Поддержка принятия решений при управлении взаимодействующими строительными процессами

УДК 004.891

Р.И. Низамутдинова, Н.И. Федорова

поддержка принятия решений при управлении взаимодействующими строительными процессами

Основа любой организации - деловые процессы (обслуживание заказов клиентов, подготовка и согласование документов, выполнение распоряжений руководства и т. д.). Эти процессы постоянно взаимодействуют между собой. Большинство деловых процессов регламентировано нормативными документами (внутренними стандартами предприятия, положениями, уставами, приказами и т. д.), и прохождение этих процессов должно строго соблюдаться и контролироваться. При этом бывает сложно отследить и проверить работу сотрудников, оценить загруженность персонала. Зачастую сотрудниками организации не соблюдаются определенные правила при исполнении своих служебных обязанностей, что негативно сказывается на эффективности работы и репутации компании.

В современных социально-экономических условиях постоянное улучшение качества деловых процессов - необходимое условие конкурентоспособности любого предприятия. Эффективным средством улучшения качества является реинжиниринг деловых процессов, направленный на удовлетворение потребителей. В статье рассматривается реинжиниринг деловых процессов в строительной индустрии, основанный на управлении знаниями и опытом экспертов-менеджеров, зафиксированных в сопровождающих процессы документах.

Любой строительный процесс - это комплекс взаимосвязанных работ, для выполнения которых выделяются соответствующие ресурсы и устанавливаются определенные сроки. В последнее время особое внимание уделяется проблеме эффективного руководства строительными работами. Решение данной проблемы требует участия коллектива ученых и инженеров, причем работа такого коллектива должна планироваться с учетом деятельности других коллективов.

Проблема управления взаимодействующими процессами

Строительный сектор характеризуется высо-

ким уровнем взаимодействия различных организаций с большим количеством участников в каждом строительном проекте. Многие организации концентрируют внимание на управлении основными деловыми процессами, передавая большую часть строительных работ в специализированные строительные предприятия на условиях подряда. В процессе строительства заказчик поручает строительство подрядчику, а тот в свою очередь своему субподрядчику, который в дальнейшем и занимается поставкой оборудования, материалов и рабочих для строительства объекта, взаимодействуя при этом с поставщиком. При росте цен на строительные материалы некоторые подрядчики выбирают более дешевые материалы, качество которых, как правило, оставляет желать лучшего. Таким образом, процесс контроля качества конечного продукта значительно усложняется [1].

При проведении строительных работ происходит взаимодействие преимущественно трех процессов, реализуемых на различных предприятиях: основной производственный процесс предприятия-заказчика (строительство и реализация ипотечного жилья), выполнение предприятием-подрядчиком строительных подрядных работ, осуществление предприятием-поставщиком поставок материалов и оборудования для строительства. То есть при выполнении основного процесса на предприятии неизбежно взаимодействие производственных процессов как внутри одного предприятия, так и с другими предприятиями.

Современные условия развития предприятий строительной промышленности определяются общеэкономической ситуацией в стране. Наиболее значимыми индикаторами являются объемы инвестиций в основной капитал, объемы и структура жилищного строительства и др. В табл. 1 приведены изменения объемов жилищного строительства в период с 2006 по 2008 г. Положительная динамика развития строительной отрасли также зарегистрирована и в первом квартале 2011 г. [2]. Анализ статистики рынка жилищного строительства и

Таблица 1

Количество построенных квартир за год

Субъекты 2006 2007 2008

Российская Федерация 143997 189542 200139

Центральный федеральный округ 30980 43884 40696

Ленинградская область 2753 4954 5028

Санкт-Петербург 293 772 789

Республика Башкортостан 10066 10744 15698

Республика Татарстан 6658 6848 7683

Челябинская область 2998 4440 4820

Дальневосточный федеральный округ 3263 4017 3911

строительных услуг показал, что объемы выполненных строительных работ в Республике Башкортостан тоже увеличиваются. Однако в настоящее время показатели деятельности строительных предприятий еще не достигли предкризисных значений. До сих пор существует недогруженность строительных предприятий, уменьшение объемов ввода многоэтажного жилья.

Проблемные ситуации (ПС), возникающие в реализации процессов, в основном связаны с изношенностью и отказами оборудования, низкой производительностью и недостаточно высокой квалификацией персонала, низким качеством и высокой стоимостью работ, недостаточно эффективным информационным взаимодействием управляющих на предприятиях строительной промышленности с организациями-заказчиками.

Оказание поддержки принятия решений на основе системного анализа и управления знаниями с учетом возможностей современных информационных технологий обеспечит более высокую эффективность сотрудничества управляющих, занятых в деловых процессах в строительной индустрии.

Разработка системы поддержки принятия коллективных решений

Модели деловых процессов позволяют заинтересованным лицам улучшить управление про-

цессами на предприятии. В табл. 2 представлены основные способы для сбора знаний.

Третий метод представляется наиболее эффективным, поскольку для большинства предприятий организуется команда разработчиков, совместно осуществляющих сбор информации и сведение полученных данных в единое целое посредством коллективной разработки визуальной, преимущественно объектной, модели производственных процессов. Бизнес-модель разрабатывается для определения текущего состояния процесса и для выявления «слабых мест». Конечный продукт - это модель «как должно быть», т. е. отображение того, чем процесс должен стать в результате изменений. Сравнивая и анализируя модели «как есть» и «как должно быть», бизнес-аналитики могут определить, требуются ли основательные перемены в существующих бизнес-процессах и информационных системах или нужны только незначительные модификации для повышения эффективности. Следовательно, моделирование бизнес-процесса и последующий анализ могут использоваться для существенного изменения политики предприятия и метода его управления [1].

При взаимодействии трех моделей происходит наиболее наглядное представление рассматриваемой проблемы. Изначально эксперт

Т а б л и ца 2

Название Описание

Интервью Эксперт задает вопросы (инжиниринг знаний или разработка СППР) управляющим, владеющим знаниями о требуемом ему деловом процессе, серию вопросов для извлечения знаний

Наблюдение Эксперт наблюдает за реализацией делового процесса со стороны

Обсуждение Эксперт обсуждает разрабатываемую визуальную модель с другими экспертами

Способы сбора знаний

разрабатывает комплекс объектных моделей, который в дальнейшем выступает помощником при разработке онтологии делового процесса. Эта онтология показывает, каким образом взаимосвязаны сущности, принимающие участие в рассматриваемом деловом процессе. Также в онтологии обычно отражены модели и методы, которые могут оказать помощь в принятии решения при возникновении проблемной ситуации в рассматриваемом процессе.

Интегрированная модель взаимодействующих процессов показывает взаимодействие трех моделей различного типа: объектной модели процесса поддержки принятия решений для взаимодействующих производственных процессов; онтологии задач моделей и методов поддержки принятия решений; модели представления знаний в области управления взаимодействующими процессами.

Онтология задач, моделей и методов принятия решений в ПС применяется для повышения эффективности поиска решений, основанного на прецедентах, т. к. обеспечивает большую точность описаний прецедентов (на основе пополнения запросов пользователей), большую полноту выполнения поисковых запросов для поиска ближайших прецедентов (на основе использования контента описания прецедентов) и большую обоснованность решений (на основе применения адекватных математических моделей проблемных ситуаций).

Концептуальная модель позволяет визуализировать семантически связанную структуру предметной области и выявлять класс, атрибуты, их значения и отношения между ними. Данная модель позволяет объединять понятия из словаря предметной области. Полученная концептуальная модель онтологии дает возможность описать разрабатываемую онтологию в соответствии с уровнями иерархии. Концептуальная модель онтологии управления взаимодействующими производственными процессами представлена на рис. 1.

Знания и опыт экспертов об управлении в проблемных ситуациях, для которых еще не сформулированы правила ввиду отсутствия достаточного множества примеров принятия решений, представлены в базе знаний в форме прецедентов проблемных ситуаций.

Модуль базы знаний, содержащий прецеденты (case), разработан по результатам кластерного анализа прецедентов в соответствии с множе-

ством кластеров, соответствующих применению типовых математических схем к решению задач управления в проблемной ситуации. Кластерный анализ прецедентов необходим для организации эффективного поиска в базе знаний. С каждым кластером ассоциированы информационные структуры, описывающие знание о конкретной подобласти - правила распознавания ПС и прецеденты, наследующие свойства своего класса [3].

Множество прецедентов классифицировано в соответствии с результатами интеллектуального анализа данных на категории экземпляров классов (примеров классов) проблемных ситуаций. Категории определяются таким образом, чтобы каждой из них соответствовал определенный пример решений в классе «Решение».

Процесс поиска ближайшего прецедента позволяет выполнять и стандартные процедуры поиска прецедентов экземпляров классов проблемных ситуаций в онтологии, и процедуры поиска ближайших прецедентов принятия решений по аналогии, что дает возможность сопоставить текущую ПС с прецедентами в базе знаний и выбрать наиболее подходящий из них [4].

Задача принятия решений ^ на основе множества решений, содержащихся в найденных к ближайших прецедентах, представима кортежем следующего вида:

р, ^мХ, М ЯА >,

с учетом £ = {£р £S},

где О0"*" - множество альтернатив решений, содержащихся в найденных к ближайших прецедентах; р - множество критериев оценки альтернатив решений; simX - множество значений сходства между признаками проблемной ситуации и соответствующими признаками прецедентов; М - множество методов, позволяющих получить отображение множества альтернатив в множество векторных оценок эффективности решений в соответствии с множеством критериев р; ЯА - множество решающих правил адаптации, устанавливающих отношения между значениями сходства, полученными в результате сопоставления признаков проблемной ситуации и признаков прецедентов и действиями, корректирующими атрибуты классов решений; £ - множество 5" типов вариантов среды решения задачи (детерминированная, вероятностная, нечеткая и др.).

При поиске используются отношения «экземпляр класса» (<ш-а»). Отношение <ш-а» позволи-

4

Рис. 1. Концептуальная модель онтологии управления взаимодействующими производственными процессами

ло при сравнении учесть степень таксономической близости концептов в онтологии.

Локальная мера сходства для отношения <ав-а»:

С (с.) = {с. е С : Я(с., с,) = = «is - а» V с = с }

С (с) О С (с,)|

(с., с.) =

С

где Сs - множество классов в онтологии; с, с -классы в онтологии, входящие в множество С е С ; Я - отношение <ш-а» между концептами.

После рассчета локальных мер сходства элементов запроса и прецедентов определенного класса, вычисляется глобальная мера сходства:

,

где хкрз - признаки запроса X; хк, - признаки прецедента X'.

Далее решение из ближайшего прецедента адаптируется по специальным правилам к реаль-

ной проблемной ситуации. В случае, если ближайший прецедент не найден, описание проблемной ситуации запоминается как нераспознанный прецедент, лицо, принимающее решение, находит решение самостоятельно или с помощью экспертов, и СППКР предлагает сохранить описание задачи принятия решений как новый прецедент.

При разработке СППКР предложено объединить фундаментальный принцип поиска оптимального решения, характерный для полностью формализованных задач, с принципом использования экспертных знаний, характерным для теории искусственного интеллекта. По результатам объектного моделирования предложена структура системы поддержки принятия коллективных решений, включающая онтологию задач, моделей и методов управления взаимодействующими производственными процессами, базу знаний с правилами и прецедентами, а также модули поиска решений на основе правил, прецедентов, модули пополнения и адаптации решений, модуль информационного поиска в едином информационном пространстве, организованном онтологией

Для проверки адекватности и целостности представленных знаний разрабатывается логическая модель онтологии. Описание логики построения онтологии необходимо для формализации структуры теоретических знаний в виде таксономии понятий и фреймовой структуры прецедентов, представленных в онтологии как экземпляры классов понятий. Логическая модель онтологии разработана в соответствии с теорией описательной(дескриптивной)логики(Ое£сгф?/ои Logic - DL). Синтаксис логики первого порядка предназначен для упрощения процедуры формирования высказываний об объектах, а описательные логики представляют собой системы обозначений, предназначенные для упрощения процедуры описания определений и свойств категорий. Системы описательной логики развились из семантических сетей в ответ на необходимость формализовать смысл, который несут в себе сети, сохранив вместе с тем акцент на использование таксономической структуры в качестве принципа организации.

Для принятия решений при управлении взаимодействующими процессами предложено использовать математическую модель «метод анализа иерархий», позволяющую определить

приоритеты различных вариантов решения по предложенным критериям. Математическая модель метода анализа иерархий представлена в онтологии поддержки принятия решений в форме семантической сети (рис. 2).

Единство представления задач управления взаимодействующими процессами и математических моделей принятия решений позволяет получить четкое отображение множества задач на множество моделей посредством отношений ассоциации. Процесс принятия решений с использованием многокритериального принятия решений методом анализа иерархий алгоритмизирован и реализован в среде МА^АВ. Архитектура взаимодействия управляющих в процессе принятия коллективных решений приведена на рис. 3.

Онтологическая база знаний находится на основном сервере предприятия-заказчика. При этом доступ к ней имеет только сотрудник отдела капитального строительства, осуществляющий мониторинг выполнения строительных работ предприятием-подрядчиком и отвечающий за принятие решения при возникновении проблемной ситуации во взаимодействующих процессах. Отдельное место хранения выделено для сервера управления онтологией и сервера управления зна-

Рис. 2. Фрагмент онтологии задач, моделей и методов

Рис. 3. Архитектура расположения СППКР

ниями. Такая архитектура размещения СППКР позволяет повысить эффективность поддержки принятия решений при управлении взаимодействующими процессами.

В мировой практике особое внимание уделяется проблеме эффективного руководства строительными работами. Решение этой проблемы требует взаимного участия коллектива ученых и инженеров. Для обеспечения повышения эффективности управления взаимодействующими процессами необходимы соответствующие модели, методы и средства поддержки принятия решений, а также реализации управляющих действий в соответствии с располагаемыми ресурсами.

Поддержка принятия решений на основе системного анализа и управления знаниями с учетом возможностей современных информационных технологий может привести к важным результатам в управлении взаимодействующими процессами в строительной индустрии, обеспечив более высокую эффективность сотрудничества управляющих, занятых в деловых процессах.

Разработанная СППКР позволяет адекватно отобразить экспертные знания, а также обеспечить точность представления системы понятий процесса при управлении взаимодействующими процессами и оказать помощь эксперту при возникновении проблемной ситуации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Chernyahovskaya, L.R. Information-analytical decision making support on the base of optimization models [Text] / L.R. Chernyahovskaya, N.I. Fedorova, R.I. Nizamutdinova. -Уфа: ООО «Мир печати». -С. 82-86.

2. [Электронный ресурс] / Режим доступа: http:// www.gks.ru/

3. черняховская, Л.Р. Интеллектуальная поддержка принятия решений в оперативном управлении деловыми процессами предприятия [Текст] / Л.Р.

Черняховская, Н.И. Федорова, Р.И. Низамутдинова // Вестник УГАТУ. -Уфа: Изд-во УГАТУ, 2010. -Вып. 1. -С. 172-176.

4. Федорова, Н.И. Алгоритмическое и программное обеспечение поддержки принятия решений при управлении территориально-распределенными системами [Текст] / Н.И. Федорова, Р.И. Низамутдинова // Сб. тр. I Всерос. конф. с междунар. участием, посв. памяти проф. Ю.С. Кабальнова. -Уфа: Изд-во УГАТУ, 2009. -С. 221-226.