Управление конфигурацией функциональных подсистем проектно-управляемых организаций на этапах жизненного цикла продукции производственно-технического назначения

Телиженко А.М. Управление конфигурацией функциональных подсистем проектноуправляемых организаций на этапах жизненного цикла продукции производственнотехнического назначения / A.M. Телиженко, К.А. Дядюра // Управління проектами та розвиток виробництва: Зб.наук.пр. - Луганськ: вид-во СНУ ім. В.Даля, 2010. - № 4(36). - С. 74-83._______________________________________________________________

УДК 005.83:62

А.М. Телиженко, К.А. Дядюра

УПРАВЛЕНИЕ КОНФИГУРАЦИЕЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОДСИСТЕМ ПРОЕКТНО-УПРАВЛЯЕМЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ НА ЭТАПАХ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ПРОДУКЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ

Разработан подход оптимального управления конфигурацией функциональных подсистем проектно-управляемых организаций на этапах жизненного цикла высокотехнологичной продукции производственнотехнического назначения при решении задач планирования по срокам и ресурсам многошаговых (многоэтапных) проектов. Рис. 3, табл. 4, ист. 9.

Ключевые слова: проект, жизненный цикл продукции, проектно-управляемая организация, функциональная подсистема.

А.М. Теліженко, К.О. Дядюра

УПРАВЛІННЯ КОНФІГУРАЦІЄЮ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ПІДСИСТЕМ ПРОЕКТНО-КЕРОВАНИХ ОРГАНІЗАЦІЙ НА ЕТАПАХ ЖИТТЄВОГО ЦИКЛУ ПРОДУКЦІЇ ВИРОБНИЧО-ТЕХНІЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

Розроблено підхід оптимального управління конфігурацією функціональних підсистем проектно-керованих організацій на етапах життєвого циклу високотехнологічної продукції виробничо-технічного призначення при вирішенні задач планування за термінами і ресурсами багатокрокових (багатоетапних) проектів. Рис. 4, табл. 4, дж. 9.

A.M. Telizhenko, K.A. Dyadyura

CONFIGURATION MANAGEMENT OF THE PROJECT-OPERATED ORGANIZATION'S FUNCTIONAL SUBSYSTEMS DURING STAGES OF THE LIFE CIRCLE OF INDUSTRIAL PURPOSE SETTING PRODUCTS

Approach of optimal configuration management of the project-operated

organization's functional subsystems during stages of the life circle of high-tech

industrial purpose setting products when solving planning task by terms and resources of multistep (multistage) project is developed.

Постановка проблемы в общем виде. В условиях глобализации социально-экономических отношений обеспечение конкурентоспособности национальных компаний должно определять политику и программы

правительства в каждом государстве. Возможность реализовать те или иные

стратегии экономического развития в Украине во многом зависит от

инновационных подходов и инвестиционной поддержки, направленных на повышение качества продукции производственно-технического назначения и совершенствования технологий ее изготовления, в высокотехнологичных отраслях промышленности. Современные тенденции производства технических продуктов на заказ под индивидуальные требования потребителя в короткие сроки и при минимальных затратах ресурсов изменили организационную структуру предприятий. Использование принципов и методов управления проектами и программами на стадиях жизненного цикла продукции (ЖЦП) (исследование, разработка, изготовление, эксплуатация и утилизация) получило широкое распространение. Реализация таких проектов зависит от взаимодействия многих экономических, организационных, экологических и социальных систем. Сложная иерархическая структура этих систем, разнообразие видов, стилей, форм привели к такому же разнообразию соответствующих моделей проектного управления ЖЦП. В связи с этим важность их эффективного применения и непрерывного совершенствования с использованием интегрированных информационных технологий является актуальной задачей, решение которой создает условия для обеспечения конкурентоспособности отечественных предприятий и развития экономики страны в целом.

Анализ последних публикаций и выделение не решенной ранее части проблемы. Формирование проектного управления во многих странах связано с созданием в разных отраслях промышленности проектно-управляемых организационных систем [1]. В работах [2, 3, 4] сформулированы принципы, обеспечивающие развитие этого направления в условиях экономики Украины. Предложенная в работе [5] модель проектно-управляемой организации (ПУО) составляет основу для формирования проектно-управляемого среды, котораяспособствует созданию эффективных механизмов реализации проектов, программ и портфелей проектов. Парадигма современного управления ПУО исходит из того, что деятельность организаций должна быть направлена на создание продуктов, которые отвечают требованиям рынка. В работе [6] приводится общая модель управления организационными системами в условиях неопределенности. Фактор неопределенности связан с недостаточной информированностью об изменении внутренних и внешних параметров системы. В результате процесс принятия решений не полностью определяется начальным состоянием системы и выбранным управлением, а является в определенной мере случайностью.

Модели организации работ на стадиях ЖЦП при исследовании и обосновании разработки, при разработке, производстве, эксплуатации (применении, хранении) и при ремонте сложной высокотехнологичной продукции отвечают положениям проектного управления. Необходимость в совершенствовании совместного функционирования проектов на этапах ЖЦП и повышения качества продукции обуславливает применение системного подхода и специальных методов и средств планирования, организации, мониторинга, регистрации, а также выполнение необходимых корректирующих действий при управлении трудовыми, материальными, информационными и другими ресурсами. Это приобретает особую актуальность в связи с внедрением интегрированных информационных систем - CAE/CAD/CAM/PDM/ERP/MES. Средствами для решения данной задачи являются инструментальные возможности методологии IDEF. В результате проект рассматривают как уникальный управляемый процесс, предпринятый для достижения соответствующей конкретным требованиям цели, представляющий собой совокупность взаимосвязанных скоординированных этапов, имеющих

ограничения по срокам, стоимости, ресурсам и показателям качества. Оптимальное управление в таком случае представляет собой поэтапное планирование, при котором на каждом этапе учитывается конечный результат всего проекта. Математический аппарат динамического программирования

Проектно-управляемая производственная среда

позволяет осуществлять оптимальное управление многошаговыми или многоэтапными процессами, критерий эффективности которых обладает свойством аддитивности (т.е. общий результат процесса равен сумме локальных решений на отдельных этапах) [7].

Целью данного исследования является использования методов динамического программирования при разработке моделей оптимального управления ПУО на этапах ЖЦП.

Изложение основных результатов исследования. В настоящее время большинство ПУО специализируется на определенных этапах ЖЦП, а доля продукции и услуг собственного производства уменьшается путем передачи заказов другим предприятиям, которые кооперируются друг с другом. При этом производимый предприятием продукт не обязательно материальный, это могут быть также нематериальные изделия (техническая документация, программы) и услуги (сервисное и транспортное обслуживание). Взаимодействие ПУО на этапах ЖЦП связано с формированием проектно-управляемой производственной среды (ПУПС) (рис.1).

Рис.1. Структурная схема проектно-управляемой производственной среды

Модель ЖЦП состоит из информационных, материальных и энергетических объектов определенного иерархического уровня, являющихся одновременно входами (ресурсами), выходами (продукцией) и средствами соответствующих преобразований. В процессе преобразований устанавливается определенное соответствие между используемыми материальными, энергетическими и информационными объектами, которое обеспечивает их совместное согласованное взаимодействие.

В общем случае ПУО рассматривают как многофункциональные и многоэлементные организационно-технические системы [2], которые включают: комплекс технических средств (КТС), программное обеспечение (ПО) и оперативный персонал (ОП) [8]. Указанные три компонента влияют на результат системы не изолировано, а в тесной взаимосвязи друг с другом, что выражается в возможностях одного корректировать двумя другими эффективность

реализации ее функций. Между компонентами действуют пространственновременные отношения.

При реализации некоторого процесса (]-й процесс) или проекта (/-й проект) из состава всех элементов выделяется группа технических, программных и

эргатических (персонал) элементов, структурированные по функциональному принципу (в соответствии со «специальными» функциями управления проектом) и связанные с результатом проекта через процессы жизненного цикла проекта (ЖЦПр).

Эта группа элементов образует /-ю функциональную подсистему (/-я ФПС, или ФПС/) рассматриваемой системы (рис. 2). Именно эта ФПС/ подлежит анализу при рассмотрении характеристик системы в отношении реализуемой ею /-й функции.

В состав ФПС (как и в состав системы в целом) в общем случае входят три компонента:

- группа участвующих в реализации /-й функции технических средств (/-я функциональная подсистема КТС - ФПКТС])\

- группа участвующих в реализации /-й функции программных средств (/-я функциональная подсистема ПО - ФППО;);

- группа участвующих в реализации /-й функции эргатических средств

Рис. 2. Функциональные подсистемы проектно-управляемых организаций

Функциональную подсистему можно представить в виде совокупности иерархически организованных множеств: элементарных функций Ф , групп средств (ФПКТС, ФППО, ФПоп), участвующих в реализации функции на каждом уровне, и соответствующих им характеристик ХФПС. Множество элементарных

функций Фы по связям 6 определяет множество групп ФПСЦу и

элементарных средств (ФПКТС дт ’ФПц0 ,ФПоп ). Внутри множества

ФПС^ по связям 6 формируется множество характеристик Хфпс^

(ХфПС* Е XФПС*)> которые обеспечивают эффективность выполнения

функций в условиях ограничений на параметры.

Таким образом, система функций формирует характеристики функциональных подсистем ХФПС. При этом функции можно разделить на основные и вспомогательные. Основными считаются те, которые непосредственно формируют другие функции, вспомогательные - лишь участвуют (помогают формировать).

Между иерархией функций (преобразований) и иерархией функциональных подсистем существует соответствие. Взаимосвязь множества функций (Ф) и множества групп средств (ФПКТС, ФППО, ФПОП) определяется по уровням

иерархии. На каждом уровне декомпозиции /л функции фЛ Е Ф0 соответствует множество Фпл!, типов средств (/ - индекс функции на уровне иерархии, I -

количество функций на уровне иерархии). Тип средства ФПj Е фпЛ 11

обеспечивает принципиальную возможность выполнения функции фЛ Е Ф0.

Таким образом, задается множественное отображение системы Ф на подсистеме ФПС.

Система средств строится по принципу взаимосвязи уровней: формируется множество элементарных средств ФП={ФП0, ФП1 ,...,ФПЛ~1}, каждое из которых обеспечивает выполнение отдельной элементарной функции множества

Ф={Ф0, Ф1..,ФЛ'1}.

Возможность формирования различных вариантов характеристик функциональной подсистемы ХФПа обеспечивается направленным выбором из множества {ФПС0} совокупности элементов ФП,сФПС0, которые обеспечивают выполнение множества функций {Ф0}:

Хфпа : Ф Ь Фпс<0 } {ф }^ фп}... Ф }^ фп*}

при ограничениях на параметры

ХФПС т іп - ХФПС - Хфпс тах; Хфпс

ФПС і,Х ФПС 2 ’’ХФПС \ 1}

ХФПС2тіп - ХФПС2 - ХФПС2тах;ХФПС‘ = ФПС2,ХФПС2’’ХФПС22 }

У N у N у N. у N

Х ФПС тіп - Х ФПС - Х ФПС тах’ Х ФПС

— {у N у N у N 1

- )ХФПСІ ’ХФПС2 ’’ЛФПСкц/

при заданных связях множества Ф и ФП

ф0 }х фп0 }^{э°}; ф1}хф>П^ {э1};

{фj }х фпj }^ {эл};

ф * }х фп * }^{© * }.

и связях внутри множества Ф и Фп

.1-

Ф1\<Ф2 }^{р 2 У"2 };

ф2 }хф3 {р3 .V2-3 };

Фи }х фи+1 {ри+1, Vй-и+1) };

ФN-1 }х .VN };

т 1}х {фп 2 }^ф"2 };

П2 }хфп3 }^ {2-3 };

фпи }х фпи+1 {:и_ги+1) };

фп N 1 }х фп N }^{^-1)-N },

где і - индекс характеристики функциональной подсистемы ХФПСІ 0 — І — М;

М - количество характеристик ХФПСІ; и - индекс уровня иерархии;

N - количество уровней иерархии;

ХфПС тт’ ХфПС тах - диапазоны параметров функциональной эффективности относительно 7-го уровня иерархии;

к - количество параметров функциональной эффективности на у-ом уровне иерархии;

© - связь Ф и ФП; Р - связь уровней иерархии системы Ф;

V - связь внутри уровней системы Ф; е - связь внутри уровней системы ФПС.

При взаимодействии функциональных подсистем ФпСу и их элементов

(ФПКТС, ФПпор ФПОц) возникают проблемы взаимосвязи целей и задач, выбора

рациональных диапазонов характеристик. Одна и та же задача может быть решена различными средствами. Любая функциональная подсистема ФПСу является частью системы более высокого порядка, ее развитие происходит во взаимодействии с объектами внешней среды (окружающего мира). Связи с внешней средой определяют совокупность тенденций совершенствования продукции на этапах ЖЦ, ее функционирование в системах высшего порядка. Перечень и характеристики критериев предпочтения ФПСу и комплексы

Операция 3 Операция

№2 №5

Операция №1 3 Операция №4

N. 11

Операция 6 Операция

№3 №6

п=3

п=4

мероприятий по их совершенствованию направлены на выполнение целевых требований ЖЦП за счет развития элементов подсистем. Изменения целевых требований в системах высшего порядка - экономических, экологических и других потребностей, формирует комплексные критерии предпочтения характеристик изделия ФПС. Принципиальными особенностями процессов ЖЦП является динамика и неопределенность затрат, сроков, результатов и других параметров. При этом необходимо иметь в виду, что большинство систем обладают свойством инерционности [9]. Инерционность проявляется через изменения существующих характеристик функциональных подсистем ФПС ПУО при реализации соответствующих процессов проекта. Разработка соответствующих моделей мониторинга и механизмов управления проектом в процессе его реализации с учетом его фактических результатов и изменившихся внешних и внутренних условий является отдельной задачей и выходит за рамки настоящего исследования.

Рассмотрим модель оптимального управления проектом на основании всей имеющейся на данный момент информации об оптимальных плановых значениях параметров ФПС и, соответственно, состояний на весь планируемый период его реализации. На рис. 3 показаны возможные маршруты и взаимодействия условных операций проекта ПУО (номер указан в квадрате). Стоимость реализации каждой операции с помощью функциональных подсистем ФПС. проставлена над соответствующими дугами.

Рис. 3. Условный сетевой график проекта ПУО

9

Вся совокупность операций разделена на группы. В первую группу включена операция №1. Во вторую операции, в которые входят дуги, выходящие из первой. В третью - вершины, в которые входят дуги, выходящие из операций второй группы. Таким образом, продолжая разделение дальше, получим 5 групп: {1}, {2,3,4}, {5,6,7}, {8,9}, {10}. Произвольный маршрут от операции №1 до №10 содержит четыре дуги, каждая из которых связывает операции, которые принадлежат соответствующим группам. В результате нахождение оптимального маршрута проекта сводится к четырем этапам. На первом этапе решается вопрос, какую функциональную подсистему ФПСу, которая принадлежит второй группе операций, необходимо использовать после первой этапа. На втором этапе необходимо определить, какую функциональную подсистему ФПСу необходимо использовать в третьей группе, после выполнения соответствующей операции во второй группе, и т.д.

Пронумеровав этапы от конечного до начального (рис. 3), введем обозначение: п - номер этапа (п=1, 2, 3, 4); ^(/) - минимальные затраты использования функциональной подсистемы ФПС при выполнении /-операции, если до конечного этапа осталось п операций; уп(/) - номер операции, которую необходимо выполнить после /-операции, чтобы ^(/) было минимальным; Су -стоимость операции после выполнения / и перед выполнением у .

Все обозначения несут в себе следующую смысловую нагрузку: f обозначает целевую функцию; / - состояние операции (проекта); индекс п -динамическую информацию о том, что после операции / до конечной осталось п операций.

Рассматривая последнюю операцию (п=1), рассчитаем для нее значение функции f. До операции №10 проект может находиться в состоянии №8, или в состоянии №9. Рассчитаем затраты для этих двух состояний

Для того чтобы осуществить расчет для п=2, предполагаем, что проект находится в состояниях: №5, №6 или №7. После состояния №5 для выполнения операции №10 необходимо выполнить операции №8 или №9. Оптимальный маршрут после операции №5 имеет следующий вид

Здесь /=5 и у2(5)=9, т.е. условно-оптимальный маршрут проходит через операцию №9.

Аналогично определяется значение функции для /=6 и у=7

Л(*) = Оио + /0(10) - 5 + 0 = 5, /=8, 8) - 10;

/1(9) = С910 + /о(10) - 3 + 0 = 3, /=9, л(9) - 10.

/2 (5) - тіп]іС5,8 + /1((С5,9 + ./і(9))] = тш[(9 + 8); (8 + 3)]-11.

/2 (7)-тш[(с7,8 + /1(8)); (С79 + /1(9))]-12.

Расчеты первого

второго

этапов приведены соответственно в таблицах 1 и 2.

Результаты расчета первого этапа

і/] Операция №10 Мі) ]і

8 5+0 5 10

9 3+0 3 10

Таблица 2

Результаты расчета второго этапа

і/] Операция №8 Операция №9 ^2

5 9+5 8+3 11 9

6 5+3 8 9

7 7+5 12+3 12 8

Цифры в столбцах таблицы, которые соответствуют операциям, через которые проходит маршрут проекта, представляют собой сумму стоимости использования функциональных подсистем Су при выполнении / операции после / и минимальные затраты использования функциональной подсистемы /^(О при выполнении у операции перед конечной. В каждом ряду выбирается наименьшая из этих сумм. Таким образом определяются условно-оптимальные затраты на выполнения проекта с помощью функциональных подсистем начиная с / операции и до конечной.

Рекуррентное соотношение для п=3 имеет вид

/з(і) = тт[с3]- + /2 0')].

3,/ +/21/ ^

Для вычисления условно-оптимальных значений используются значения /2(/) (табл. 2), которые получены на предыдущем шаге.

Результаты вычислений для третьего шага [п = 3,С/ + /2 Ц)\

приведены в табл. 3. В этой таблице для процессов №2 и №3 при переходе к № 7 значения не определены.

Таблица 3

Результаты расчета третьего этапа

і/і Операция №5 Операция №6 Операция №7 Тэ

2 3+11 4+8 12 9

3 1+11 6+8 12 9

4 4+11 6+8 4+12 14 8

Результаты вычислений для четвертого шага \п = 4,сі' + /з(')] приведены в табл.4.

Таблица 4

Результаты расчета третьего этапа

і/і Операция №2 Операция №3 Операция №4 ^4

1 4+12 11 + 12 3+14 16 2

Из табл. 4 видно, что минимальные затраты на выполнение проекта /4(1)=16 и оптимальный маршрут проекта проходят через операцию №2, поскольку /4(1)=2. Из табл. 3 следует, что оптимальный маршрут проходит через операцию №6, поскольку /3(2)=6. Продолжая анализ таблиц, для п=2 определяем, что оптимальный маршрут включает операцию №9 (/г(6)=9). Дальше после операции №9 выполняют операцию №10. Проводя анализ от последней таблицы до первой, можно определить оптимальный маршрут проекта (1-2-6-9-10), условные минимальные затраты составляют /4(1)=4+4+5+3=16. Аналогично может быть решена задача определения оптимальных характеристик функциональных

подсистем Хф^(2 на каждой из операций проекта на этапах ЖЦИ.

Выводы и направления дальнейших исследований. Результаты проведенных исследований дают возможность сделать следующие выводы.

1. С позиций системного подхода управление проектами выглядит как

многоступенчатый процесс формирования: оптимальных характеристик

функциональных подсистем, функций цели и задач, ограничений, критериев предпочтения.

2. Рассмотренные математические средства на примере методов динамического программирования являются алгоритмической основой для оптимального управления конфигурацией функциональных подсистем ПУО на этапах ЖЦП при решении задач планирования по срокам и ресурсам многошаговых (многоэтапных) управляемых проектов.

3. Инерционность организационных систем влияет на оптимальное управление проектами. Актуальность дальнейших исследований связана с учетом инерционности в моделях управления функциональными подсистемами ПУО.

ЛИТЕРАТУРА

1. Креативные технологии управления проектами и программами: монография./

С.Д. Бушуев, Н.С. Бушуева, И.А. Бабаев, В.Б. Яковенко, Е.В. Гриша, С.В. Дзюба,

A.С. Войтенко. - К.: «Саммит-Книга», 2010. - 768 с.

2. Рач В.А. К построению моделей проектного менеджмента / В.А. Рач // Управління проектами та розвиток виробництва: Зб.наук.пр. - Луганськ: вид-во СНУ ім. В.Даля, 2000. - № 2. - С.18-23.

3. Рач В.А. Стратегический потенциал предприятия в условиях новой экономики /

B.А. Рач // Управління проектами та розвиток виробництва: Зб.наук.пр. - Луганськ: вид-во СНУ ім. В.Даля, 2002. - № 1 (4). - С. 7-14.

4. Рач В.А. Проектная деятельность в условиях глобализации и экономики знаний /

В.А. Рач // Управління проектами та розвиток виробництва: Зб.наук.пр. - Луганськ: вид-во СНУ ім. В.Даля, 2004. - № 2(10). - С. 55-62.

5. Вайсман В.О. Моделі, методи та механізми створення і функціонування проектно-керованої організації: монографія/ В.О. Вайсман. - К.: Наук. світ, 2009. - 146 с.

6. Бурков В.Н. Введение в теорию управления организационными системами /

В.Н. Бурков, Н.А. Коргин, Д.А. Новиков / Под ред. чл.-корр. РАН Д.А. Новикова. - М.: Либроком, 2009. - 264 с.

7. Боровик О.В. Дослідження операцій в економіці: навчальний посібник / О.В. Боровик, Л.В. Боровик. - Чернівці: Видавничий дім «Букрек», 2006. - 420 с.

8. Залога В.О. Моделювання синергетичної інтеграції процесів проектування, виготовлення і експлуатації в проектах машинобудування: монографія / В.О. Залога, К.О. Дядюра, О.В. Ющенко. - Суми: вид-во СумДУ, 2010. - 279 с.

9. Коновальчук Е.В. Модели и методы оперативного управления проектами / Е.В. Коновальчук, Д.А. Новиков. - М.: ИПУ РАН, 2004. - 63 с.

Стаття надійшла до редакції 13.07.2010 р.