На правах рукописи

ДЕНИСОВ АНДРЕЙ ВИТАЛЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЭКСПЕРТНОГО ОЦЕНИВАНИЯ СЛАБО ФОРМАЛИЗУЕМЫХ ОБЪЕКТОВ ТРАНСПОРТА

Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (на транспорте)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

г. Ростов-на-Дону

2009 г.

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Ростовский государственный университет путей сообщения (РГУПС)

Защита состоится л29 декабря 2009г. в 13 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 218.010.03 при Ростовском государственном университете путей сообщения по адресу: 344038, г. Ростов-на-Дону, пл. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан л ноября 2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 218.010.03,

доктор технических наук, профессор Бутакова М.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. ОАО РЖД решает комплекс сложных задач обеспечения народного хозяйства страны транспортными услугами в условиях изменяющейся рыночной экономики. Конкурентоспособность и эффективность российских железных дорог напрямую зависит от внедрения новых технологий на всех уровнях функционирования отрасли.

В основу Стратегической программы развития ОАО РЖД положена идеология инновационного менеджмента, т.е. управления процессом от возникновения идеи до ее успешного воплощения в создании нового продукта или услуги. Во главу угла поставлены экономические критерии деятельности корпорации с необходимыми, сравнимыми с мировым уровнем, ограничениями по безопасности и качеству предоставления транспортных услуг. Движущей силой реструктуризации железных дорог России должны стать новые идеи, как в управлении, так и в совершенствуемых транспортных технологиях.

В целях создания единого информационного поля решено развивать автоматизацию и информатизацию отрасли на основе единой автоматизированной системы управления транспортным комплексом Российской Федерации (АСУ ТК). Данная система должна объединить в себе управление различными аспектами функционирования Российских железных дорог, начиная от перевозочного процесса и заканчивая формированием стратегических планов развития ОАО РЖД.

Для успешного и эффективного функционирования АСУ ТК необходимо наличие функциональных подсистем, обеспечивающих возможность формировать управленческие решения в рамках инновационного процесса и учитывающих его специфику, которая заключается в наличии большого числа неопределенностей всех уровней. Влияние этих неопределенностей приводит к необходимости ограничить использование оптимизационных методов управления и перейти к адаптивным подходам, способным оперативно подстраиваться под изменения во внешней среде. Привлечение экспертов для анализа, оценки и управления слабо формализуемыми объектами, обладающими высокой степенью неопределенности, является одним из наиболее распространенных методов. В частности, на основе экспертных заключений формируются списки приоритетных для отрасли направлений развития технологий и техники, формируются планы научно-технического развития (НТР), отбираются договора для финансирования в области НИОКР, формируется прогноз состояния и развития отрасли и ее частей на среднесрочную и долгосрочную перспективу. Однако в данной области отсутствуют четкие и универсальные механизмы проведения экспертиз, учитывающие выше перечисленные особенности. Важность качественного анализа и отбора научно-технических приоритетов для отрасли определяет необходимость разработки принципов, методов и алгоритмов систем управления экспертным оцениванием слабо формализуемых объектов, функционирующих в условиях изменчивой среды.

Степень разработанности проблемы. Методам управления объектами на основе принципов самоорганизации и адаптации посвящены работы таких отечественных и зарубежных ученых как Р. Беллман, С.аБир, К. Гловер, А.Н. Гуда, А.Г.аИвахненко, М.Б. Игнатьев, Р. Калман, А.А.аКолесников, Н.Н. Лябах, Дж.аСаридис, Г.аХакен, В.В. Цыганов, У.Р.аЭшби и многих других.

Вопросами разработки принципов и методов организации управления сложными социально-экономическими системами, которой является и ОАО РЖД, занимались такие отечественные ученые, как В.П. Авдеев, А.А. Ашимов, Г.И. Белявский, В.Н. Бурков, Г.М. Гришанов, В.Г. Засканов и другие авторы.

Проблемы использования экспертных оценок в задачах управления рассматривались в работах таких авторов, как Г.Г. Азгальдов, С.Д. Бешелев, Ф.Г. Гурвич, Л.Г. Евланов, В.А. Кутузов, Э.П. Райхман, А.А. Френкель, Д.С. Шмерлинг.

Вопросы разработки математического, информационного, алгоритмического обеспечения автоматизированных систем управления освещены в работах М.А. Бутаковой, А.А. Воронова, В.Н. Иванченко, Л.В. Канторовича, М.А. Королева, Т.Н. Соколова.

Различные фундаментальные и прикладные аспекты интеллектуальных систем управления нашли отражение в работах таких ученых как Н. Винер, В.М. Глушков, Д.И. Дубровский, С.М. Ковалев, А.А. Ляпунов, М. Минский, Д.А. Поспелов, Ф. Розенблатт, В.Б. Тарасов, А.Н. Шабельников и др.

Цели и задачи исследования. Цель исследования заключается в разработке принципов, методов и алгоритмов эффективного отбора слабо формализуемых однородных объектов (научно-технических программ, технологий, договоров на НИОКР, планов НТР и т.п.) в условиях неопределенности (конъюнктура рынка, технологические особенности производства новых (инновационных) товаров, состояние дел в научно-технической сфере). На основе этих принципов, методов и алгоритмов должна быть построена автоматизированная система управления, способная подстраиваться под изменения во внешней среде, а также нивелировать возможные внутренние негативные факторы. Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1. Провести анализ методов решения задачи отбора слабо формализованных объектов по заданным критериям. Выделить возможные источники неопределенности и проанализировать способы их устранения.
2. Разработать структуру и алгоритм работы системы отбора объектов, построить ее математическую модель.
3. Проанализировать методы формирования набора исследуемых объектов. Выбрать наиболее эффективный из них. Разработать параметрическое обеспечение системы.
4. Выполнить проектирование и разработку автоматизированной системы управления на основе сформированного математического, алгоритмического, параметрического и информационного обеспечения.
5. Внедрить разработанные предложения и методики в решение задач формирования плана НТР и планирования НИОКР железнодорожной отрасли.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является процесс определения наиболее эффективных по тем или иным критериям альтернатив в условиях неопределенности. Предметом исследования являются принципы, методы и алгоритмы осуществления отбора слабо формализованных объектов. Исследование выполнялось в рамках следующих пунктов паспорта специальности:

п. 8. Формализованные методы анализа, синтеза, исследования и оптимизация модульных структур систем сбора и обработки данных в АСУТП, АСУП, АСТПП и др.

п. 10. Методы синтеза специального математического обеспечения, пакетов прикладных программ и типовых модулей функциональных и обеспечивающих подсистему АСУТП, АСУП, АСТПП и др.

п. 16. Теоретические основы, методы и алгоритмы построения экспертных и диалоговых подсистем, включенных в АСУТП, АСУП, АСТПП и др.

Теоретико-методологической основой исследования послужили работы отечественных и зарубежных авторов в области адаптивных и самоорганизующихся систем, современные концепции управления активными системами, способы получения и обработки экспертных оценок, работы в области теории нечетких множеств, генетических алгоритмов, теории расписаний. При разработке автоматизированной системы управления применялись современные методологии проектирования и средства разработки программного обеспечения.

Концепция диссертационного исследования исходит из того, что в современных условиях при переходе отрасли в целом на инновационные рельсы на всех уровнях управления компанией придется столкнуться с необходимостью эффективного выбора среди имеющихся альтернатив (планы НТР, договора на НИОКР и т.п.) в условиях неопределенности. В связи с этим необходим теоретико-прикладной аппарат, способный формализовать процедуры отбора и адаптироваться к изменяющимся условиям внешней среды, а также требованиям управленческого персонала. Суть предлагаемого подхода состоит в привлечении для анализа имеющихся альтернатив экспертов, продуктивность работы которых определяется апостериорной оценкой, базирующейся на эффективности выбранных решений, а также на применении аппарата нечеткой логики и эволюционных вычислений для сбора и обработки суждений экспертов.

Положения диссертации, выносимые на защиту.

1. В условиях инновационной экономики функционирование ОАО РЖД будет сопряжено с наличием большого числа неопределенностей. Автоматизированные системы управления всех уровней должны учитывать данный факт и иметь необходимый аппарат для адаптации к изменяющимся условиям, выбора наиболее эффективного варианта работы при наличии слабой формализованности имеющихся альтернатив. Для обеспечения эффективного научно-технического развития отрасли таким аппаратом следует обеспечить базовую АСУ в этой области, а именно Автоматизированную систему управления научно-техническим развитием (АСУ НТР) ОАО РЖД.
2. Для осуществления эффективного выбора альтернатив в условиях неопределенности должны быть использованы методы экспертных оценок. Однако, возможная ангажированность экспертов, недостаточная их квалификация или явления конформизма могут негативно сказаться на объективности их оценок. Похожие проблемы возникают и с агентами (сотрудники, подразделения, организации), формирующими список оцениваемых объектов. Для противодействия влиянию данных факторов необходимо ввести оценку квалификации или репутации экспертов и агентов в виде рекурсивной функции от предсказанной и реальной эффективности отобранных альтернатив.
3. Система экспертного оценивания слабо формализованных объектов должна состоять из следующих подсистем: подсистема экспертных оценок, подсистема формирования результатов экспертизы, подсистема формирования оценок экспертов и агентов. Подсистема экспертных оценок решает следующие задачи: формирование и ранжирование критериев оценки, выполнение экспертной оценки объектов. Подсистема формирования результатов экспертизы в процессе своей работы использует экспертные оценки, параметры, описывающие предпочтения и возможности организаторов экспертизы, а также данные о самих объектах. Подсистема формирования оценок экспертов и агентов предназначена для анализа результата работы экспертов, а также учета добросовестности агентов при подготовке списка параметров оцениваемых объектов.
4. Для формирования набора эффективных объектов необходимо использовать генетические алгоритмы, так как их применение в большинстве случаев позволит минимизировать затраты времени и аппаратных ресурсов по сравнению с другими методами оптимизации. В зависимости от параметров задачи может быть определен наиболее эффективный метод ее решения, а также наиболее эффективные генетические операторы и параметры генетического алгоритма.
5. На основе проведенных исследований построена эффективно функционирующая Автоматизированная система управления процессом формирования портфеля инновационных проектов. Наиболее оптимальной и универсальной архитектурой такой АСУ является трехзвенная, в основе которой лежит web-портал.

Научная новизна. Научную новизну диссертационного исследования составляют следующие результаты: