Системотехническое проектирование автоматизированных систем организационного управления инновационно-инвестиционными процессами в капитальном строительстве

Актуальность темы

диссертационной работы. В условиях жесткой конкурентной борьбы на рынке реализации строительной продукции все строительные организации (государственные и частные) должны максимально использовать предлагаемые достижения (инновации, ноу-хау) в области строительной индустрии. Это в первую очередь касается капитального строительства, в рамках которого осуществляется возведение и реконструкция объектов, производство стройматериалов, создание новых строительных технологий, разработка перспективных машин, механизмов и устройств, проектирование и внедрение новых информационных технологий, связанных с автоматизацией организационного управления и др.

Ясно, что как собственная разработка инноваций, так и их приобретение для формирования инновационного портфеля в каждой строительной организации, действующей на рынке строительной продукции, требует соответствующих капитальных вложений (инвестиций). Инвестиции требуются, естественно, не только на инновационную деятельность строительной организации, но и на практическую реализацию инноваций в решение задач капитального строительства, начиная с разработки инновационно-инвестиционных проектов и кончая получением их конечного результата в виде возведенных или реконструированных объектов. Поэтому любой инновационно-инвестиционный проект может быть реализован в определенный конечный промежуток времени и требует соответствующего организационного управления ходом инновационно-инвестиционных процессов (ИИП).

Эффективность организационного управления ИИП зависит от многих обстоятельств, например, от квалификации управленческого персонала, обеспечения его деятельности современными информационными технологиями, предполагающими наличие технического, информационного, программного и других видов (математического, лингвистического, организационного, правового, эргономического) обеспечения. Иными словами, эффективность организационного управления зависит от степени его автоматизации. В этой связи в капитальном строительстве, с точки зрения эффективного организационного управления, возникла проблемная ситуация, связанная с неразработанностью проблемы создания и внедрения в практику автоматизированных систем организационного управления (АСОУ) ходом реализации ИИП. Названная проблема является осознанием того, что до настоящего времени не разрешены трудности и противоречия, возникшие в данной проблемной ситуации, средствами наличных знаний и результатами научных исследований.

Основным общим противоречием, определяющим содержание проблемы, разрешаемой в данном диссертационном исследовании, является необходимость эффективного (оперативного, с адекватными управленческими решениями) автоматизированного организационного управления ходом реализации ИИП в капитальном строительстве и отсутствие’порядка и правил системотехнического проектирования АСОУ, которые бы удовлетворяли требованиям эффективного управления. В рамках общего противоречия существуют, как минимум, три частных противоречия:

1) между необходимостью иметь научно обоснованную технологию проектирования организационного управления реализацией ИИП и отсутствием технологии разработки и реализации инновационно-инвестиционных проектов в капитальном строительстве в условиях риска, технологии проектирования АСОУ и поддерживающих их функционирование экспертных систем (ЭС);

2) между необходимостью проектирования с учетом специфики организационного управления ходом реализации ИИП в капитальном строительстве, алгоритмического и информационного обеспечения АСОУ ИИП и отсутствием порядка и правил проектирования алгоритмического и информационного обеспечения решения учетно-аналитических и расчетных задач при автоматизированном управлении ИИП в капитальном строительстве;

3) между необходимостью проектирования пользовательских интерфейсов на основе интерактивной графики для обеспечения оперативного и безошибочного решения управленческих задач как иерархической человеко-машинной системой (ЧМС) организационного управления ИИП, так и локальными ЧМС, функционирующими на различных уровнях иерархической ЧМС, и отсутствием подхода к проектированию пользовательских интерфейсов для обеспечения решения трудноформализуемых, многоцелевых, многокритериальных задач организационного управления и задач тематического картографирования в капитальном строительстве.

Вопросами системотехники строительства, организационного управления деятельностью строительных организаций при проектировании и возведении строительных объектов и производстве других видов строительной продукции, автоматизации управления строительством на различных уровнях, применением интерактивной графики для решения различных строительных задач уделяли внимание многие отечественные ученные: Ваганян Г. А., Винарик JI.C., Горев В. Н., Григорьев В. П., Гусаков А. А., Заваров А. И., Звягинцева O. JL, Ильин Н. И., Казанский Ю. Н., Крупенченко В. Р., Лачков С. А., Лисичкин В. А., Пани-братов Ю.П., Спектор М. Д., Швецов IO.B. Проблемы разработки автоматизированных систем управления и экспертных систем решались в трудах Геммерлин-га Г. А., Гусакова А. А., Дуворина В. М., Игнатова В. П., Ильина Н. И., Костюхина О. С., Кутухина Е. Г., Мехтиева И. А., Нагинской B.C., Немчина A.M. Вопросы исследования, проектирования и экспертизы человеко-машинных информационно-управляющих систем решались Губинским А. И., Евграфовым В. Г., Коб-зевым В.В., Моргуновым Е. Б., Падерно П. И., Яшиным А. И. Однако в работах перечисленных ученых в прямой постановке не рассматривались пути устранения или снижения значимости названных выше противоречий.

В этой связи разрешение указанных противоречий в значительной степени может быть осуществлено за счет разработки порядка и правил системотехнического проектирования АСОУ ходом реализации ИИП в капитальном строительстве. Сказанным обосновывается актуальность темы данной диссертации, направленной на разработку научно обоснованной технологии проектирования организационного управления ходом реализации ИИП в капитальном строительстве в условиях риска, технологии проектирования АСОУ и поддерживающих их функционирование ЭС, проектированием, с учетом специфики оргуправления ИИП, алгоритмического, информационного и кадрового обеспечения, проектирования пользовательских интерфейсов АСОУ.

Целью диссертационной работы является повышение эффективности организационного управления ходом реализации ИИП в капитальном строительстве за счет: 1 разработки технологии проектирования АСОУ ИИП и поддерживающих их функционирование ЭС- 2) разработки технологии проектирования алгоритмического, информационного и кадрового обеспечения процесса функционирования АСОУ ИИП- 3) разработки технологии проектирования пользовательских интерфейсов для решения задач оргуправления ходом реализации ИИП.

Объектом исследования принят процесс проектирования организационного управления ходом реализации ИИП в капитальном строительстве.

Предметом исследования диссертационной работы является разработка технологии системотехнического проектирования АСОУ ходом реализации ИИП.

Задача исследования состоит в разработке технологических моделей проектирования автоматизированного организационного управления с использованием экспертных систем, строящихся на базе искусственного интеллекта, проектирования алгоритмического, информационного, кадрового обеспечения t и разработки пользовательских интерфейсов с учетом особенностей оргуправления ходом реализации ИИП в капитальном строительстве.

Исходя из предмета и задачи диссертационного исследования, в работе разрабатываются три положения:

1. Задача автоматизации организационного управления требует в первую очередь разработки общей технологической модели разработки и реализации инновационно-инвестиционных проектов в капитальном строительстве. Во-вторых, необходимо определение существа организационного управления в условиях риска. В-третьих, следует разработать основы технологии проектирования АСОУ и поддерживающих их функционирование экспертных систем. Названные три аспекта системотехнического проектирования в определенной степени разрешают первое частное противоречие.

2. При оргуправлении ходом реализации ИИП в капитальном строительстве должны решаться две группы задач:

1) учетно-аналитические, имеющие большие объемы входных и выходных данных, которые для удобства пользователей часто представляются в табличной форме;

2) расчетные, для решения, которых используются исходные данные, которые остаются постоянными при каждом решении задачи, при этом реализуется принцип «одноразового ввода данных» .

В связи со сказанным технологические модели проектирования алгоритмического обеспечения решения названных задач должны учитывать их специфику. Решение задач требует, естественно, соответствующего информационного обеспечения в виде специально создаваемого банка данных, состоящего из ряда информационных баз. Необходимо, с учетом специфики решаемых задач, проектировать инфологические, логические и физические модели данных, выбирать адекватные методы доступа к ним, приемы реструктуризации, реорганизации и хранения. Это положение разрешает второе частное противоречие.

3. Поскольку АСОУ ИИП по определению является информационно-управляющей иерархической ЧМС, то при ее проектировании необходимо руководствоваться нормами и требованиями эргономики и инженерной психологии. Особенно важным, во-первых, является проектирование пользовательских интерфейсов на основе интерактивной графики для решения управленческими работниками трудноформализуемых, многофакторных, многоцелевых задач и задач тематического картографирования. Во-вторых, в ходе системного проектирования необходимо решать задачу разработки кадрового обеспечения функционирования АСОУ как иерархической ЧМС. Это положение разрешает третье частное противоречие.

При разработке сформулированных положений в диссертационной работе использовались общепринятые научные методы и теории: методы общей технологии проектирования АСУ и ЭС, методы проектирования алгоритмического обеспечения функционирования АСУ, методы разработки банков и баз данных и инструкций по их эксплуатации, методы интерактивной графики, методы теории множеств, принятия решений в условиях риска, теории графов, методы искусственного интеллекта.

Новизна разрабатываемых в диссертации трех положений, выводов и рекомендаций определяется следующим:

1) направленностью именно на предметную область автоматизированного организационного управления инновационно-инвестиционными процессами в капитальном строительстве;

2), разработкой комплексного подхода к проектированию и реализации иннова-•щионно-инвестиционных проектов и оргуправлению ими в условиях риска;

3) разработкой технологии проектирования АСОУ совместно с экспертными системами для проектирования и применения АСОУ ходом реализации ИИП в капитальном строительстве;

4) разработкой с единых методических позиций порядка и правил проектирования алгоритмического обеспечения для решения двух классов задач орг-управления ходом реализации ИИП: учетно-аналитических и расчетных с учетом их специфики;

5) применением теоретико-множественного подхода к проектированию логической модели данных, разработкой алгоритмической процедуры проектирования реляционной базой данных на основе алгоритмов замыкания и построения минимального покрытия, комплексным проектированием операций реструктуризации, реорганизации, хранения и защиты данных, используемых для автоматизированного решения задач оргуправления ИИП;

6) комплексной разработкой пользовательских интерфейсов для решения задач оргуправления ИИП, имеющих трудноформализуемый, многофакторный и многоцелевой характер, а также задач тематической картографии;

7) созданием подхода к проектированию кадрового обеспечения функционирования АСОУ на основе анализа прошлой деятельности управленческих работников.

Достоверность полученных на основании выдвинутых положений научных результатов, выводов рекомендаций, выработанных в ходе диссертационного исследования обоснована, во-первых, опорой исследований на фундаментальные основы системотехники строительства, методы проектирования автоматизированных систем различных классов, в том числе информационно-управляющих иерархических ЧМС. Во-вторых, достоверность технологий проектирования алгоритмов решения учетно-аналитических и расчетных задач подтверждена применением разработки исходных данных, алгоритмов обработки данных и формирования выходных документов для задач «Анализ выполнения плана себестоимости строительно-монтажных работ в ходе реализации ИИП» и «Получение справки о выполнении плана подрядных работ в ходе реализации ИИП в строительной организации». В-третьих, достоверность предложенной технологии проектирования реляционных баз данных опирается на фундаментальные работы отечественных и зарубежных ученых в области разработки, в том числе и автоматизированной, информационных баз, в том числе и для строительной индустрии. В-четвертых, достоверность технологии проектирования пользовательских интерфейсов базируется на принципах интерактивной графики, нормах и требованиях эргономики и инженерной психологии. Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций, полученных в ходе диссертационного исследования, подтверждена внедрением в практику оргуправления реализацией ИИП в капитальном строительстве, в учебный процесс строительных вузов, апробациях на различного рода собраниях научной общественности и соответствующими публикациями.

Теоретическая значимость диссертационного исследования состоит в развитии методологии системотехнического проектирования автоматизированных систем управления строительством применительно к предметной области автоматизированного организационного управления ходом реализации ИИП в капитальном строительстве. Кроме того, теоретическую значимость имеют модель оргуправления ИИП в условиях риска, алгоритм процедуры логического проектирования баз данных и теоретико-множественный подход к построению их инфологических моделей.

Практическая ценность работы заключается, во-первых, представлении разработчикам АСОУ ходом реализации ИИП в капитальном строительстве технологии проектирования как самих ИИП, так и разработки автоматизированных систем оргуправления ходом реализации ИИП с использованием поддерживающих функций, выполняемых специально разработанными экспертными системами. Во-вторых, в возможности использования для решения практических задач разработки видов обеспечения функционирования АСОУ ИИП комплексного подхода к проектированию средств алгоритмического (математического) и информационного обеспечения в виде алгоритмов решения задач организационного управления и совокупности баз данных для решения этих задач. В-третьих, в создании технологии по проектированию пользовательских интерфейсов для обеспечения решения задач оргуправления ходом реализации ИИП и выработки рекомендаций по проектированию кадрового обеспечения АСОУ ИИП.

Результаты диссертации внедрены в ЗАО «Зарубежстроймонтаж» и апробированы на 2 межвузовских научно-практических конференциях. По материалам диссертационного исследования опубликовано 3 статьи, 4 тезисов докладов, 1 лекция и 2 учебно-методических пособия.

Структура и объем диссертационной работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем — 219с'., из которых: оглавление — 2 е., список сокращений — 2 е., основного текста -204 с. (таблиц — 17, рисунков-31), библиография — 11с. (112 наименований).

Выводы по главе 4.

1. Процессы управления ходом реализации ИИП в капитальном строительстве должны быть обеспеченны в интересах работников-управленцев соответствующими пользовательскими интерфейсами в виде различных планов-графиков. Приведен вариант классификации планов-графиков по двум классификационным признакам: форме представления и назначению. Сформулированы требования к форме представления ПГ, включающие две группы: инженерно-графические и вычислительно-технические (включают инженерно-психологические и эргономические). Определены достоинства и недостатки линейной, циклографической, сетевой, гибридной и вспомогательной форм. Даны характеристики назначения ПГ и соответствующие им формы. Сформулировано общее требование к ПГ — поддерживать управленческую деятельность в ходе управления реализацией ИИП в рамках АСОУ. Для оценки степени удовлетворения частным и общему требованию к форме и содержанию ПГ необходимо строить ПГ по модульному принципу с соответствующим программным обеспечением. Целесообразно использовать двух—и трехмерные ПГ.

2. Установлено, что в ходе управления реализацией ИИП в капитальном строительстве необходимо решать ряд трудноформализуемых задач в рамках АСОУ. К таким задачам, в первую очередь, следует отнести задачи размещения объектов капитального строительства в пространстве. Определена целесообразность подхода к решению таких задач с помощью интерактивно-графического метода. В этом случае задача формулируется как минимаксная и относится к классу задач однокомпонентного взвешенного минимакса с ограничениями в п — мерном пространстве при смешанной метрике. Целесообразно строить интерактивный алгоритм решения на основе геометрической интерпретации такой задачи. Разработанный алгоритм достаточно просто реализуется средствами интерактивной графики для двух — трехмерных пространств.

3. Практика показывает, что большинство задач, решаемых при управлении ходом реализации ИИП в капитальном строительстве, являются многокритериальными. Независимо от используемого метода, решение многокритериальной задачи в интерактивном режиме должно декомпозироваться на этапы, а результаты решения на каждом этапе должны быть преобразованы в графическую или алфавитно-цифровую форму и представляться управленцу. Для решения подобных задач предлагается графоаналитический интерактивный подход с использованием ориентированных графов и векторных оценок (индикаторов), позволяющих находить эффективные пути среди множества допустимых решений. Геометрическая интерпретация эффективного подграфа (пути) выражается траекторией, проходящей через точки, отображающие оптимальные индикаторы. Разработан алгоритм деятельности управленца в интерактивном режиме для нахождения эффективного пути на основе критериев «продолжительность работ — стоимость», «вид работы — время выполнения работы», «вид материала — время распределения материала», «потребляемые ресурсы — время потребления ресурсов». При этом должны использоваться двух — трехмерные ПГ.

4. При управлении ходом реализации ИИП в капитальном строительстве часто возникают многоцелевые задачи, которые необходимо решать в рамках АСОУ. Для этого может быть использован интерактивно-эвристический метод, при реализации которого широко используются интеллектуальные возможности управленческих работников. Метод опирается на графическое представление организационно-экономической модели хода реализации ИИП. В модели каждая работа по реализации ИИП должна быть представлена в виде треугольника со сторонами: продолжительность выполнения работ и объем трудовых ресурсов, необходимых для выполнения работ. Модель должна дополняться графиками изменения показателей хода реализации ИИП. Разработана схема процесса реализации интерактивно-эвристического метода решения многоцелевых задач. Предложенный метод применим на различных уровнях управления ходом ИИП в рамках АСОУ для последовательного достижения целей управления.

5. Для решения ряда задач управления ходом реализации ИИП в капитальном строительстве необходимо использование тематических электронных карт, с помощью которых необходимо принимать решения о размещении объектов в пространстве. Для этого может быть использован картографический метод. При этом на тематической карте должны отображаться два аспекта: пространственный и временной. Разработана схема создания тематических карт на экране дисплея или графопостроителе, включающая разработку географической основы тематической карты и нанесение тематического содержания (кодирование), связанного со стратегией управления ходом реализации конкретного ИИП. Определено содержание программы автоматизированной обработки исходной информации для перевода координат точек и линий из системы координат кодировщика (человека-специалиста) в систему координат чертежа. Для представления инфраструктурных объектов при управлении ходом реализации ИИП целесообразно объединять ППП тематического картографирования и 111 111 цифровых макетов местности. Сформирована задача паспортизации резервных земельных участков и на этой основе создания автоматизированных банков данных о резервных строительных площадках.

6. Поскольку со всеми видами предлагаемых пользовательских интерфейсов в рамках АСОУ ходом реализации ИИП будут работать управленцы различных иерархических уровней, то возникает задача проектирования кадрового обеспечения функционирования АСОУ. Для проектирования кадрового обеспечения на каждого управленческого работника АСОУ должна разрабатываться идентификационная индивидуальная характеристика (ИИХ). Она должна включать 10 разделов и по каждому из них наиболее важные параметры ИИХ. Определена взаимосвязь параметров ИИХ управленцев и классов управленческой деятельности. Необходимо изучать динамику карьер всех управленческих работников АСОУ. На этой основе должны быть разработаны эталонные карьерограммы и карьерограммы, разработанные для каждого управленца на основе кадровых документов. Эти виды карьерограмм должны сопоставляться, на основании чего может быть сделан вывод о дальнейшей карьере управленца. Разработаны: схема организационно-кадрового проектирования, схема организационного проектирования, схема проектирования информационного обеспечения (информационных потоков и документооборота) и схема проектирования функциональной структуры АСОУ ходов реализации ИИП. В Приложении 4.2 предложена методика, разработанная на основе функционально-структурной теории описания и оценки процессов функционирования ЧМС, которая позволяет количественно оценивать по показателям безошибочности и быстродействия процесса функционирования АСОУ ИИП, т. е. оценивать конкурирующие варианты проектных решений, на основе которых разрабатывается проект названной системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Цель исследования состояла в повышении эффективности организационного управления ходом реализации ИИП в капитальном строительстве за счет научно-обоснованной технологии проектирования АСОУ ИИП. Эта цель достигается путем получения в ходе диссертационного исследования трех новых достоверных научных результатов:

1. Технология системотехнического проектирования АСОУ ходом реализации ИИП в капитальном строительстве.

2. Комплекс инженерных методик проектирования алгоритмического, информационного и кадрового обеспечения функционирования АСОУ ИИП.

3. Способы построения пользовательских интерфейсов на основе интерактивной графики для отображения информации, необходимой ЛПР при управлении ходом реализации ИИП в рамках АСОУ.

Полученные результаты составляют основу системотехнического проектирования АСОУ ходом реализации ИИП в капитальном строительстве. Однако полученные результаты не полностью разрешают все противоречия, лежащие в данной предметной области, лишь частично решают теоретические и прикладные вопросы технологии системотехнической проектирования АСОУ, как иерархических ЧМС. В дальнейшем необходимо решить вопросы разработки программного, лингвистического, организационного, правового и эргономического (инженерно-психологического) обеспечения функционирования АСОУ. Кроме того, одним из основных направлений дальнейших исследований должно быть создание САПР для проектирования АСОУ ходом реализации ИИП в капитальном строительстве. Еще одной задачей дальнейших исследований является сбор знаний экспертов как по проектированию АСОУ ИИП, так и по ее эксплуатации, что позволит разрабатывать, наряду с базами данных, и базы знаний, являющиеся основой экспертных систем, которые следует использовать и при проектировании, и при эксплуатации АСОУ ИИП.

В тексте диссертационной работы изложена суть научных результатов, полученных на основе исследований, проведенных в течение 1999;2002 г. г. Соискатель выражает благодарность научному руководителю доктору технических наук Рацу А. Я. и коллективу ЗАО ИЛИП за помощь и конструктивную критику результатов исследований по теме диссертационной работы.