Информационно-методологическое и инструментальное обеспечение мониторинга для управления региональной научно-технической системой

Размещено на http://www.allbest.ru/

32

ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЕ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОНИТОРИНГА ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ

Специальность 05.13.10- Управление в социальных и экономических системах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ПОВАЛЯЕВ Анатолий Дмитриевич

Курск 2008

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете.

Научный консультант - доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Подвальный Леонид Семенович

Официальные оппоненты: - член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор Кондратьев Вячеслав Васильевич

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Сизов Александр Семенович

- доктор технических наук, профессор Погодаев Анатолий Кирьянович Ведущая организация - Саратовский государственный технический университет

Защита состоится « 24 » декабря 2008 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.105.02 при Курском государственном техническом университете по адресу: г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94 (конференц-зал).

Заверенные отзывы на автореферат просьба направлять в двух экземплярах по адресу: 305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.105.02.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « 20 » ноября 2008 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Титенко Е. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Социально-экономический прогресс индустриально развитых государств в условиях глобальной информатизации основывается на постоянной оценке и интенсивном использовании накопленного передового научно-технического потенциала. На сегодняшний день развитие научно-технического потенциала и эффективное применение его результатов имеет первостепенное значение для регионов РФ, выступающих в современном политическом и правовом поле в роли основного системообразующего компонента государства. Системам социально-экономического управления разных уровней региона, и входящим в него образовательным, научным и/или производственным организациям, являющимся как создателями, так и пользователями научно-технических достижений и инноваций, требуется единая информационная среда. Управление научно-техническим потенциалом в регионах не может осуществляться без своевременной, полной и достоверной информации. Информационная поддержка мероприятий, выполняемых в целях достижения преимущественного социально-экономического состояния региона, осуществляется на основе систем мониторинга. Системы мониторинга, включающие в себя помещения, оборудование, вычислительную технику, финансовые, информационные, программные и телекоммуникационные ресурсы, а также кадровый состав, относятся к каноническому типу социально-экономических организаций, интегрированных в макросистему управления регионом и являющихся ее неотъемлемой частью. Основные функции систем мониторинга редуцируются к следующему списку: сбор, обработка, анализ, хранение и передача информации; подготовка моделей научно-технических объектов и отношений между ними; ведение информационных баз данных для обеспечения поддержки принятия и реализации управленческих решений; формирование единого информационного пространства системы мониторинга при совместимости информационных, программных и аппаратных средств вычислительной техники и телекоммуникаций.

В нашей стране на современном этапе создания региональных систем мониторинга научно-технического потенциала сложилась проблемная ситуация, сущность которой заключается в том, что исследования и разработки в разных регионах ведутся конфиденциально и разрозненно при явном отсутствии единой информационно-методологической платформы. Вместе с тем не нашли своего приемлемого для практики решения проблемы формализации и постановки задач структурной, функциональной и ресурсной оптимизации, разработки методов их решения, планирования и организационно-технического управления системами регионального мониторинга, создания распределенной базы данных и ее информационно-телекоммуникационной среды.

Приведенная проблемная ситуация приводит к постановке основной решаемой проблемы диссертационного исследования, которая заключается в создании объединенных единой концептуальной схемой математических моделей, информационно-методологического и инструментального обеспечения для анализа и синтеза структурно-функциональной организации региональных систем мониторинга в целях информационной подготовки принятия адекватных управленческих решений в распределенных социально-экономических и научно-технических системах регионов.

Актуальность и перспективность темы диссертационной работы обусловлена необходимостью разрешения возникших противоречий в области систем мониторинга научно-технического потенциала, возможностями создания новых эффективных и реорганизации уже существующих региональных систем мониторинга на основе современных информационных технологий, средств вычислительной техники и телекоммуникационных систем.

Работа выполнена в рамках одного из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета "Проблемно-ориентированные системы управления", серии НИР, выполненных по направлению «Инфраструктура научно-инновационной деятельности» по заказу Минобрнауки РФ: «Интеграция вузовской науки на межобластном уровне как основа развития научно-технического потенциала областей, входящих в Ассоциацию экономического взаимодействия «Черноземье» (Ассоциация «Черноземье») (№ ГР 01.200.117853), «Разработка системы мониторинга научно-технического потенциала региона» (№ ГР 01.20.0012575), «Анализ состояния научно-технической сферы областей «Черноземье» и разработка мер активизации научно-инновационной активности» (№ ГР 01.200.117676), «Научно-методические основы построения системы инновационного мониторинга научно-технического потенциала» (№ ГР 0120.0407233), «Концептуальные основы создания комплексной системы маркетингового обеспечения коммерциализации новых технологий» (№ ГР 0120.0505529) и ряда работ, выполненных по заказу Администрации Воронежской области, и Ассоциации экономического взаимодействия «Черноземье», в которых автор являлся научным руководителем (ответственным исполнителем).

В работе в качестве объекта исследования выступает региональная распределенная система мониторинга научно-технического потенциала, а предметом исследования являются существенные связи и закономерности функционирования объекта исследования для создания теоретических положений и инструментальных средств анализа и синтеза его эффективной структурно-функциональной организации.

Объектом мониторинга и его пользователями являются органы управления региона, научно-образовательные, научно-исследовательские и научно-технические организации, а также ведущие ученые региона.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является создание информационно-методологического и инструментального обеспечения процессов анализа и синтеза функциональных подсистем и системно-структурной организации эффективных распределенных систем мониторинга научно-технического потенциала, обеспечивающих принятие решений в социально-экономической и организационной подсистемах регионов.

Информационно-методологическое обеспечение по организации регионального мониторинга научно-технической сферы представляется в виде взаимоувязанного объединения моделей, методов решения оптимизационных задач, ее постановки с учетом специфических ограничений, и алгоритмизации процессов в них.

Инструментальное обеспечение включает в себя модели, базы данных, алгоритмические, программные и технические средства регионального мониторинга.

Для достижения поставленной цели требуют своего решения следующие основные задачи:

1. Провести анализ состояния проблемы систем мониторинга распределенных организационно-технических типовых систем регионального масштаба.

2. Определить организационно-технические и экономические пути повышения эффективности функционирования системы мониторинга научно-технических систем.

3. Разработать обобщенную модель региональной научно-технической системы, учитывающую ограничения на общий объем наблюдений при принятии решений.

4. Осуществить оптимизацию региональной системы мониторинга для обеспечения средне- и долгосрочного планирования наблюдений за состоянием распределенных научно-технических объектов при ограничениях на ресурсы.

5. Осуществить постановку и алгоритмизацию решения задач оптимизации мониторинга, обеспечивающих актуализацию данных при принятии решений.

6. Разработать концептуальную модель структурно-функциональной организации и обосновать внешнесистемные характеристики системы мониторинга для подготовки принятия решений по управлению научно-технической сферой типового региона.

7. Разработать реализационные основы единой распределенной базы данных и ее телекоммуникационных компонент и организационно-технические инструменты реализации системы мониторинга.

Методы исследования. В работе использованы методы теорий: управления; принятия решений; статистической обработки данных; математического и имитационного моделирования; оптимизации и массового обслуживания; алгоритмов; графов, а также достижения теоретического и прикладного программирования.

Научная новизна. К результатам работы, отличающимся научной новизной, относятся: управление научный технический мониторинг

Информационно-методологическое обеспечение в виде объединенных единой концептуальной схемой моделей и эвристических методов, отличающихся учетом специфических ограничений на объем наблюдений и обеспечивающих кратко- и среднесрочное планирование в процессе сбора, обработки и подготовки информации, необходимой для принятия решений в распределенных объектах мониторинга. С этой целью впервые:

· создана модель клиентской базы с учетом различных категорий клиентов, осуществлена постановка задачи оптимизации функционирования системы мониторинга, разработаны аналитико-эвристический метод ее решения и его алгоритмическая реализация;

· осуществлена формализация и постановка задачи оптимизации своевременности мониторинга и разработаны эвристический метод и алгоритм решения, что предотвращает искажения исходных данных при принятии решений;

· выполнена поставка задачи ресурсной оптимизации объектов мониторинга или его пользователей, разработан эвристический метод и алгоритм ее решения, отличающиеся учетом ограничений на совокупные ресурсы.

Разработан не имеющий аналогов механизм использования функции распределения нагрузки; приведены результаты эксперимента и их интерпретация при исследовании влияния распределяющей функции входящего потока заявок на производительность системы мониторинга. При этом производительность систем мониторинга в зависимости от конкретных условий может достигать двукратного преимущества по отношению к аналогам.

Выполнена постановка и алгоритмизация решения задач оптимизации мониторинга с использованием метода штрафных функций, обеспечивающих получение своевременных, достоверных и полных данных для принятия решений. В результате своевременность мониторинга, являясь управляемым параметром, приводится к допустимому интервалу времени с нулевым отклонением от его нижней границы. С другой стороны, своевременность мониторинга не приводит к существенным потерям пользователей при отклонениях от верхней границы.

Создана математическая модель информационно-телекоммуникационной среды как многоканальной системы массового обслуживания, впервые содержащей механизм равномерного распределения нагрузки между параллельно работающими каналами с неоднородными интенсивностями обслуживания путем введения распределяющей функции специального вида, обеспечивающей измерение характеристик системы массового обслуживания и оптимизацию работы сети и позволяющей осуществлять имитационное моделирование для получения параметров и функциональных зависимостей, необходимых для принятия адекватных решений.

Разработана концептуальная модель системы информационной поддержки принятия решений, отличительной особенностью которой является использование: интеграции информационного пространства в рамках типового научно-технического объекта мониторинга, а также использование не имеющего аналогов механизма распределения входящего потока данных между серверами системы мониторинга, обеспечивающего равномерность нагрузки между каналами; многоканальности и неоднородности интенсивности обслуживания, что в совокупности позволяет создать единое информационное пространство региона на основе единой распределенной базы данных для принятия адекватных решений.

Сформирован и обоснован пакет объектов информационного покрытия, представляющих интерес с точки зрения создания и реализации информационно-телекоммуникационных компонент единой распределенной базы данных научно-технических, образовательных и инновационных проектов, ведущих ученых региона и потенциальных субъектов-пользователей, а также комплекс специфических мероприятий, реализация которых обеспечивает решение задач оперативного мониторинга.

Реализована имеющая новые существенные связи и закономерности функционирования организация системы мониторинга научно-технической сферой региона, особенностью которой являются: наличие структурно-функциональных компонентов многоканальной системы связи и массового обслуживания разнородных заявок; устройства распределения данных между серверами информационной системы, обеспечивающие качество внешнесистемных характеристик системы и повышение эффективности получения и обработки информации для принятия решений пользователями и органами управления социально-экономической системы региона. Основное преимущество предлагаемой структурно-функциональной организации заключается в том, что система не требует изменения базовых структур и функций ее участников и создается на основе существующих центров новых информационных технологий при решении задач оптимизации трафика действующими в регионе провайдерами.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанный комплекс оптимизационных моделей и инструментальных средств позволяет:

обеспечить эффективное управление региональной научно-технической сферой на основе организации рационального мониторинга и информационных технологий;

осуществлять объективный анализ эффективности функционирования распределенных научно-технических объектов.

Результаты вычислительного эксперимента по исследованию влияния распределительной функции входящего потока заявок на производительность информационно-телекоммуникационной системы открывают реальные возможности увеличения производительности системы мониторинга при рациональном подборе значения регулирующего параметра.

Разработана концептуальная структура телекоммуникационной подсистемы системы мониторинга, типовые процедуры обработки данных и взаимодействия их с базой данных; организационные, информационные и телекоммуникационные принципы интеграции разрозненных объектов в единую систему на уровне региона, как типовые проектные решения телекоммуникационной интеграции распределенной корпоративной системы на уровне высшего учебного заведения, города, области и региона, которые являются развитием действующей инфраструктуры локальных научно-образовательных сетей вузов Центрально-Черноземного региона. Типовые решения при дальнейшем развитии могут быть адаптированы под конкретные научные, образовательные и промышленные организации городов региона.

Проектная реализация информационных компонент концепции позволила осуществить полномасштабный мониторинг научно-исследовательской, образовательной и инновационной деятельности ученых региона, проведенный при выполнении НИР по заказу Администрации Воронежской области и Ассоциации «Черноземье».

Положения, выносимые на защиту:

1. Информационно-методологическое обеспечение в виде моделей, методов решения оптимизационных задач, их постановки и алгоритмизации для принятия решений по организации регионального мониторинга научно-технической сферы и реализации кратко- и среднесрочного планирования в процессе получения информации с учетом специфических ограничений на общий объем наблюдений и размерность объектов мониторинга.

2. Математическая модель информационно-телекоммуникационной среды как многоканальной системы массового обслуживания, обеспечивающая измерение ее характеристик и оптимизацию функционирования и учитывающая параллельность каналов, неоднородность интенсивностей обслуживания и механизм равномерного распределения нагрузки между каналами системы путем введения распределительной функции специального вида. Обобщенный алгоритм модели оптимизации регионального мониторинга.

3. Концептуальная модель системы информационной поддержки принятия решений, обеспечивающая интеграцию информационного пространства и повышение эффективности получения и обработки информации для управления научно-технической сферой региона.

4. Инструментальное обеспечение системы мониторинга в виде алгоритмических средств решения задач оптимизации и структурно-функциональная организация системы мониторинга регионального уровня, содержащая новые существенные связи и функциональные подсистемы, реализованные на основе существующих аппаратных платформ вычислительной техники и телекоммуникаций, с единой распределенной базой данных, выступающей в роли интегратора информационного пространства для множества пользователей.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты диссертации реализованы в Воронежском государственном техническом университете, Ассоциации «Черноземье», Региональном научно-координационном центре "Ренакорд" (Воронежское представительство Федерального фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере) и других организациях и органах управления в форме методов, методик и технологий регионального научно-технического мониторинга и инструментов его рационализации.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции «Теория и практика конструирования и обеспечения надежности и качества электронной аппаратуры и приборов» (Москва, 1984); конференции «Реализация региональных научно-технических программ Центрально-Черноземного района» (Воронеж, 1997); Международной научно-практической конференции «Управление инновационно-инвестиционными процессами на основе вовлечения в хозяйственный оборот интеллектуальной собственности и качеством подготовки специалистов в регионах России» (Орел, 2002); Международной научно-практической конференции «Социально-экономическое развитие регионов: реальность и перспективы» (Воронеж, 2003); VIII - IX Международной открытой научной конференции «Современные проблемы информатизации» (Воронеж, 2003, 2004); IV Международной научно-практической конференции «Финансовые проблемы РФ и пути их решения: теория и практика» (Санкт-Петербург, 2003); Международной конференции «Современные сложные системы управления» (Воронеж, 2003); Всероссийской научно-практической конференции «Наука и инновационные технологии для регионального развития» (Пенза, 2003); Международной научно-практической конференции «Единое информационное пространство 2004» (Днепропетровск, Украина, 2004); Международной конференции «Наука на рубеже тысячелетий» (Тамбов, 2004); Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса» (Тамбов, 2005); VIII Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики» (Москва, 2005), Международной конференции и Российской научной школы «Системные проблемы надежности, качества, информационных и электронных технологий Инноватика 2004 - 2007» (Москва-Сочи, 2004 - 2007).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 44 научных работах, приведенных в конце автореферата, в том числе одной монографии, 13 - в изданиях, рекомендованных ВАК России, и в 5 отчетах о НИР, прошедших государственную регистрацию во ВНТИЦ.

В работах, опубликованных в соавторстве, личный вклад автора состоит в следующем: [1, 2, 17, 21, 23, 25, 27, 41, 44] - методология и эвристические методы планирования мониторинговых исследований научно-технического потенциала и оптимальное управление распределенными организационно-экономическими системами; [3, 26, 29, 30] - технология и механизмы управления качеством в распределенной организационно-экономической системе; [4, 11, 13, 19, 33] - постановка и алгоритмизация решения задачи оптимизации своевременности мониторинга, предотвращающая искажение исходных данных в подсистеме принятия решений; [6, 7, 12, 37, 38] - алгоритмы ресурсной оптимизации регионального мониторинга, учитывающие ограничения на совокупные ресурсы; [5, 10, 16, 24, 42] - концепция информационно-телекоммуникационной интеграции информационного пространства в рамках единой корпоративной системы; [8, 9, 40, 43] - механизм распределения входящего потока данных между серверами информационной системы; [15, 22, 34, 35, 36] - модель информационно-телекоммуникационной системы и ее компонент в статике и динамике функционирования; структура информационного обеспечения системы управления сведениями о научно-педагогических коллективах, образовательных и научно-исследовательских учреждениях, ведущих ученых региона, уникальном технологическом и аналитическом оборудовании, законченных научно-исследовательских проектах, основных научных направлениях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 214 наименований. Основная часть работы изложена на 244 страницах, содержит 19 таблиц и 76 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, формулируется цель и задачи исследования, представляются основные научные и практические результаты, дается краткое содержание разделов работы.

В первом разделе рассмотрены различные схемы классификации систем мониторинга. Среди всех направлений внедрения и использования парадигмы информационных технологий системы мониторинга занимают особое место. С одной стороны, очевидно, что постоянное наблюдение за состоянием объекта (сбор, обработка и хранение оперативной информации, своевременное выявление нежелательных состояний и т.д.) обеспечивает адекватное принятие решений человеком, особенно тогда, когда информационная система может предлагать ЛПР альтернативные варианты оперативной деятельности. Сегодня в отдельный класс выделены и интенсивно развиваются системы экологического мониторинга, медицинского мониторинга с использованием ГИС-технологий, различные кадастровые системы (лесной, земельный, речной и т.д.) и другие.

С другой стороны, является проблематичным само построение систем мониторинга с применением в таких областях, в которых используются преимущественно интеллектуальная деятельность человека с ее особенностями и спецификой, порождающая сложность оценок и прогнозов. Например, анализ и развитие научно-технического и инновационного потенциала на уровне региона, крупной отрасли или страны в целом. Здесь в своем противоречивом единстве вступают в силу такие взаимодействующие факторы, как психология, экономика, политика, техника, производство и юриспруденция. Вместе с учетом взаимодействующих факторов необходимо иметь в виду и прикладную специфику применения систем мониторинга: отрасль знаний, тип пользователя, защита информации (особенно после ее обработки и структуризации), прогнозные рекомендации, жизненный цикл системы мониторинга, его оптимизация и другие особенности приложений.

В современных условиях применения систем мониторинга первостепенное значение приобретает проблема повышения их производительности. Если для локальных систем производительность преимущественно определяется параметрами используемых средств вычислительной техники, то сбор, обработка, визуализация результатов и обмен информацией в рамках распределенной корпоративной информационной системы может существенно замедляться из-за нерационального выбора и локализации серверов, трафика, пропускной способности каналов и т.д.

К основным направлениям мониторинга научно-технической деятельности региона, требующих совершенствования информационно-методологических принципов и инструментов реализации, относятся:

анализ и прогнозирование тенденций развития науки, ее научно-технологического и инновационного потенциала;

подготовка рекомендаций по формированию научно-технической политики и механизмов ее осуществления;

разработка методологии статистики науки и инноваций, отвечающей условиям рыночной экономики и международным требованиям;

создание и развитие информационных и телекоммуникационных систем для использования научно-технических достижений в прикладной сфере.

К проблемам создания полномасштабной системы мониторинга научно-технической деятельности относится подготовка материалов, содержащих детальный анализ состояния научно-технического потенциала и инновационной деятельности в регионе, включая различные виды деятельности, представленные на рис.1.

Одной из ключевых проблем является разработка, проведение и финансирование регулярных мониторинговых исследований в области науки, техники и высшего образования.

Вместе с тем в данной главе осуществлен системный анализ конкурентоспособности региональных научно-технических предприятий. Дана характеристика региональных производственных систем и исследованы особенности управления ими, проанализированы средства сбора информации о типологии конкурентных отношений как важной составляющей рыночной экономики; исследованы механизмы регионального технико-экономического мониторинга как инструмента актуализации данных в системах принятия решений в современных условиях. Установлено, что значимым препятствием для разработки, исследований в области мониторинга в большей части субъектов РФ являются организационные и ресурсные ограничения, что является следствием недооценки важности проблемы властными структурами.

Рис. 1 Структура научно-технического потенциала и инновационной деятельности в регионе

Организация мониторинга определяется комплексом технических и организационных механизмов его реализации с целью обеспечения высокой результативности тех или иных методов и инструментов социально-экономического управления регионом, непосредственно зависящей от своевременности, полноты и достоверности информации.

Научно-техническая сфера характеризуется ярко выраженной спецификой, заключающейся в обязательном смешанном финансировании, наличии многостадийных и многоуровневых научно-исследовательских, опытно-конструкторских и инновационных проектов, широких внутри- и межотраслевых связей с множеством предприятий-смежников. С расширением масштабов деятельности, а, следовательно, и увеличением покрываемой территории, поскольку для научно-технических систем в условиях рынка часто возникает необходимость в создании и развитии собственной сети точек присутствия. В свою очередь, механизм функционирования сети основывается на сбалансированном сочетании различных видов решаемых проблем и всего разнообразия инструментальных средств их решения.

Мониторинг научно-технической сферы нацелен на задачи принятия решений и выступает как инструмент согласования интересов в процессе реализации стратегии регионального развития, является условием и базой, на основе которой возможна консолидация регионального научного сообщества.

Во втором разделе приводятся модели и алгоритмы организации регионального мониторинга с использованием информационных технологий; рассмотрены проблемы повышения эффективности систем мониторинга как организационно-экономических объектов.

Совершенствование средств вычислительной техники и телекоммуникаций и их проникновение практически во все сферы жизнедеятельности приводят к глобализации процессов предоставления научно-технических услуг и порождают необходимость широкого развертывания мониторинговых исследований с целью получения точных (прогнозных) данных о клиентской базе и конкурирующих организациях и предприятиях.

В диссертационной работе впервые представлена аналитико-эвристическая методология управления мониторинговыми исследованиями и структурой средств его реализации, сущностная особенность которой заключается в разработке совокупности моделей, методов, алгоритмов, программных продуктов, объединенных единой концептуальной схемой создания региональных систем мониторинга.

Рассматривается модель и метод оптимизации клиентской базы системы мониторинга. Пусть за длительный период T в соответствии с нормативными показателями необходимо каждого из K клиентов наблюдать N раз. Таким образом, имеется общая выборка по числу клиентов объемом K, предварительно профакторизованная по типам на L групп (возможно, упорядоченных по "нестабильности" клиентов). В каждой такой группе имеется K_l клиентов. Пусть в начальный момент времени интенсивность наблюдений для всех одинакова и равна =_l (l=1..L). Тогда общее количество наблюдений за фиксированный период времени составит K, а

Зафиксируем K - нормативную величину, определяемую организационно-экономическими ограничениями системы управления региональной научно-технической организацией. Кроме того, будем считать, что для каждой группы существует максимальная интенсивность наблюдений, превышение которой для каждой конкретной системы нецелесообразно, что определяет область ограничений.



Рис. 2. Зависимость от K_s и _s

Пусть выборка с номером s в результате организационно-методических мероприятий увеличилась на одного представителя (оставшиеся группы количественно неизменны). Это означает:

а) увеличение веса выборки до (K^*_s=K_s+1; K^*_l=K_l, ls);

б) необходимость увеличения интенсивности наблюдений у данной группы тогда, когда та не достигла максимального порогового значения , и пропорционального уменьшения интенсивностей для остальных групп.

Показано, что в предположении, , новые интенсивности вычисляются следующим образом:

(2)

(3)

Аналогично получены механизмы изменения интенсивностей в случае, когда клиент перемещается из одной группы наблюдения в другую: ts.

На рисунке 2 приведены результаты исследования изменения интенсивностей в предположении, что K=100 (общий объем выборки), K_t=10, _t=5, а переменные K_s и _s варьируются в интервалах [5..15] и [4.5..5.5] соответственно.

Таким образом, разработанный аналитико-эвристический метод позволяет оптимизировать функционирование системы мониторинга на основе модели клиентской базы с учетом категории клиентов, которые потенциально готовы «перейти» на обслуживание в другие организации.

Значительный объем данных, большое количество точек сбора информации, необходимость систематических выездов специалистов с целью уточнения статистической информации и сбора специфических, не включаемых в стандартные статистические формы, показателей, характеризующих эффективность деятельности научно-технической организации - порождают необходимость оптимизации системы мониторинга в условиях ограниченного финансирования.

В разработанную методологию включены также модель и метод оптимизации и планирования своевременности информационного обеспечения. Своевременность, как одно из основных условий мониторинга, обязывает минимизировать отклонения дат наблюдений от плановых. Такие отклонения могут возникать из-за ряда причин, но несвоевременное наблюдение существенно искажает объективно существующую информационную картину мониторируемой системы, полученную по результатам наблюдений.

Для каждой категории наблюдения i (i=1, …, I) определяется "штрафная" функция H_i(d), определяющая меру точности картины в зависимости от отклонения (в днях) от даты планового наблюдения. H_i(d) определена для d, и асимметрична относительно оси значений. Ограниченность интервала слева обусловлена предыдущим наблюдением.

Далее определяется некоторый интервал времени T, в течение которого осуществляется мониторинг группы позиций на определенном массиве клиентов . Пусть в соответствии с нормативными документами и стандартами регионального научно-технического предприятия категория обслуживания i должна быть повторена в процессе мониторинга K_i раз. При этом d_i,k (k=1, …, K_i) - отклонение при k-м повторе i-й категории обслуживания от планового срока.

Отклонения d_i,k можно разместить в матрице D размерностью I строк и K^* столбцов, где (рис. 3).

С учетом введенных ограничений далее формализуется задача выбора стратегии мониторинга с целью минимизации средней величины штрафа:

(4)

Рис. 3 Вид матрицы отклонений от планового срока

Осуществлено формальное описание d_i,k для рассматриваемого массива клиентов мощностью M. Условимся считать, что , профакторизованное по категориям наблюдения, содержит только непересекающиеся подмножества _j (j=1..I), с мощностями M_j соответственно, причем . Тогда произведение M_iK_i дает общее количество наблюдений, осуществленных в процессе мониторинга категории i (i=1…I), а общий объем наблюдений составит .

Исходя из допущения, что пропускная способность элемента в сутки (R источников) достаточна для планового наблюдения всего массива данных, будем иметь

. (5)

В выражении (4) отличные от нуля d_i,k появляются только в результате неравномерности потока обработки сведений, поэтому создается реальная возможность так планировать входящий поток, чтобы минимизировать целевой функционал. Поиск предпочтительного плана распределения входящего потока осуществляется путем алгоритмизации разработанных процедур оптимизации (рис. 4).

В работе исследованы возможности осуществления ресурсной оптимизации регионального мониторинга. Разработанные алгоритмы решения оптимизационных задач впервые предлагаются использовать при средне- и долгосрочном планировании мониторинга в условиях ограничений на совокупные ресурсы. Используемое планирование регионального мониторинга является новым инструментом совершенствования по отношению к существующим аналогам за счет построения матрицы отклонений направленным поиском с динамической коррекцией значений штрафных функций.

Финансовая политика в управлении распределенными организационно-экономическими системами, к числу которых относятся региональные научно-технические предприятия, как правило, ограничивает наличные средства, необходимые для проведения всего комплекса теоретических и организационных мероприятий эффективного мониторинга, обеспечивающего адекватные решения при планировании и управлении регионом в целом. Актуальной является проблема такого распределения (перераспределения) средств и ресурсов, при котором воздействие оказывалось бы на те факторы, изменение которых могло бы в наибольшей степени повлиять на повышение эффективности работы организационно-экономических систем путем совершенствования системы мониторинга.

Фактически возникает проблема обеспечения эффективности управляющих воздействий на значимые факторы с использованием строго ограниченных ресурсов. Воздействовать на эффективность системы мониторинга и, соответственно, и работу организационно-экономической системы, как правило, возможно только опосредованно, в определенной последовательности: мероприятие фактор влияния эффективность работы.



Рис. 4 Алгоритм поиска предпочтительного плана распределения входящего потока наблюдений (начало)



Рис. 4 Алгоритм поиска предпочтительного плана распределения входящего потока наблюдений (окончание)

Далее проводится постановка задачи оптимизации использования ресурсов в предположении наличия одной территории для реализации комплекса мероприятий (КМП) по направленной реструктуризации или изменению функционирования мониторинга при заданном ресурсе с точностью до . Пусть экспертным путем выделено N значащих факторов, влияние на которые возможно, и всего имеется M различных видов КМП (предполагается, что они независимы друг от друга).

Пусть управляется U групп территорий, на которых осуществляется мониторинг. При этом считаем, что в каждой из групп p_u территорий (u=1..U). При заданных соглашениях и условиях оптимизационная задача имеет вид:

, (6)

при ограничении на используемые ресурсы, где - интегральный показатель, характеризующий ситуацию;

(n=1..N; p=1..P; u=1..U) - коэффициент влияния фактора n на эффективность системы мониторинга по территории p группы u (может быть получен экспертным путем или в результате статистического анализа);

- матрица коэффициентов эффективности влияния КМП m на фактор n по территории p группы u;

- выражение для стоимости всего комплекса КМП;

- ресурсная стоимость проведения КМП m по территории p группы u;

1 - при проведении КМП с индексом m на территории p группы u, 0 - при нецелесообразности проведения КМП с индексом m на территории p группы u.

- коэффициент приоритетности территории p группы u по сравнению с остальными территориями данной группы (01), причем (условие нормирования)

(7)

Имеется ряд объективных ограничительных факторов, препятствующих непосредственному решению оптимизационной задачи (6). В первую очередь, необходимо отметить, что размерность задачи исключает возможности применения современной вычислительной техники по производительности и затратам памяти. Вместе с тем неизбежное в описанной ситуации сокращение базы исследования даже при экспертно верной оценке ценности сокращаемых параметров приводит к значительному снижению точности оптимизации и получению решения, существенно отличающегося от оптимального. Установлено, что сокращению размерности задачи служат следующие манипуляции, не приводящие к значимым отклонениям от оптимальных решений:

· для регионов, территории которых с точки зрения параметрического описания близки к однородным, предпочтительным является выработка квазиоптимального решения при локализации региона с учетом потерь при уступке;

· для сильно разнообразных по параметрам территорий принятие решений целесообразно осуществлять при локализации каждой территории, но с предварительным экспертным распределением ресурсов внутри региона.

Разработан эвристический метод и алгоритм для квазиоптимального (с учетом цены уступок от сокращения размерности задачи оптимизации распределения ресурсов), управления факторами, повышающими эффективность функционирования научно-технической системы на территориальном или региональном уровнях по результатам мониторинга (рис. 5).

Последовательные итерации приводят к резкому увеличению или к медленному уменьшению С, что обеспечивает предельно эффективное использование C^*.



Рис. 5 Эвристический алгоритм решения задачи ресурсной оптимизации

Таким образом, созданы модели и эвристические методы планирования мониторинга в региональных организационно-экономических системах при фиксированном объеме наблюдений для различных типов и мощности клиентской базы. Осуществлена постановка задачи оптимизации своевременности мониторинга, метод и алгоритм ее решения, что позволяет предотвратить недостоверность исходных данных в подсистеме принятия решений из-за несвоевременности обследования клиентов. Поставлена задача ресурсной оптимизации, созданы метод и алгоритмы ресурсной оптимизации регионального мониторинга с учетом ограничений на совокупные ресурсы для мониторинга распределенной научно-технической организации.

Третий раздел посвящен описанию объекта мониторинга, в роли которого выбран типичный учебно-исследовательский и научно-производственный регион России - Воронежская область. Особое внимание уделено решению проблемы создания теоретических основ повышения производительности многосерверной сетевой подсистемы как важного структурно-функционального компонента распределенной системы мониторинга.

В системе управления научно-технической деятельностью значимая роль принадлежит вузовской системе и академической науке. Именно они создают такой научно-образовательный потенциал, который обеспечивает успешную научно-техническую деятельность и генерацию инноваций.

Разработанные в предшествующих разделах методологические основы оптимизации мониторинга в территориальных и региональных системах управления научно-технической деятельностью, допустимо применять только при наличии развитых информационно-телекоммуникационных средств, обеспечивающих оперативный обмен данными и при необходимости - зеркалирование общедоступных серверов для обеспечения надежности при коллективном доступе к данным.

В диссертации разработано методическое обеспечение и инструментальные средства его реализации с целью создания распределенной информационной системы поддержки научно-технической и инновационной деятельности в исследуемом регионе; сформулирована концепция создания и реализации единой базы данных научно-технических, образовательных и инновационных проектов организаций и ведущих ученых региона; разработана математическая модель распределенной серверной системы с использованием достижений современной теории массового обслуживания. Также разработан не имеющий аналогов механизм использования функции распределения нагрузки; проведен эксперимент по исследованию влияния распределяющей функции на функционирование системы распределения нагрузки.

Стремительное развитие науки и техники, информационных и телекоммуникационных технологий настоятельно выдвигает на первый план задачу интеграции информационного пространства в рамках корпоративных систем. Одним из таких информационных интеграторов должна стать единая база данных научно-технических, образовательных и инновационных проектов организаций и ведущих ученых региона. База является платформой для перехода к электронным технологиям в деятельности и важным результатом практического применения предлагаемых в диссертации теоретических построений для реализации системы мониторинга, необходимом для активизации научно-инновационной деятельности в регионах.

Проведенные исследования позволили установить, что интегративной функцией обладают сведения о научно-педагогическом коллективе, когда полную его характеристику в единой базе данных обеспечивают взаимосвязанные блоки информации. С этой целью приводятся основные структурные компоненты базы данных и их особенности:

Основные научные направления (научные школы). Взаимосвязь с центральным модулем бесспорна, вместе с тем данный модуль имеет и самостоятельную ценность. Если центральный модуль характеризует научно-педагогический коллектив, то здесь дается подробная информация о научной школе, которая, с одной стороны, может включать в себя несколько научных коллективов, а с другой - являться в научно-информационном плане частью научно-педагогического коллектива.

Сведения о законченных проектах. Данный модуль информации представляет интерес в аспекте инновационных характеристик проектов. Как правило, каждый проект выполнен в рамках некоторой научной школы и конкретным научно-педагогическим коллективом.

Обеспеченность основных научных направлений уникальным аналитическим и технологическим оборудованием. В этом информационном модуле содержится справочная информация о высокотехнологичном и уникальном исследовательском оборудовании, преимущественно рассредоточенном по всему региону. Научно-педагогический коллектив, не всегда способен обеспечить полную загрузку оборудования, что создает потенциальную возможность другим коллективам (возможно, работающим в рамках одного научного направления в случае специализированного оборудования или в нескольких - в случае универсального) активизировать свою научно-инновационную деятельность при доступе к оборудованию. Это обстоятельство демпфирует конкурентные отношения между коллективами и принуждает к сотрудничеству на разных уровнях иерархии отношений.

Анкета-характеристика научно-исследовательской деятельности. Этот информационный модуль носит интегральный характер и помимо научно-технической информации содержит и социально значимую, связанную с миграционными процессами, проблемами занятости и др.

Структура базы данных, представляющая собой реализацию полу-ченных теоретических результатов данного диссертауионного иссле-дования, приведена на рис. 6.



Рис. 6 Структура базы данных

Внутренние существенные связи и функции компонентов базы данных создают основу для осуществления перехода к электронному ведению деятельности и определяют не только тесную интеграцию с клиентами и партнерами, но и трансформацию внутренних процессов управления и их взаимодействия. Одним из методов перехода к электронному ведению деятельности, способствующим повышению ее эффективности, является web-интеграция.

Под web-интеграцией понимается поступательный процесс стандартизации процессов на базе web-технологий. Этот процесс, в частности, предполагает определенную форму и методы обработки и представления внутренних и внешних информационных ресурсов организации на основе с использованием распределенных информационных систем.

В работе распределенная информационная система формализована как система массового обслуживания с числом каналов n и очередью s. Граф состояний приведен на рис.7.

Состояния системы обозначены как , …

Рис. 7 Граф состояний n-канальной системы массового обслуживания, с параллельными каналами и очередью

Для гибкого распределения входящего потока заявок между каналами обслуживания введена распределяющая функция f(j,ц), где j равно номеру канала обслуживания, а в зависимости от значения параметра ц определяется нагрузка на тот или иной канал обслуживания.

Получено выражение для вероятностей состояний каналов при 1 k n:

и далее для состояний очереди при s 1:



Полученные формулы (8) и (9) задают закон распределения числа занятых каналов в зависимости от характеристик потока заявок и производительности системы обслуживания.

Многоканальная система массового обслуживания характеризуется следующими параметрами: интенсивностью потока заявок , числом каналов обслуживания n и производительностью каналов . Можно получить ряд характеристик работы системы: коэффициент загрузки системы; среднее количество заявок в системе; среднее время пребывания заявки в системе; абсолютную пропускную способность; вероятность возникновения очереди.

Коэффициент загрузки многоканальной системы массового обслуживания:

Среднее число заявок, находящихся в системе:

Среднее время пребывания заявки в системе :

Абсолютная пропускная способность системы А:

Вероятность возникновения очереди:

Разработанный алгоритм распределения потока заявок между каналами обслуживания позволяет использовать любую аналитическую функцию в качестве управляющей. Получено аналитическое соотношение для распределяющей функции:

где j = {1..n} (порядковый номер канала), m = n + 1, n - число каналов.

Для эффективной работы механизма распределения нагрузки каналы упорядочиваются по возрастанию (убыванию) интенсивностей обслуживания. Порядок каналов зависит от значения величины . Например, при = 1 максимум входящего потока заявок направляется на первый канал, на второй канал распределяется меньшая нагрузка и так далее. Параметр принимает значение от 0 до 1.

На рис. 8 показано распределение потока заявок между каналами обслуживания при нескольких значениях (1, 0.5 и 0).

Рис. 8 Распределение потока заявок между каналами системы

Разработан алгоритм, реализующий приведенный выше метод распределения потока заявок и соответствующий ему программный продукт. Для проверки работы алгоритма распределения потока заявок под управлением аналитической распределяющей функции (15) проведен эксперимент при следующих значениях исходных данных: число каналов n = 10, интенсивности обслуживания каналов µ = {1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19}, интенсивность входящего потока заявок = 50.

Результаты эксперимента представлены на рис. 9,а, на котором вероятности загрузки каналов обслуживания при = 0; вероятность возникновения очереди p_оч = 0,0624. На рисунке 9,б показаны вероятности загрузки каналов обслуживания при = 1; вероятность возникновения очереди p_оч = 0,0842. Сравнительный анализ показывает, что при = 1 число заявок в очереди больше на 2,18% по сравнению с = 0. Следовательно, является доминирующим управляющим параметром при распределении нагрузки.

Таким образом:

1. Создан отличающийся от известных механизм распределения входящего потока данных на основе оригинальной распределяющей функции f(), обеспечивающей оптимизацию нагрузки между каналами.

2. Построена математическая модель n-канальной СМО с параллельными каналами разной интенсивности обслуживания, отличающаяся использованием функции распределения входящего потока заявок f() и обеспечивающая получение характеристик системы массового обслуживания для последующей оптимизации работы системы.

3. Проведено имитационное моделирование и исследование влияния функции распределения входящего потока заявок на производительность системы. Полученные результаты свидетельствуют о значимом повышении производительности системы при рациональном подборе значения регулирующего параметра.

4. В диссертации приведены структуры разработанных устройств распределения данных между серверами информационной системы, обеспечивающих реализацию внешнесистемных характеристик системы и повышения эффективности получения и обработки информации для управления научно-технической системой региона.



а) б)

Рис. 9 Вероятности загрузки каналов обслуживания

В четвертом разделе рассмотрены объекты информационного покрытия, представляющие интерес с точки зрения создания и реализации информационно-телекоммуникационных компонент единой базы данных научно-технических, образовательных и инновационных проектов организаций и ведущих ученых региона и потенциальных субъектов-пользователей, как основа концепции управления региональным мониторингом научно-технического потенциала.

Сводная характеристика объектов информационного покрытия приведена в таблице 1.

Все информационное многообразие о научно-технических, образовательных и инновационных проектах организаций и ведущих ученых региона предполагается разместить в распределенной базе данных, содержащей взаимосвязанные сведения по следующим позициям: