программ 14
1.2. Обоснование основных этапов оптимизации общепрограммных эффектов 24
1.3. Выбор математических методов, применимых для оптимизации общепрограммных эффектов 39
Глава 2. Разработка моделей и алгоритмов оптимизации общепрограммных эффектов научно-технических программ 52
2.1. Математическая модель планирования общепрограммных эффектов. 52
2.2. Алгоритм генерирования эффективных вариантов программы на основе* ранжирующей функции 79
2.3. Алгоритм оценки полноты сгенерированного набора эффективных вариантов программы 88
Глава 3. Анализ опыта оптимизации ощепрограммных эффектов при формировании научно-технических программ 98
3.1. Оптимизация общепрограммных эффектов при обосновании первоочередных направлений совершенствования управления наукой и техникой в стране...98
3.2. Оптимизация общепрограммных эффектов при формировании научно-технической программы автоматизации управления в отрасли 137
3.3. Оптимизация общепрограммных эффектов при расчете пускового комплекса НТА на систему управления промышленным объединением 170
Выводы и рекомендащи 182
Литература 185
Приложение
- Обоснование основных этапов оптимизации общепрограммных эффектов
- Выбор математических методов, применимых для оптимизации общепрограммных эффектов
- Алгоритм генерирования эффективных вариантов программы на основе* ранжирующей функции
- Оптимизация общепрограммных эффектов при формировании научно-технической программы автоматизации управления в отрасли
Введение к работе
В соответствии с решениями ХХУ и ХХУІ съездов КПСС, постановлениями ЦК КПСС и Совета Министров СССР в планирование и управление наукой и техникой широко внедряются программно-целевые методы. В текущей пятилетке все основные направления научно-технического прогресса охвачены 170 научно-техническими программами, общие затраты на выполнение которых составляют 39 млрд.р. Программно-целевые методы планирования и управления проникают и в другие сферы народного хозяйства, охватывая решение социально-экономических, отраслевых и территориальных проблем.
Исследования Д.М.Гвишиани, Г.С.Поспелова, В.А.Трапезникова, Н.П.Федоренко, Г.М.Доброва, В.А.Диссона, Н.И.Комкова, Б.З.Миль-нера, В.А.Покровского, Ю.М.Самохина и других позволили разработать методические материалы [6 - 9], обеспечивающие многовариантное формирование научно-технических программ, исходя из достижения конечного целевого результата, увязывающие научно-технические программы с планами социального и экономического развития народного хозяйства. Однако несмотря на их наличие, анализ опыта реализации программно-целевого подхода позволяет выявить цел^ый ряд недостатков. Так, в общей сложности около 40% работ по созданию и выводу опытны» и опытно-промышленных образцов, предусмотренных научно-техническими программами ГКНТ, было снято или перенесено на другие более поздние сроки, что явилось следствием допущенных ошибок как при формировании программ, так и в процессе управления их реализацией [136] . Поэтому разработку методических, а тем более математических основ формирования научно-технических программ нельзя считать завершенной.
Эффективность научно-технических программ во многом определяется этапом их формирования, поэтому важное значение имеет разработка методов формирования научно-технических программ, предусматривающих наиболее полную реализацию преимуществ программы перед обычным планом, так называемые, программные эффекты. В литературе их называют по-разному - эффекты системного взаимодействия, программные, синергические, эмерджентные и т.п. Перечисленные эффекты изучались М.Виленским (1976 г.), В.Красовским (1976 г.), Л.М.Гатовским (1979 г.), В.Г. Фельенбаумом (1982 г.), Г.М.Добро-вым (1982 г.) и др.
Одной из проблем, требующей дальнейшей разработки, является выявление и оптимизация общепрограммных эффектов научно-технических программ, под которыми мы понимаем, наряду с достижением намеченного целевого результата, сокращение сроков разработки программ и требуемых ресурсов за счет релевантного подбора исполнителей, типизации разработок, совместного использования научно-технического потенциала, расширение сферы использования промежуточных результатов и другие эффекты, получаемые в результате проведения специальных организационно-технических мероприятий, обусловленных спецификой программного управления. Эти эффекты присущи многим научно-техническим программам независимо от их предметного содержания, поэтому мы их назвали общёпрограммными эффектами. Методы формирования научно-технических программ, направленные на наибольшую реализацию перечисленных выше эффектов, недостаточно изучены и разработаны. Одной из причин этого является то,что различные виды общепрограммных эффектов оказываются, как правило, противоречивыми, то есть в условиях ограниченности ресурсов наиболее полная реализация одних общепрограммных эффектов приводит к уменьшению степени проявления других. Таким образом, необходимой предпосылкой к созданию методов формирования научно-техничес-
ких программ является разработка алгоритмов оптимизации общепрограммных эффектов, позволяющих установить наиболее рациональное сочетание уровней реализации этих эффектов в научно-технических программах.
Цель настоящей работы состоит в разработке методов оптимизации общепрограммных эффектов и необходимого программного обеспечения с тем, чтобы создать основу для формирования научно-технических программ с учетом всех присущих им эффектов.
Предметом исследования являются общепрограммные эффекты целевых научно-технических программ. Как уже отмечалось, к их числу, например, относятся:
повышение целевой значимости программы за счет полного описания предметной области и цели программы и целенаправленного поиска, подбора и включения заданий;
экономия времени и средств в народном хозяйстве за счет передачи в практику промежуточных результатов и максимальное их внедрение как внутри программы, так и вне программы;
повышение качества результатов за счет оптимального подбора исполнителей и управления их загрузкой;
уменьшение сроков и снижение затрат на выполнение заданий программы за счет типизации разработок и др.
Разрабатываемые в диссертационной работе методы и алгоритмы оптимизации общепрограммных эффектов ориентированы на определенный класс научно-технических программ. По содержательной направленности эти программы можно определить как "программы организационного характера" или "целевого развития", а по характеру связей между заданиями и их влиянию на конечный результат «сак "комплекснодискретные" (смотри классификацию, приведенную в [75, с.54,56 ] ). Это достаточно широкий класс программ, включающий в частности, программы охраны окружающей среды, развития производ-
ства и широкого использования новых видов техники, в том числе, информационно-вычислительной, сокращения использования в народном хозяйстве ручного, тяжелого и малоквалифицированного труда, совершенствования управления научно-техническим прогрессом и др. Основное внимание в этих программах уделяется полноте достижения конечных целей, обоснованному поиску и включению в программу тех или иных заданий, четкому подбору исполнителей, экономии времени, денежных и других видов ресурсов за счет использования типовых решений, совместного использования научно-технического потенциала и т.п.
Основы развиваемого в диссертационной работе подхода заключаются в следующем.
Анализируется влияние, оказываемое программно-целевым подходом, на все элементы взаимодействующей системы "ресурсы -форма деятельности - конечный результат". На основе этого анализа формируется обладающий логической полнотой перечень общепрограммных эффектов как многоаспектная оценка мер и мероприятий, реализуемых в рамках программной деятельности. Для описания отдельных общепрограммных эффектов, вошедших в этот перечень, разрабатываются математические модели, представляющие собой совокупность линейных соотношений, связывающих непрерывные и дискретные переменные величины. Объединение этих моделей позволяет получить модель планирования общепрограммных эффектов, отражающую организационные, технические и другие связи между заданиями и исполнителями и влияние (сколь угодно отдаленное) выполнения одних заданий на эффективность других.
Использование существующих методов векторной оптимизации позволяет при условии задания различных вариантов управляющих параметров (например, коэффициентов относительной значимости показателей общепрограммных эффектов) генерировать ряд эффективных
научно-технических программ, обладающих различной степенью реализации общепрограммных эффектов. Для преодоления вычислительной сложности решаемых при этом задач целочисленного линейного прог-, раммирования разработаны специальные алгоритмы.
На основе сгенерированной совокупности (так называемого предварительного банка) оптимальных вариантов научно-технической программы осуществляется человеко-машинный диалоговый выбор предпочтительного варианта программы с использованием метода агрегированного учета неопределенности при выборе решений [108 1 .
При разработке описанного подхода и его математического обеспечения в диссертации получены следующие новые теоретические результаты:
Разработан перечень общепрограммных эффектов научно-технических программ.
Разработана математическая модель планирования общепрограммных эффектов, которая в дополнение к существующим моделям научно-технических программ ориентирована на формализованное описание мер и мероприятий, реализуемых в рамках программного подхода с целью достижения общепрограммных эффектов.
Введено и обосновано понятие оптимальности общепрограммных эффектов, разработана процедура их оптимизации, предусматривающая генерирование предварительного банка эффективных вариантов программ и выбор на его основе предпочтительного варианта программы.
Разработаны нетрудоемкие алгоритмы автоматизированного генерирования предварительного банка для частных случаев научно-технических программ.
Введено и обосновано понятие полноты предварительного банка эффективных вариантов программы и разработаны методы ее оценки.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в следующем:
1. Разработана система процедур формирования научно-техни
ческих программ, которая в дополнение к принятым обеспечивает
планирование и оптимизацию общепрограммных эффектов формируемой
программы. Разработанные процедури и соответствующие алгоритмы
включены в состав методического обеспечения взаимодействия орга
нов народного хозяйства при формировании долгосрочных научно-
технических программ автоматизации управления, разработанного в
соответствии с заданием 01.01., предусмотренным программой по
решению научно-технической проблемы 0.80.02: "Создать и ввести
в эксплуатацию новые и развить действующие автоматизированные системы управления (АСУ) общесоюзных и республиканских органов, областей. Провести работы по обеспечению объединения АСУ различных уровней в Общегосударственную автоматизированную систему сбора и обработки информации для учета, планирования и управления" (приложение № 23 к постановлению ГКНТ и Госплана СССР от 8 декабря 1980 г., № 491/244).
Разработанные процедуры и математические методы использовались при формировании Долгосрочных целевых программ автоматизации управления в Минэнерго СССР и Минцветмете СССР. Это позволило добиться рационального сочетания общепрограммных эффектов, повысить логическую полноту программ в среднем на 20$, исключить неэффективное использование средств, направленных на выполнение технологически неподготовленных работ, обеспечить рациональную загрузку исполнителей с учетом их специализации.
Создано и реализовано на ЕС ЭВМ математическое обеспечение для оптимизации общепрограммных эффектов научно-технических программ. При этом использованы как существующие алгоритмы векторной оптимизации и принятия решений в условиях неопределенности,
согласованные с особенностями разрабатываемого подхода, так и специально разработанные автором методы и алгоритмы, включенные в Государственный фонд алгоритмов и программ (№ гос.рег.П004226).
Результаты диссертационной работы использовались во Всесоюзном НИИ проблем организации и управления при ГКНТ в ходе совместно проводимых с Куйбышевским инженерно-строительным институтом исследований при выполнении постановления ГКНТ № 125 от 31. 03.80 года о формировании предложений по совершенствованию управления наукой и техникой и названного вьше задания 01.01.ДІ.программы по решению научно-технической проблемы 0.80.02, в С0ПС при АН УССР в качестве методического и программного обеспечения деловой игры "ПРОГРАММА", проводимой с руководящими работниками министерств
и ведомств - разработчиками целевых комплексных программ республиканского уровня. Деловая игра используется также на ФПК Киевского института народного хозяйства и Куйбышевского инженерно-строительного института.
Разработанное в диссертации математическое обеспечение использовалось при разработке программы работ по совершенствованию системы управления электротехнического завода (г.Мытищи), а также на ряде других промышленных предприятиях, что позволило получить экономический эффект в размере 142 тыс.р.
На защиту автором выносятся следующие основные положения:
Оптимизация общепрограммных эффектов на этапе формирования научно-технических программ является одним из основных факторов, предопределяющих эффективность научно-технических программ.
Разработанная математическая модель планирования общепрограммных эффектов адекватно описывает основные общепрограммные эффекты и дает возможность построить теоретически обоснованную
и практически реализуемую процедуру их оптимизации.
- II -
3. Расчленение и автоматизация процедуры оптимизации обще
программных эффектов на две стадии:
построение предварительного банка эффективных вариантов программ, осуществляемое головной организацией по формированию программы, как результат зондирования допустимого множества вариантов программ,
оперативный и нетрудоемкий диалоговый выбор предпочтительного варианта непосредственно ЛПР делает указанную процедуру реализуемой в реальных условиях, когда время, выделяемое ЛПР, жестко регламентировано.
4. Разработанные алгоритмы формирования эффективных (паре-
то-оптимальных) вариантов научно-технических программ при их
упрощенной структуре и алгоритмы оценки полноты предварительного
банка эффективных вариантов программы корректны и обладают хоро
шими эксплуатационными характеристиками.
5.Разработанное математическое обеспечение оптимизации общепрограммных эффектов может быть использовано при формировании реальных научно-технических программ.
б. Формируемые на основе разработанных процедур и математического обеспечения первоочередные направления совершенствования управления наукой и техникой и пятилетняя программа автоматизации управления в отрасли имеют оптимальное сочетание показателей, характеризующих ресурсные характеристики, целевые характеристики, обеспеченность научным заделом и др.
Диссертационная работа изложена на 142 страницах машинописного текста, включает 26 рисунков и 21 таблицу, состоит из введения, трех глав, выводов, списка литературы и приложения.
В первой главе разработан логически полный перечень общепрограммных эффектов, обосновывается специфика их оптимизации и предлагается соответствующая система процедур, дополняющих
общую схему формирования научно-технических программ, анализируются математические методы, которые предполагается использовать при реализации предложенных процедур.
Во второй главе разрабатывается математическая модель планирования общепрограммных эффектов научно-технических программ, алгоритмы генерирования предварительного банка эффективных вариантов программы и метод оценки полноты этого банка.
Третья глава посвящена анализу использования разработанного подхода, математических методов и машинных алгоритмов при формировании научно-технических программ различного уровня. Рассчитываются первоочередные направления совершенствования управления наукой и техникой в стране, оценивается целевая полнота Долгосрочных целевых программ автоматизации управления в Минэнерго и Минцветмете СССР (ДЦДА) и рассчитывается эффективная программа автоматизации управления отрасли на пятилетний период. Формируется пусковой комплекс НТД на систему управления электротехнического производственного объединения.
Так, например, целевая полнота ДЦЦА обеспечивалась за счет структурного анализа исходного множества заданий, который включал выделение родо-видовых связей ( или же часть - целое) между понятиями предметной области и обобщение заданий путем замены в них видовых понятий на соответствующие им родовые (при условии сохранения синтагматической структуры задания). Выявленные таким образом обобщенные задания верхнего уровня (их оказалось пять) позволили уяснить основное содержание программы и обеспечить соответстве исходного множества заданий этому содержанию. Обратная операция расширения обобщенных заданий с учетом родо-видовых связей позволила выявить необходимые для логической полноты программы дополнительные задания, которые по нашему предложению были включены в окончательную редакцию ДЦПА.
- ІЗ -
Расчет НТПА производился с использованием разработанной в главе Z математической модели. Она учитывала такие общепрограммные эффекты как полноту реализации программы, экономический эффект от реализации ИОАСУ, релевантность выполнения заданий программы (доля имеющегося научно-технического потенциала исполнителя задания по отношению к необходимому для выполнения задания программы)дополнительный экономический эффект, возникающий за счет целевой полноты программы, экономию средств за счет обеспечения единства проектирования, а также за счет совместного использования разрабатываемого научно-технического потенциала (ВЦКП, баз данных, отраслевых фондов алгоритмов и программ и т.п.). Модель учитывала требования к технологической последовательности разработки основных заданий и возможность перераспределения централизованных средств между отдельными организациями^исполнителями.
Реализованная на ЭВМ модель НТПА, содержащая более 200 переменных и соотношений, позволила сгенерировать необходимый банк парето-оптимальных вариантов программы и выбрать на его основе предпочтительный вариант, обладающий наилучшим сочетанием перечисленных выше общепрограммных эффектов.
Основные материалы диссертационной работы опубликованы в восьми статьях и четырех научно-технических отчетах, а также докладывались на семи Всесоюзных конференциях, семинарах и совещаниях.
Обоснование основных этапов оптимизации общепрограммных эффектов
С позиций анализа, приведенного в п.1.1, сформировать наилучшую научно-техническую программу - это значит провести такую работу по трансформации проектов исходных заданий программы, в результате которой будут достигнуты наивысшие проявления перечисленных в табл.1.3 общепрограммных эффектов (а также специфических для этой программы программных эффектов). Однако требования наивысшей полноты реализации общепрограммных эффектов не сво дятся к наиболее полной реализации каждого эффекта в отдельности. Основной причиной этого является ограниченность (в широком смысле понимаемых) ресурсов программы. Она влияет на полноту реализации общепрограммных эффектов в двух аспектах: ресурсов может быть недостаточно для максимально полной реализации каждого эффекта в отдельности, в связи с чем возникает вопрос о достижимой или наиболее рациональной степени реализации эффекта; требование реализации различных общепрограммных эффектов приводит к противоречивым решениям о характере использования ресурсов, в связи с чем возникает вопрос о наиболее рациональном сочетании степени реализации различных эффектов.
Первый из перечисленных аспектов можно проиллюстрировать на примере обоснования первоочередных направлений совершенствования управления наукой и техникой (см.гл.З). После построения полного дерева целей программы выяснилось, что реализация всех обеспечивающих его достижения мероприятий потребует проведения работ общим объемом около НО млн.р., что намного превышает возможности соответствующих министерств и ведомств. Естественным был вывод о необходимости выполнения в рамках ближайшей пятилетки лишь части этих работ, в связи с чем сразу встал вопрос о том, какого же уровня полноты реализации дерева целей следует добиваться и какие работы необходимо- включить В программу
Второй аспект иллюстрируется сопоставлением двух общепрог-раммных эффектов - полноты достижения конечного результата и релевантности программы - среднего уровня компетентности исполнителей программы в поручаемых им заданиях. С учетом ограниченных ресурсных возможностей наиболее компетентных исполнителей ясно, что стремясь к увеличению полноты программы, мы были бы вынуждены включать в нее задания, адресованные исполнителям с невысокой компетентностью, то есть снижать релевантность программы.
Итак, при формировании научно-технических программ стоит задача не максимизации, а оптимизации общепрограммных эффектов, то есть выбора в условиях ограниченных ресурсов наиболее рационального уровня достижения общепрограммных эффектов. Для решения этой задачи необходимо разрешить две проблемы - методическую и математическую. Методическая проблема требует разработки процедуры формирования научно-технической программы, направленной на реализацию общепрограммных эффектов, а математическая - решения целого ряда математических вопросов, возникающих при реализации указанной процедуры.
Принципиальные основы решения этих проблем уже имеются (и ниже будут рассмотрены), однако для создания работоспособной технологии формирования научно-технических программ они должны быть существенно дополнены.
Приняв за основу функциональную схему формирования целевых комплексных программ, определенную в [8 - II] (см.графическое изображение на рис.I.I), конкретизируем ее в той части, которая обеспечивает реализацию общепрограммных эффектов. Основные требования к процедуре формирования научно-технических программ, вытекающие из наиболее полной реализации в ней общепрограммных эффектов, удобно объединить в три группы, которые и определяют три этапа формирования программы (":.-.рис. 1.2).
На первом этапе должно быть сформировано полное множество " заданий программы (вариантов решения исходного задания программы). Эти варианты могут быть заданы простым перечислением входящих заданий либо алгоритмом их формирования, например, математической моделью.
Выбор математических методов, применимых для оптимизации общепрограммных эффектов
Реализация описанного программного комплекса для оптимизации общепрограммных эффектов при формировании научно-технических программ [122, 123, 137 ] потребовала использование, а в отдельных случаях разработки специальных математических моделей и методов [14 - 19] .
Цель создаваемого на этой основе математического обеспечения - обеспечить решение трех задач: описать общепрограммные эффекты в рамках единой математической модели научно-технической программы; генерировать эффективные варианты решений для формирования предварительного банка вариантов научно-технической программы и оценить его полноту; выбирать предпочтительные варианты программы из банка предварительных вариантов. Перечисленные задачи по-разному освещены в литературе.
Разработке общих математических моделей процедур формирования научно-технических программ, помимо широко известной методологической работы В.А.Ирикова и Г.С. Поспелова ГІІ9І , посвящены работы [бб, 67 , 68, 931 , выполненные под руководством Комкова Н.И. в ЦЭМИ,и другие работы [79, 80, 81, 117] .
В публикациях первой группы разрабатывается некоторая эффективная процедура формирования научно-технических программ (линейная, трехэтапная схема, поэтапная информационно-логическая модель), а затем основные ее этапы формализуются с использованием экономн%-математических моделей. Так, Наумовым Е.А. [935 предложены экономико-математические модели,в совокупности характеризующие полный цикл управления научно-технической программой, включающий стадии формирования программ, составление текущих планов ее реализации, оперативного управления ходом выполнения работ текущего плана и управление передачей завершенных результатов.
Математическая модель первого этапа сводится к задаче ./ целочисленного линейного программирования с целевой функцией минимизации общей стоимости реализации программы при условии соблюдения ограничений на трудоемкость работ по каждой организации, ресурсных возможностей и общие сроки работ. Структура экономике- математических моделей, характеризующих последующие этапы, не изменяется, однако меняется критерий оптимальности: используются временные характеристики и показатели качества конечного результата.
В работе І67І состав моделей значительно расширился. В их число дополнительно вошли модели выбора проблем, определение структуры программного и непрограммного разделов плана, определение организационной структуры коллективов исполнителей работ. Например, модели выбора проблемиформирования долгосрочных программ решений научно-технических проблем.в математической постановке сводятся к выбору вариантов реализации некоторой технической системы, масштабов ее внедрения, вариантов организации процессов разработки и производства системы при векторном критерии оценки эффективности решений. В моделях допускается возможность задания границ исходных данных (затрат, потребностей, выпуска продукции). Ограничения на допустимое множество решений учитывают требования к удовлетворению потребностей по технически допустимым схемам, масштабам их создания и реализации, вариантам сроков разработки. В целом задача представляет собой задачу смешан ного линейного программирования.
Вторая группа публикаций содержит результаты исследований отдельных задач программно-целевого планирования. В [79І А.Р. Лейбкинд и др. строят итеративную модель комплексного целевого планирования, определяющую объемы финансирования экономических подсистем в соответствии с их участием в проведении мероприятий, направленных на реализацию целей программы. Детальный анализ признаков проблем, подлежащих программной разработке, осуществлен в работе [803 . Среди них наличие множества потребностей, отсутствие методов и средств эффективного решения в сложившихся условиях, значимость для народного хозяйства, необходимость принятия специальных мер и др. На основе выявленных признаков формулируются три типовых ситуации возникновения проблем для программной разработки и условия целесообразного применения программно-целевого подхода для их решения.
Покровским В.А. предложена формальная процедура отбора научно-технических проблем для их практического решения [117] . Она основывается на составлении матриц эффективности проблем и их ранжировке по убыванию отношения важности к сумме ожидаемых затрат ресурсов на решение проблемы.
Указанные работы построены на широком обзоре и объединении многочисленных исследований и могут считаться итоговыми. Но, как видно, они не решают сформулированную выше задачу планирования общепрограммных эффектов, хотя и указывают направление ее решения - описание в терминах линейного программирования организационно-технических мероприятий, выявленных в п.1.2.
Генерирование банка предварительных вариантов научно-технических программ состоит в замене множества парето-оптималь-ных программ его конечным подмножеством. Отсюда вытекает основное условие к банку - он должен быть представительным, но не требовать больших вычислительных затрат для создания, пополнения и корректировки.
Алгоритм генерирования эффективных вариантов программы на основе* ранжирующей функции
Для частных случаев планирования общепрограммных эффектов с меньшим разнообразием связей, чем предусматривается в модели (2.1 - (2.16), могут быть разработаны более простые модули генерирования предварительных вариантов. Так, рассмотрим случай, когда в полном множестве исходных заданий программы отсутствуют связи между отдельными работами, а исполнители однозначно привязаны к работам или когда в качестве работ рассматриваются некоторые задания программы более высокого уровня (ее подразделы и разделы). Этот второй случай возникает при двухступенчатом генерировании варианта программы, когда вначале производится отбор на уровне подразделов, разделов, а уж затем - на уровне отдельных работ. В этих случаях полное множество возможных работ У есть неструктурированное множество элементов Уел . Допустимый вариант программы представится любым подмножеством этого множества А- У . Введем в рассмотрение непрерывную скалярную функцию T(F(A)]= f(f)- f (А) , зависящую от показателей эффективности программы и удовлетворяющую условию: В выражении (2.24) отношение безразличия определяется как отсутствие доминирования. Ниже будет доказано, что для некоторого класса зависимостей F (А) существует функция Ъ (А), удовлетворяющая (2.24). В этом случае справедлива теорема 2.1. Теорема 2.1. Если для каждого =/,-, я 1 справедливо (Ц) f (Уі+і J то варианты научно-техни ческих программ fim - (j у- =4t . . ., М являются эф фективными, т.е. парето-оптимальными.
Теорема утверждает, что последовательное объединение элементов исходного множества заданий, упорядоченных по убыванию функции Т LA) , позволяет получить эффективные варианты программы т f /у) = /, , А/ Из теоремы вытекает алгоритм генерирования эффективных вариантов научно-технических программ. Он состоит в том, что выбирается любая функция (л) » удовлетворяющая (2.24), элементы множества Y упорядочиваются по убыванию значений этой функ ции, а затем последовательно (начиная с первого) объединяются в эффективные варианты программы. Перебирая различные допустимые функции f (А-) , можно пополнять банк промежуточных вариантов программ, добиваясь его полноты. Докажем теорему 2.1, учитывая, что ввиду (2.24) справедливо соотношение n? Предварительно рассмотрим некоторые леммы. Отметим, что в изучаемом частном случае модель (2.16) сводится к соотношениям для F и требованию целочисленности решения. Соотношения же для F сепарабельны, т.е. показатели эффективности варианта программы А » являющегося результатом объединения двух других непересекающихся вариантов программ Л f, А , могут зада ваться с помощью так называемой вектор-функции построения В этом выражении вектор-функция ф fu„ 7г) является функцией двух переменных ц -ff/f fJ, I/- F(A2) » симметричной и ассоциативной относительно своих аргументов.
В [Юб] показано, что компоненты дифференцируемой вектор-функции ф(и,1г) могут быть определены как результат решения функционального уравнения где 6 (t J - непрерывная строго монотонная И - мерная вектор-функция одного аргумента; - некоторый К - мерный числовой вектор, который удовлетворяет соотношению и в общем случае может быть выбран таким образом, что О"К/-О. Лемма 2.1. На результат сравнения вариантов программы не повлияет удаление общих заданий, т.е. Будем считать, что показатель/ желательно уменьшать, а показатели F ,.. f - увеличивать. Доказательство. Докажем первую часть леммы. Предположим противное: А ІУА2 » но А ЧА2 (или А J - второй случай). Поскольку А 1УА2 то причем,хотя бы одно из неравенств строгое. Из предположения rt і я следует, что (2.30) где хотя бы одно из неравенств строгое. Но тогда из (2.30) и возрастания по каждому аргументу следует, что
Оптимизация общепрограммных эффектов при формировании научно-технической программы автоматизации управления в отрасли
Разработанные в предыдущих главах методы, модели и алгоритмы использовались при выполнении задания 01.01 программы ГКНТ по решению научно-технической проблемы 0.80.02, предусматривающего формирование Долгосрочной целевой научно-технической программы автоматизации управления. Методика разработки этой программы по замыслу головной организации ВНИИ проблем организации и управления включала сбор и анализ отраслевых ДЦДА и формирование на их основе общесоюзной программы автоматизации управления. В ходе анализа решались две взаимосвязанные задачи: - оценка полноты реализации общепрограммных эффектов, представленных отраслями вариантов ДЦДА, - выделение на базе ДЦЦА пятилетней программы работ по автоматизации управления в отрасли (НТПА) с учетом ограничений на ресурсы, специализаций- организаций-исполнителей и взаимосвязи работ. Эти программы рассматривались как составные части общесоюзных ДЦЦА и НТПА, формируемых ВНИИП0У. Ниже изложены результаты проведенного нами анализа на примере формирования ДЦПА Минцветмета и Минэнерго СССР. Научно-техническая программа автоматизации управления в отрасли является типичной комплексно-дискретной программой (или программой развития). Поэтому основными общепрограммными эффектами,учитываемыми при ее формировании, являются такие эффекты, как целевая полнота, релевантность, типизация, совместное использование научно-технического потенциала. Оценка целевой полноты анализируемой программы предполагает наличие некоторой идеальной точки отсчета.
В качестве такого эта лона для сравнения принята логически полная программа, содержащая все необходимые для достижения конечной цели задания. Ясно, что для разработки логически полной программы требуется, в свою очередь, полное описание предметной области, определяющей содержание проектов заданий, влияющих на показатели эффективности программы. Это может быть осуществлено, например, с помощью метода морфологического расширения, предложенного С.А. Пиявским [123] . Изложим его, используя терминологию, принятую в [90] . Метод основывается на использовании парадигматического взаимодействия слов в текстах заданий и сводится к построению их логикббиманти-ческих групп. Такое построение осуществляется путем раскрытия родовидовых и других ассоциативных связей, существующих между фразами заданий. Фразы заданий.или, как их еще называют, лексемы, входящие в родо-видовые связи, назовем базисом программы. Поясним сказанное на примере.
Пусть в число исходных заданий формируемой программы вошло задание: "Разработать программное обеспечение первой очереди АСУ Домостроительного комбината № 3м. Поскольку лексема "программное обеспечение" является частью целого - лексемы "обеспечение АСУ", хо справедлива следующая ло-гико-симантическая группа: Обеспечение АСУ: - техническое обеспечение, - информационное обеспечение, - методическое обеспечение, - математическое обеспечение, - программное обеспечение, - организационное обеспечение, - правовое обеспечение. Перечисленные выше лексемы образуют фрагмент базиса програм мы. Используя базис, можно произвести операцию обобщения исходных заданий программы путем замены в них видовых лексем на соответствующие им родовые . При этом - нами предполагается, что синтагматическое взаимодействие лексем в текстах заданий не нарушается. Если в процессе преобразования в исходном задании хотя бы одна лексема заменена на родовую лексему, будем называть полученное задание обобщенным заданием. Устранив из массива преобразованных заданий совпадающие, получим массив заданий, который назовем схемой научно-технической программы. Введем операцию, обратную операции обобщения - операцию морфологического расширения. Она производится над схемой программы или ее частью и состоит в том, что в каждом обобщенном задании схемы родовые лексемы заменяются на подчиненные им видовые лексемы. При этом допускается, что вновь образованные задания будут иметь ту же синтагматическую структуру, что и исходное. В результате операции расширения будет получен массив заданий программы, содержащей все исходные задания, которые при обобщении привели к появлению обобщенных заданий, а кроме них в общем случае - и определенное количество других заданий, дополняющих массив исходных заданий до логической полноты, определяемой базисом программы. Так, в рассмотренном примере операция обобщения приведет к новому заданию "Разработать обеспечение первой очереди АСУ Домостроительного комбината № 3", а операция морфологического расширения этого обобщенного задания - к семи заданиям программы, х В общем случае необходимо говорить о замене лексем, находящихся в одной логико-симантической группе. Это могут быть лексемы, образующие родо-видовую связь, связь типа "часть целого" или другие ассоциативные связи. Для простоты мы будем говорить "родо-видовая связь",подразумевая все перечисленные выше связи.
