Оптимизация системы управления Федерального казначейства в регионе на основе имитационно-прогностического моделирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.10, кандидат технических наук Бережной, Алексей Алексеевич

• Бережной, Алексей Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Бережной, Алексей Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ.

-ГЛАВА L. Пути повышения эффективности казначейской системы в регионе на основе современных информационных технологий.

1.1 Организация управления казначейской системой с использованием информационных технологий.

1.2 Возможности повышения эффективности информатизации управления экономической системой на основе методов моделирования и оптимизации.

1.3 Цель и задачи исследования.

ГЛАВА 2. Моделирование функционирования и развития системы управления Федерального казначейства в регионе.

2.1 Структуризация системы как системы массового обслуживания.

2.2 Сетевое моделирование информационных потоков в системе управления.

2.3 Имитационное моделирование функционирования и развития системы управления.

Выводы.

ГЛАВА 3. Оптимальный выбор варианта развития системы управления Федерального казначейства.

3.1 Структура многоуровневой модели принятия оптимальных решений.

3.2 Формирование многоуровневой оптимизационной модели функционирования и развития УФК.

3.3 Алгоритмическая схема оптимизации.

Выводы.

ГЛАВА 4. Анализ эффективности использования методов моделирования и оптимизации при управлении казначейской системой Воронежской области.

4.1 Особенности применения разработанного математического алгоритма и программных средств моделирования и оптимизации УФК.

4.2 Оптимизация подсистемы УФК.

4.3 Использование результатов имитационно-прогностического моделирования и оптимизации для выбора этапов развития УФК.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптимизация системы управления Федерального казначейства в регионе на основе имитационно-прогностического моделирования»

Актуальность темы. Современный этап развития общества характеризуется его глубокой и всесторонней информатизацией на всех уровнях функционирования. Социальные последствия информатизации являются одним из основных и определяющих факторов в выборе приоритетных научных исследований в области информатики. Направления развития информатики связаны со множеством возможных решений основополагающих проблем развития человечества. Одна из них заключается в создании эффективного инструмента, способного оказать существенную помощь человеку в принятии решений любого уровня сложности в любой сфере деятельности. Основой такого инструмента служит совокупность знаний, информации, хранящаяся на носителях компьютерных систем. Однако анализ состояния разработок в области принятия решений показывает крайнюю ограниченность функционала реализаций методов, используемых для решения подобного класса задач.

Существует внушительное множество решений на основе применения средств современных вычислительных машин, построенных в условиях недостаточной научной обоснованности.

Рассматриваемая в работе информационная система управления Федерального казначейства по Воронежской области является одной из характерных экономических систем региона, и эффективность ее функционирования влияет на все экономические процессы в регионе в целом.

Повышение эффективности функционирования системы достигается за счет внедрения информационных технологий, систем. Но в настоящее время этот процесс проходит в основном на эмпирическом уровне. Требуется научное обоснование развития информационной системы с использованием методов моделирования и оптимизации.

Таким образом, актуальность диссертации определяется необходимостью совершенствования системы управления Федеральным казначейством на основе формализованного подхода к моделированию и оптимизации информационной системы для повышения уровня автоматизации и интеллектуальной поддержки процесса принятия оптимальных управленческих решений.

Диссертационная работа выполнена в рамках основного научного направления ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет» «Проблемно-ориентированные системы управления» в соответствии с ГБ НИР 07-19 «Интеллектуализация принятия решений в условиях неопределенности».

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка комплекса моделей и алгоритмов оптимизации функционирования системы УФК в регионе как экономической системы с использованием методов многоальтернативной оптимизации. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- проанализировать существующие подходы к повышению эффективности управления казначейским исполнением на основе информационных систем и возможность использования для данных целей методов моделирования и оптимизации;

- сформировать имитационно-прогностическую модель функционирования и развития ИС УФК с учетом специфики экономических процессов;

- формализовать процедуры моделирования и оптимизации функционирования и развития ИС УФК;

- разработать алгоритмическое и программно-методическое обеспечение процесса поиска оптимальных управленческих решений.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории управления, теории вероятностей и случайных процессов, методы дискретной математики, формальной логики, теории графов, исследования операций, математического моделирования и оптимизации.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты, характеризующиеся научной новизной:

- имитационно-прогностическая модель функционирования и развития системы управления Федерального казначейства в регионе, позволяющая осуществить адекватную формализацию процесса документооборота путем объединения в едином цикле формирование и инициализацию переходов между компонентами сети массового обслуживания и расчет показателей эффективности;

- структура модели принятия решений, отличающаяся трехуровневой схемой параметрической оптимизации управления ресурсами и выбором схем документооборота УФК;

- процедуры формализации критериев и ограничений, обеспечивающие возможность минимизации среднего времени обслуживания заявок при альтернативных маршрутах их прохождения в экономической системе регионального казначейства на основе многоальтернативной оптимизационной модели;

- алгоритмическая схема оптимизации функционирования и развития УФК, отличающаяся совмещением имитационно-прогностического моделирования с рандомизированным поиском седловой точки функции Лагранжа на каждом этапе экспертного оценивания в задаче многокритериального выбора.

Практическая значимость. Практическая значимость работы заключается в следующем:

- разработаны структурные схемы информационной системы УФК по Воронежской области с указанием направлений информационных потоков;

- разработано программное средство, реализующее имитационный алгоритм ИС УФК с использованием языка программирования высокого уровня С#;

- разработан многоуровневый оптимизационный алгоритм ИС подразумевающий использование ПО, реализующего имитационный алгоритм, а также деятельность ЛПР.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы применены для моделирования и оптимизации ИС УФК по Воронежской области, что позволило сформулировать научно обоснованный план развития ИС и предоставило в руки специалистов УФК мощный инструмент моделирования и оптимизации как отдельных подсистем ИС УФК, так и системы в целом.

Проведенная работа позволяет формализовать подход к оптимизации работы системы, определению направления ее дальнейшего развития, что, в свою очередь, влечет за собой снижение трудозатрат и повышение эффективности.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2008), Всероссийской конференции "Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах (Воронеж, 2007), семинарах кафедры систем автоматизированного проектирования и информационных систем Воронежского государственного технического университета (2007-2009).

Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в 7 печатных работах, в том числе 2 по перечню изданий, рекомендованных ВАК РФ.

В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателю принадлежат: структура многоуровневой модели принятия оптимальных решений [31], поисковая процедура по функции Лагранжа [32].

В работах [6,7] рассмотрены вопросы формализации информационной системы УФК по Воронежской области, работа [9] описывает модель ИС УФК, работы [31,32] посвящены вопросам построения модели и алгоритма многоуровневой оптимизации ИС УФК, работа [8] описывает особенности построения и функционирования имитационного алгоритма ИС УФК, работа [10] затрагивает особенности применения разработанного программно-математического аппарата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 70 наименований, приложения. Основная часть изложена на 102 страницах, содержит 25 рисунков и 4 таблицы.

Заключение диссертации по теме «Управление в социальных и экономических системах», Бережной, Алексей Алексеевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе проведенного исследования были решены следующие поставленные задачи: сформирована структурная модель компонентов ИС УФК; предложена функциональная модель документооборота; разработан имитационный алгоритм, описывающий функционирование модели ИС; формализованы процедуры оптимизации ИС; разработан алгоритм процесса оптимального поиска решения в задаче оптимизации функционирования ИС УФК, с применением методов многокритериальной оптимизации.

На основе проведенных исследований получены следующие результаты и выводы:

1. Сформирована структурная модель ИС УФК с отделами (подразделениями) в качестве элементов, путями движения документов;

2. Сформирована функциональная модель ИС УФК в виде экспоненциальной сети массового обслуживания с простейшими системами массового обслуживания в качестве узлов и матрицей вероятностных переходов между узлами;

3. Разработан имитационный алгоритм, описывающий функционирование модели ИС УФК с расчетом основных параметров модели;

4. Разработано программное обеспечение для ЭВМ, реализующее имитационный алгоритм ИС УФК;

5. Разработана многоуровневая оптимизационная модель на базе процедур рандомизации и сглаживания градиентных алгоритмов поиска Седловой функции Лагранжа, использования экспертной оценки информации ЛПР при реализации стохастического алгоритма многокритериальной оптимизации;

6. Разработаны методологические рекомендации по применению математического алгоритма и программных средств моделирования и оптимизации ИС УФК.

По итогам проведенных исследований обозначены направления совершенствования разработанных методов и алгоритмов.

Основной характеристикой разработанной структурно-функциональной модели и имитационного алгоритма с точки зрения их эффективности является точность отражения ими предметной области или коэффициент аппроксимации. Исходя из этого, говоря о совершенствовании обозначенных структур, в первую очередь, имеется в виду точность приближения.

В разрезе построения модели возможны три направления развития (уточнения):

1. Увеличение числа систем массового обслуживания (как элементов модели), что с точки зрения связи предметной области и модели означает ступенчатый переход от связи «один ко многим» к связи «один к одному». Например, можно моделировать как СМО не отдел, а автоматизированное рабочее место сотрудника отдела.

2. Увеличение числа обслуживаемых каналов как каждой отдельной СМО, так и системы в целом, там где это даст выигрыш в точности модели. Подход в некотором смысле противоположен предыдущему т.к. при произвольной структуре моделируемой системы разбиение ее на достаточно мелкие элементы исключает необходимость сложного моделирования последних.

3. Совмещение двух вышеописанных подходов с выработкой соответствующей формальной методологии, позволяющей сделать научно обоснованный выбор в каждом конкретном случае.

В разрезе расширения применимости оптимизационного алгоритма:

1. Добавление поддержки многоканальных СМО и СеМО;

2. Учет показателя времени перехода заявок между элементами сети, что позволит не только учитывать показатели пропускной способности сетевого оборудования и программного обеспечения, но и моделировать сбои последних, аналогично моделированию нарушения регламента (резкий рост на общем фоне времени пребывания заявки в сети).

Оптимизационный алгоритм представляется достаточно гибким к изменению модели в рамках выбранной парадигмы и единственным его элементом, претерпевающим существенные изменения, является целевая функция, описывающая время пребывания заявки в с сети исходя из усредненного (или максимального) маршрута ее движения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Бережной, Алексей Алексеевич, 2009 год

1. Азарнова Т.В., Каширина И.Л., Чернышева Г.Д. Методы оптимизации: Учеб. пособие. / Воронеж: Изд-во ВГУ, 2003г. - 86с.

2. Багриновский К.А., Матюшок В.М. Экономико-математические методы и модели. / М.: РУДН, 1999.

3. Барановская Т.П. Информационные системы и технологии в экономике / 2-е изд., доп и перераб. М.: Финансы и статистика, 2006. 416с

4. Беллман Р. Динамическое программирование. / М.: Издательство иностранной литературы, 1960.

5. Бережная Е.В., Бережной В.И. Математические методы моделирования экономических систем: Учеб. пособие. / М.:Финансы и статистика, 2002.

6. Бережной А.А. Информационная система Федерального казначейства в регионе // Прикладные задачи моделирования и оптимизации. Межвуз. сб. науч. тр. Воронеж: ВГТУ, 2007. С. 19-22.

7. Бережной А.А. Информационная система Федерального казначейства, ее структуризация на региональном уровне как объекта управления // Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах. Воронеж, 2007. С. 37-40.

8. Бережной А.А. Имитационное моделирование информационной системы Федерального казначейства на региональном уровне // Прикладные задачи моделирования и оптимизации. Межвуз. сб. науч. тр.-Воронеж: ВГТУ, 2008. С. 154-158.

9. Бережной А.А. Моделирование информационной системы Федерального казначейства на региональном уровне // Прикладные задачи моделирования и оптимизации. Межвуз. сб. науч. тр. — Воронеж: ВГТУ, 2007. С. 150-153.

10. П.Бешелев С.Д., Гурович Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. / М.:Статистика, 1974.

11. Брызгалов Е. В. Динамическое программирование / Интернет ресурс: http://comp-science/WebPage/lesson2.htm

12. З.Вагнер Г. Основы исследования операций. В 3-х книгах. / М.: Мир, 1973.

13. М.Габасов Р., Кириллова Ф. М. Основы динамического программирования. / Мн.: БГУ, 1975 г. — 262 с.

14. Дубов A.M. Моделирование рисковых ситуаций в экономике и бизнесе. / М.: Финансы и статистика, 2000.

15. Елисеева И.И. Эконометрика: Учебник / под ред. И.И.Елисеевой.— М.:Финансы и статистика, 2005.

16. Ермольев Ю.Н. Методы стохастического программирования. / М.: Наука, 1976.

17. Жуковский В.И., Жуковская JI.B. Риск в многокритериальных и конфликтных системах при неопределенности. / М.:Едиториал УРСС, 2004.-с.

18. Иванецкий В.А. Теория сетей массового обслуживания / Физико-математическая литература, 2004г., 772с.

19. Ивлев В., Попова Т. Два подхода к проектированию информационных систем. // Интернет ресурс: http://www.talgar.ru/Articles/Base/ks99/Vip/infs.doc

20. Ильченко А.Н. Экономико-математические методы: Учеб. пособие. / М.: Финансы и статистика, 2006. 288с.

21. Калихман И.JI. , Войтенко М.А. Динамическое программирование в примерах и задачах. / М.:Высш. Шк., 1979.

22. А.И.Каплинский, Гарусин М.И., А.С.Красненкер, Я.З.Цынкин Рандомизация и сглаживание в задачах стохастической оптимизации. // Автоматика и телемеханика №6, 1974г., с.47-57.

23. Колбин В.В. Многокритериальные задачи оптимизации / СПбГУ: НИИХ СПбГУ, 2002, 57с.

24. Колбин В.В. Принятие решений в условиях неполной информации / СПбГУ: НИИХ СПбГУ, 2002, 81с.

25. Кормен Т.Х. Алгоритмы: построение и анализ = INTRODUCTION ТО ALGORITHMS. / 2-е изд. — М.: «Вильяме», 2006. — 1296с.

26. Лабскер Л.Г. Теория массового обслуживания в экономической сфере: Учеб. пособие. /М.:ЮНИТИ, 1998.

27. Ли Э.Б. Основы теории оптимального управления. / Ли Э.Б., Маркус Л. М.Наука, 1972.

28. Львович Я.Е. Методы поиска экстремума в задачах разработки конструкций и технологии РЭА. / Воронеж, политехнический институт, 1982г., 77с.

29. Львович Я.Е., А.И.Каплинский, В.Н.Фролов, Н.А.Ступаченко Алгоритмическое обеспечение задач исследования и оптимизации сложных процессов. / Воронеж, ВГТУ, 1977г., 85с.

30. Львович Я.Е., Бережной А.А. Многоуровневая оптимизационная модель функционирования информационной системы регионального управления Федерального казначейства // Вестник ВГТУ. Том 4. № 2. 2008. С. 6-8.

31. Львович Я.Е., Бережной А.А. Алгоритмическая схема многоальтернативной оптимизации информационной системы регионального управления Федерального казначейства // Вестник ВГТУ. Том 4. № 9. 2008. С. 53-56.

32. Я.Е.Львович, В.Н.Фролов, Н.П.Меткии Автоматизированное проектирование технологических процессов и систем производства. / М.: Высшая школа, 1991г., 463с.

33. Я.Е.Львович, С.Ю.Белецкая Алгоритмизация слабоформализованных задач оптимального выбора с использованием рандомизированных процедур. / Информационные технологии. 2004г., №11.

34. Москвин В.А. Управление рисками при реализации инвестиционных проектов. / М.:Финансы и статистика, 2004.

35. Малинецкий Г.Г., Потапов А.Б., Подлазов А.В. Нелинейная динамика: подходы, результаты, надежды. / М.: УРСС, 2006.

36. Манквин Крейг, Нагель Кристиан, Джей Глин, Морган Скиннер, Джерод Моемика, Карли Ватсон, Олли Корнес, Бартон Харвей, Симон Робинсон С# для профессионалов. / Том I. М.: «ЛОРИ», 2005г. - 478с.

37. Митрофанов Ю. И., Брагина И. Т., Тананко И. Е., Юдаева Н. В. Анализ и оптимизация сетей массового обслуживания. Программное обеспечение. / Саратов, Изд-во "Колледж", 1995 144 с.

38. Митрофанов Ю. И. Синтез сетей массового обслуживания./ Саратов: Изд-во ГуНЦ "Колледж", 1995 -168 с.

39. Орлов А.И. Эконометрика: Учебник для вузов. / М.:Экзамен, 2004. с.

40. Попов А.Ю. "После того, что мы прошли в 2005 году, нам теперь любое внедрение по плечу" // "Cnews", 2006

41. Попов А.Ю., Гусельников A.M., Регламентация деятельности органов Федерального казначейства с использованием прикладного программного обеспечения / М.:УФК, 2008.

42. Раскин Л. Г. Анализ сложных систем и элементы теории оптимального управления = Operations Research: An Introduction. / Раскин Л. Г. — М.: Сов. Радио, 1976. 344с.

43. Сенге П. Пятая дисциплина. Искусство и практика самообучающейся организации / Олимп-Бизнес, 2003

44. Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. / М.:Наука, 1973г.

45. Страуструп Б. Язык программирования С++. Специальное издание / Пер. с англ. М.: ООО «Бином-Пресс», 2008г. - 1104с.

46. Таха Х.А. Глава 18. Имитационное моделирование // Введение в исследование операций = Operations Research: An Introduction. — 7-е изд. / М.: «Вильяме», 2007. — С. 697-737.

47. Форрестер Д. Мировая динамика. / М., ACT, 2003

48. Щербина О. А. Методологические аспекты динамического программирования // Динамические системы, 2007, вып. 22. — с.21-36.

49. Щербина О. А. О несериальной модификации локального алгоритма декомпозиции задач дискретной оптимизации // Динамические системы, 2005, вып. 19.

50. Юдин Д.Б. Математические методы в условиях неполной информации. / Юдин Д.Б. М.: Советское радио, 1974.

51. Общая аппаратная, программная, телекоммуникационная и информационная архитектура АС ФК / Воронеж: УФК, 2005г.

52. Описание АС ФК / Воронеж: УФК, 2005г.

53. Развитие электронного документооборота в Федеральном казначействе / журнал Бюджет май 2008г.

54. Стратегия создания прикладного программного обеспечения автоматизированной системы Федерального казначейства / Воронеж: УФК, 2004г.

55. Техническое задание на АС ФК / Воронеж: УФК, 2004г.

56. Требования к Автоматизированной системе Федерального казначейства / Воронеж: УФК, 2004г. 226с.

57. Технологический регламент / М.: УФК, 2007, 34с.

58. Федеральное казначейство: доклад о результатах и основных направлениях деятельности на 2009-2011гг., 2008г., 62ст.

59. Bertele U. Nonserial dynamic programming. / Bertele U., Brioshi F. — N.Y.: Academic Press, 1972. — 235 pp.

60. Epstein, Joshua Generative Social Science. Studies in agent-based computational modeling. Princeton University Press. Forrester, Jay W. Industrial Dynamics. / MIT Press, 1961.

61. Goodman, Michael Study Notes in System Dynamics. / Pegasus, 1989.

62. Meadows, Donella H. Limits to Growth. / New York: University books, 1972.

63. Miller, John; Page, Scott Complex Adaptive Systems. Princeton University Press.

64. Renders Jorden Elements of System Dynamics Method / Cambridge: MIT Press, 1980.

65. Roberts Edward, Managerial Applications of System Dynamics, 1978.

66. Sterman, John (2000). Business Dynamics. Irwin McGraw-Hill.