Моделирование и прогнозирование дуальных динамических процессов в социальных системах

Актуальность темы

Политические и экономические преобразования в России вызвали необходимость реформирования и реструктуризацию систем здравоохранения и образования, являющихся основными социальными системами, определяющими здоровье населения и развитие научно-технического развития регионов и страны в целом.

Повышение эффективности управления социальными системами связано с применением методов моделирования, оптимизации и компьютеризации процессов управления на региональном, административном уровне и на уровне объектов социальных систем. Однако их используют для рационализации организационно-управленческого процесса и рационального управления на уровне объектов и процессов в социальных систем без учета временных изменений характеристик и показателей, что не позволяет получить адекватное отображение процессов в их математическом описании, что снижает эффективность интеллектуальной поддержки руководителей органов управления при принятии решений, не обеспечивает учет сложности систем, иерархичности, многоуровне-вости, многоаспектности. Если на уровне социальных систем, характеризующихся, медленной динамикой показателей их функционирования, корректируют управление за счет экспертной информации, то на нижнем уровне управления (объектов и процессов) без применения методов оптимизации не удается получить положительные результаты. В этих условиях управленческие решения должны реализовываться на региональном, административном уровне с последующей детализацией для отдельных территориальных единиц и объектов социальных систем, а также на уровне процессов, протекающих в них.

Все это потребовало совершенствования информационного обеспечения, ориентированного на развитие социальных систем, что, в свою очередь, поставило задачу получения качественной и достоверной информации и разработки процедуры ее использования. Организация информационного мониторинга показателей социальной сферы позволяет обеспечить рациональное управление объектами систем и территориальных единиц в рамках территориально распределенного административного региона. Особое значение при этом имеют методы прогнозирования показателей функционирования социальных систем и принятия решений по территориально распределенным данным на основе регули-рующ-их воздействий.

Таким образом, актуальность темы заключается в необходимости формирования комплексного подхода в повышении эффективности управления в социальных системах на основе методов моделирования, прогнозирования и оптимизации процедуры территориально распределенного управления социальными системами, ориентированных на особенности динамических процессов как больших организационных систем, так и объектов управления на нижнем уровне, на основе информационного мониторинга.

Работа выполнена в соответствии с региональными программами «Образование» и «Здравоохранение и медицина» и одним из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета «Проблемно-ориентированные системы управления».

Цель и задачи исследования

" Целью диссертационной работы является разработка методов исследования социальных систем с учетом дуальности их динамических характеристик, моделей и алгоритмов принятия управленческих решений на основе информационного мониторинга.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: провести анализ состояния и особенностей моделирования, прогнозирования и управления в социальных системах с учетом динамических характеристикразработать методы моделирования динамических процессов, протекающих в объектах социальных систем, в режиме макрои микродинамики на основе статистической, текущей и экспертной информациисформировать алгоритмическую процедуру прогнозирования состояния дуальных динамических процессов по отдельным обобщенным показателям социальных системразработать методологию принятия управленческих решений в социальных системах на основе визуализации информации, прогностических моделей развития социальных систем с учетом оценок риска неблагоприятного развития социальной системы и результатов трансформации информацииисследовать социальные системы с применением предложенной методологии анализа и управления территориально распределенными объектами административного региона.

Методы исследования. Для решения поставленных задач, использовались основные положения теории управления, теории вероятностей, математической статистики, систем массового обслуживания, вариационные методы, методы математического моделирования, экспертного оценивания, оптимизации и ГИС-технологий.

Научная новизна результатов исследования. В работе получены следующие основные результаты, характеризующиеся научной новизной: алгоритмическое обеспечение прогнозирования состояний дуальных динамических объектов, отличающееся возможностью интеграции процедур обработки ретроспективной информации на основе полиномиальных моделей, канонического разложения, имитационного моделирования и адаптивного формирования обобщенного показателякомплексный многоуровневый подход к управлению социальными системами, отличающийся сочетанием оценок микродинамики процессов и объектов в социальных системах и макродинамики территориально распределенных показателей на уровне организационно-административного управления регионаадаптивно-имитационный метод моделирования динамики социальных систем, позволяющий объединить возможности имитационного моделирования динамики с выбором вида и величины управляющих воздействия в условиях неопределенностей на основе многоуровневых адаптивных алгоритмов и организации диалога эксперта в режиме реального и ускоренного масштаба временипроцедура интеграции математического моделирования и процедур геоинформационных данных для информационного мониторинга, отличающаяся возможностью визуализации пространственных взаимосвязей в социальных системах региона для осуществления трансформации информации и формирования целевых комплексных программ для рационального управления социальными системами районаинформационный мониторинг показателей систем образования и медицинского обслуживания населения района, позволяющий оценивать уровни риска неблагоприятного развития ситуации в системах для формирования управляющих мероприятий и распределения ресурсов.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Практическая значимость определяется использованием результатов работы при создании методического обеспечения и нормативных документов для органа управления административного региона. На основании исследований предложена и реализована структура информационного мониторинга социальной системы Коминтерновского района г. Воронежа по комплексу приоритетных показателей для формирования прогнозных оценок и рационального принятия решений на уровне административного органа управления.

На основании исследования сформирована структура информационного мониторинга социальной системы по комплексу приоритетных для района показателей с возможностью формирования прогнозных оценок.

Материалы диссертации внедрены в практику системы принятия управленческих решений на основе компьютерных технологий, позволяющих анализировать ретроспективную, текущую и экспертную информацию, учитывать территориально распределенные данные и осуществлять рациональный выбор регулирующих воздействий в социальной сфере.

Исследования легли в основу разработки структуры административного управления и комплекса целевых программ развития Коминтерновского района.

Результаты исследования используются в учебном процессе Воронежского государственного технического университета на кафедрах «Компьютерные интеллектуальные технологии проектирования» и «Системный анализ и управление в медицинских системах» при обучении студентов по специальности САПР и «Биотехнические и медицинские аппаратов и системы».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2001, 2002) — Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2001) — Всероссийской конференции «Интеллектуализация управления в социальных и экономических системах» (Воронеж, 2002) — научно-тематическом семинаре «Проблемно-ориентированные системы управления» (Воронеж, 2000, 2001, 2002) — научно-тематическом семинаре «Биомедкибернетика, компьютеризация в медицине» (Воронеж, 2000, 2001, 2002).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ в «Вестнике ВГТУ», в Межвузовских сборниках научных трудов и в трудах Всероссийских конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения, списка литературы из 97 наименований, изложена на 106 страницах и содержит 21 рисунок и 9 таблиц.

Результаты исследования, полученные в диссертационной работе, нашли применение при анализе, моделировании и управлении динамическими процессами в медицине на уровне ЛПУ, территориально-распределенными системами здравоохранения и образования на уровне управления административного органа Коминтерновского района г. Воронежа.

На основе анализа состояния и развития социальных систем района с применением ГИС — технологий получены результаты оценки их макро динамики, определены территориальные оценки риска неблагоприятных ситуации с использованием прогностических моделей. Для нормального функционирования системы медицинского обслуживания используется метод распределения ресурсов в условиях ограниченных ресурсов на основе оптимизационной модели (рис. 4.5) с учетом показателей риска заболеваемости (п. 3.3). Решение оптимизационной модели [8, 77].

Данные экологических служб, органов управления здравоохранением, ЛАК.

Информационный эколого-медицинский мониторинг.

Ирогнозирование показателей здоровья и медицинского обслуживания населения региона.

Анализ показателей результативности медицинского обслуживания X.

Формирование моделей конечных результатов деятельности.

Формирование оптимизационной модели ресурсного обеспечения Н.

Разработка рациональных управленческих решений по распределению ресурсов.

Верификация согласованности управленческих решений «ресурс-конечный резульл тат».

Нет Коррекция распределения ресурсов, привлечения дополнительных средств, платные услуги.

Да.

Детализация управленческих решений при формировании целевых программ, разработки комплекса лечебно-профилактических мероприятий, нор-мативиых документов.

Рис. 4.6. Структурная схема комплексного применения информационного мониторинга и моделей конечных результатов для применения решений органами управления здравоохранением.

У-ре, лт,] =, 1,.

А, А А, А где Ру — Характеризующий уровень «риска» ] -го врачебного участка по заболеванию /-Г0 классах, — количество обслуженных пациентов с диагнозом г-го класса, проживающих на территории ]- го врачебного участка- & норма времени на медицинское обслуживание /-го вида- - гарантированный фонд времени в течение планируемого календарного периода по ] -му врачебному участкуА. — величина суммарной обращаемости за календарный период по указанным видам медицинского обслуживания, с ограничениями по пропускной способности врачей специалистов и параклинических отделений:

Г, 7 = Л7,.

•= (4.12).

1 (4.13) а весовой коэффициент определяется из матрицы уровней риска ц (табл. 3.5) по экспертной информации я. =1 Л=.

4.14) дает возможность получить значение ху планового количества пациентов по 1-му виду обслуживания и по врачебному участку, например, для решения оптимизационной задачи относительно конкретного ЛПУ (4.11) поликлинической регион разбивается на ]-е (] = (л'л) количество врачебных участков и на основании экспертной информации и медицинского мониторинга (п. 3.1) выделяются основные нозологические формы заболеваний, а затем проводится экспертное оценивание уровней риска заболеваемости по каждому из основных нозологических форм по всем врачебным участкам, методом априорного ранжирования.

45] рассчитываются весовые коэффициенты и определяется гарантированный фонд времени Т) в течение планируемого календарного периода по ] -му врачебному участку [10]. В результате решения получают оптимальный годовой план работы поликлического региона (табл. 4.3).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. На основе непараметрической теории коэффициента автокорреляции предложено формирование структуры модели макродинамики в виде статистического временного ряда из составляющих, связанных с входными и управляющими воздействиями, и полинома времени.

2. В тех случаях, когда макродинамический процесс, характеризующий большую медицинскую или социальную систему, не удается регистрировать с одинаковым интервалом дискретности входных и выходных величин, для построения математического описания целесообразно использовать экспертную информацию, которая формируется с использованием метода направленного опроса специалистов.

3. Для построения математической модели функционирования социальной системы как системы массового обслуживания целесообразно применение метода фаз и псевдосостояний, который позволяет описать макрои микродинамику прохождения входного потока через объект в виде совокупности вероятностей, изменяющихся в зависимости от длительности интервала функционирования в соответствии с системой дифференциальных уравнений.

4. Показано, что для большинства социальных систем возникает необходимость прогнозирования состояния по множеству показателей перехода к обобщенному показателю и применения адаптивного алгоритма настройки весовых коэффициентов на основе экспертных оценок сравнения тенденций обобщенного и частных показателей.

5. Для выбора оптимального управления в условиях динамических изменений показателей социальных систем наиболее приемлемым является адаптивно-имитационный подход, сочетающий эффективность адаптивных алгоритмов управления при случайных факторах и индивидуальность объекта и возможность проигрывания различных вариантов в ускоренном масштабе времени на имитационных моделях динамики.

6. в социальных системах большинство эргодических случайных процессов характеризуется экспоненциальной корреляционной функцией, появляется возможность отдельного прогнозирования динамики математического ожидания как временного ряда и стационарного центрированного процесса на основе канонического разложения.

7. Для реализации задач информационного мониторинга социальных систем региона обоснована необходимость геоинформационной составляющей, являющейся основой принятия решений на верхнем уровне административного управления с использованием формы визуализации статистической согласованности показателей социальных систем и их прогностических оценок.

8. Для принятия управленческих решений на верхнем уровне управления социальными системами необходимо учитывать микрои макродинамические прогнозы по результатам информационного мониторинга с целью формирования многоканального финансирования и его распределения по объектам социальных систем с учетом прогнозируемого риска неблагоприятных ситуаций, экспертных оценок и ограниченных ресурсов.

9. Разработаны структуры систем автоматизированного управления социальными системами региона с учетом их назначения и целей управления.

10. На основании результатов анализа динамики и прогнозирования развития образовательной системы и системы медицинского обслуживания населения разработана комплексная программа «Социальное развитие Коминтер-новского района г. Воронежа на перспективу до 2003 г.» (реестр целевых программ и мероприятий), реализация которой показала повышение эффективности функционирования социальной системы региона.