УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗВИТИЯ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Заявленная полезная модель относится к устройствам для цифровых вычислений и обработки данных, специально предназначенных для выполнения специфических функций, а также к компьютерным системам, использующим модели, основанные на знаниях, и может применяться, например, при моделировании развития высокотехнологичных предприятий машиностроения.
Высокотехнологичным предприятием называют производственную систему, обладающую высоким научно-техническим потенциалом и осуществляющую фундаментальные и прикладные исследования, с целью получения патентоспособных объектов интеллектуальной деятельности и их коммерциализации, или активно внедряющую уже существующие технологии, востребованные на мировом рынке.
Имеются различные определения эффективности высокотехнологичного предприятия (ВТП). Ряд экспертов в качестве оценки эффективности ВТП используют сравнительный подход, заключающийся в исследовании деятельности предприятия, расчета его основных технико-экономических показателей и сравнения их с аналогичными показателями родственных ему предприятий отрасли. Другой подход заключается в анализе динамики развития основных критериев характеризующих ВТП путем сравнения фактических параметров предприятия с прошлыми, плановыми, лучшими или средними показателями. Для анализа эффективности деятельности высокотехнологичного предприятия и прогнозирования его развития существует ряд технических решений, выполненных преимущественно в виде компьютерных систем, устройство наиболее близких по технической сущности из них к заявленной полезной модели рассмотрено ниже.
Из уровня техники известна система осуществления планирования и контроля за деятельностью предприятия (RU 18782 U1, МПК G06F 17/00, опубл. 10.07.2001), содержащая автоматизированные рабочие места, связанные по шинам данных и управления с процессором, предназначенным для обработки информации и управления системой, одно из автоматизированных рабочих мест является блоком учета данных о производстве продукции, другое является блоком учета реализации продукции [1].
Недостатком известного технического решения является малое количество показателей, учитываемых при планировании, что ограничивает возможности системы при прогнозировании развития высокотехнологичного предприятия.
Наиболее близкой к заявленной полезной модели и выбранной в качестве прототипа является информационно-аналитическая система для моделирования и оценки деятельности предприятия (RU 37244 U1, МПК G06F 17/00, опубл. 10.04.2004), характеризующаяся наличием технических и программных средств и содержащая совокупность объединенных в локальную вычислительную сеть автоматизированных рабочих мест, выполняющих сбор сведений о деятельности производственной системы, и передающих указанные сведения в блок моделирования и оценки деятельности предприятия [2].
Недостатком известного устройства является то, что при моделировании деятельности производственной системы используются только экономические показатели и не учитываются технико-экономические и организационные также значимо влияющие на эффективность развития высокотехнологичного предприятия.
Технической задачей заявленного решения является расширение технических возможностей устройства для количественного измерения текущего уровня эффективности высокотехнологичного предприятия, прогнозирования и планирования его развития, путем применения специализированных вычислительных модулей, реализующих нечеткий логический вывод.
Устройство для моделирования развития высокотехнологичного предприятия, содержит модуль экспертного оценивания, обеспечивающий оценку параметров функций принадлежности лингвистических переменных. При этом выход модуля экспертного оценивания является входом модуля приобретения знаний, первый и второй выходы которого являются входами устройства, хранящего базу данных и устройства, хранящего базу нечетких правил, а выходы упомянутых устройств подключены, соответственно, к фаззификатору и машине нечеткого логического вывода; выход фаззификатора также подключен к входу машины нечеткого логического вывода, выход которой является входом дефаззификатора, а его выход подключен к входу модуля советов и объяснений, обеспечивающего вывод в вербальной форме пояснений, необходимых для понимания пользователем того, как устройство выполнило тот или иной логический вывод.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью признаков, является обеспечение возможности моделирования развития высокотехнологичного предприятия и количественного измерения уровня его эффективности по десятибалльной шкале, путем оценки параметров функций принадлежности лингвистических переменных, выполнения этапов фаззификации, аккумуляции и дефаззификации, выполняемых устройством на основе нечетких правил, и выдачу пользователю как количественной, так и качественной оценок результатов моделирования.
Кроме того, использование заявленного устройства для определения уровня эффективности нескольких аналогичных высокотехнологичных предприятий позволит автоматизировать процедуру выбора одного из них для размещения заказа на поставку товаров или услуг, а также обосновать принятое управленческое решение.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена структура высокотехнологичного предприятия машиностроения; на фиг. 2 - структурная схема устройства для моделирования; на фиг. 3 - структурная схема девяти уровней освоения ключевых компетенций персоналом высокотехнологичного предприятия; на фиг. 4 - графики функций принадлежности условных частей правил; на фиг. 5 - результат работы модуля советов и объяснений.
Устройство для моделирования развития высокотехнологичного предприятия, состоит из модуля экспертного оценивания 1, обеспечивающего оценку параметров функций принадлежности лингвистических переменных. При этом выход модуля экспертного оценивания является входом модуля приобретения знаний 2, первый и второй выходы которого являются входами устройства, хранящего базу данных 3 и устройства, хранящего базу нечетких правил 4, а выходы упомянутых устройств подключены, соответственно, к фаззификатору 5 и машине нечеткого логического вывода 6. Выход фаззификатора также подключен к входу машины нечеткого логического вывода, выход которой является входом дефаззификатора 7, а его выход подключен к входу модуля советов и объяснений 8, обеспечивающего вывод в вербальной форме пояснений, необходимых для понимания пользователем того, как устройство выполнило тот или иной логический вывод.
Работу устройства рассмотрим на примере моделирования развития высокотехнологичного предприятия машиностроения.
Развитие ВТП осуществляется путем эффективного использования его организационных, информационных, интеллектуальных, материально-технических ресурсов, а также ресурсов персонала, представленных в виде ключевых компетенций высокотехнологичного комплекса машиностроения [3, 4]. Каждый из перечисленных видов ресурсов может быть представлен в виде множества параметров и их значений.
Ресурсы персонала ВТП представим компетентностью его сотрудников, формализованной в виде множества компетенций (знаний, умений, навыков, опыта и других):
i
где k - i-ая компетенция, персонала ВТП; n - общее число ключевых компетенций высокотехнологичного машиностроительного предприятия.
Информационные ресурсы предприятия представим в виде множества:
где - j-ый информационный ресурс ВТП; m - общее число информационных ресурсов предприятия.
Интеллектуальные ресурсы предприятия представим в виде множества:
где  - k-ый интеллектуальный ресурс ВТП; t - общее число интеллектуальных ресурсов предприятия.
Организационные ресурсы ВТП представим в виде множества:
где  - s-ый организационный ресурс; g - общее число организационных ресурсов предприятия.
Материально-технические ресурсы ВТП обозначим следующим образом:
где  - e-ый материально-технический ресурс; q - общее число материально-технических ресурсов предприятия.
Функционирование предприятия представим множеством параметров, определяющих его состояние и деятельность в долгосрочный период времени:
где  - j-ый показатель функционирования ВТП; v - общее число элементов системы, определяющих состояние предприятия.
Высокотехнологичное машиностроительное предприятие, как сложная организационно-техническая система, имеет входные и выходные параметры.
Входными параметрами системы являются воздействия внешней среды, обозначенные в виде множества:
где  - i-ый показатель внешней среды; l - общее число показателей внешней среды ВТП.
Выходные показатели эффективности деятельности ВТП обозначим в виде множества:
где  - k-ыи выходной показатель деятельности предприятия; w - число выходных показателей деятельности ВТП.
P
IT
0R
IN
MT
WS
FP
WPD
Указанная выше совокупность входных параметров, представленных множествами K, R, R, R, R, P (1, 2, 3, 4, 5, 7), функциональных параметров, описываемых множеством P (6) и выходных параметров, описываемых множеством P (8) составляет информационную основу математической модели высокотехнологичного машиностроительного предприятия. На основе принятых выше обозначений представим структурную схему модели высокотехнологичного производственного предприятия, в которой определены состав, взаимосвязи элементов системы, отражающие то или иное действие (фиг. 1). Особенностью представленной структуры является наличие элемента обратной связи, позволяющего регулировать входные воздействия за счет привлечения дополнительных ресурсов комплекса входных параметров, отражающих уровень материально-технической базы, информационных, интеллектуальных, организационных ресурсов предприятия и ресурсов персонала ВТП.
Для оценки эффективности высокотехнологичного машиностроительного предприятия, использования уровня его ресурсов, а также взаимодействия с наукой и бизнесом необходимы современные методы моделирования. Одним из перспективных подходов, используемых для решения подобных задач, является применение операций нечеткого вывода и генетических алгоритмов в моделировании производственных систем [5, 6]. Указанные алгоритмы реализованы в виде устройства, имеющего структуру, представленную на фиг. 2.
Структура заявленного устройства подробно рассмотрена выше. Здесь же отметим, что в качестве алгоритма дефаззификации использован способ Мамдани.
Для решения указанной задачи на первом этапе выполняют построение шкалы уровней освоения ключевых компетенций персоналом высокотехнологичного предприятия. В качестве такой шкалы в рассматриваемом примере использована девятибалльная одномерная шкала Саати. Такой подход обоснован необходимостью выделения девяти значимых уровней освоения компетенций, позволяющих устройству при фаззификации отнести освоенные персоналом компетенции, соответственно, к «низкому», «среднему» и «высокому» уровням компетентности. В общем случае количественная оценка, характеризующая некоторые знания вообще, и соответствующая ей качественная оценка выглядят следующим образом:
- оценка «0» → знания отсутствуют;
- оценка «1» → знания незначительны;
- оценка «2» → знания малы;
- оценка «3» → знания умеренны;
- оценка «4» → знания ниже среднего;
- оценка «5» → знания средние;
- оценка «6» → знания выше среднего;
- оценка «7» → знания высокие;
- оценка «8» → знания очень высокие;
- оценка «9» → знания чрезвычайно высокие.
Для решения задачи оценки компетенций качественные характеристики должны быть сформулированы в развернутом виде, более полно раскрывающем сущность оценки каждого конкретного уровня. Множество качественных характеристик, соответствующих указанному требованию, рассмотрено в работе [6] и представлено в виде структурной схемы на фиг.3. При этом «низкий» уровень компетентности включает в себя оценки от 1 до 3, «средний» - от 4 до 6, «высокий» - от 7 и выше. При выделении уровней освоения ключевых компетенций персонала высокотехнологичного предприятия соблюдается один из основных принципов квалиметрии - принцип вложенности, когда компетенции более низкого уровня освоения становятся компонентами последующих уровней компетенций. Учитывая, что совокупность компетенций персонала является его компетентностью, оценку уровней компетентности персонала ВТП необходимо осуществлять по категориям инженерно-технологических кадров согласно классификатору [6] с помощью автоматизированного тестирования. Тесты по определению уровней компетентности каждой категории персонала ВТП состоят из 22 заданий разных по сложности и продолжительности выполнения.
В качестве примера моделирования приведены результаты исследования высокотехнологичного предприятия ООО «Завод нефтегазового оборудования «Техновек». Завод является многопрофильным высокотехнологичным машиностроительным предприятием, специализирующимся на производстве и ремонте нефтегазового оборудования. Имеет современную технологическую базу, включающую более 250 единиц различного оборудования, 30% из которого является высокотехнологичным. Ежемесячно на предприятии выпускается свыше 2,5 тысяч изделий. Номенклатура выпускаемой продукции и оборудования составляет более 400 наименований.
Для формирования показателей и переменных, необходимых для работы устройства, была разработана база знаний, хранящая значения ресурсов предприятия, а также параметры внешней среды, установлены функции принадлежности и значения весовых коэффициентов, определяющих уровень связи между элементами системы. Уровни входных переменных найдены на основе экспертного оценивания.
В качестве примера (таблица 1) приведен обобщенный шаблон нечетких правил базы знаний, касающийся определения уровня эффективности высокотехнологичного предприятия в зависимости от уровня компетентности его технических специалистов. В указанную категорию персонала ВТП вошли: начальники отделов, начальники лабораторий, начальники служб, инженеры-конструкторы, инженеры-технологи, инженеры по организации производства и другие высококвалифицированные специалисты, обеспечивающие научно-техническое развитие предприятия.
Численные значения уровней освоения ключевых компетенций, полученных на основе тестирования технических специалистов ООО «Техновек» представлены в таблице 2. Из предварительного анализа оценок, полученных специалистами при анализе их компетентности, можно сделать вывод, что технические специалисты обладают большей компетентностью в областях непосредственно связанных с их профессионально-специализированными компетенциями и меньшей в областях, связанных со стратегическими компетенциями и навыками, ориентированными на внешнюю среду ВТП.
Рассмотрим результаты численного оценивания эффективности высокотехнологичного предприятия на основе приведенных выше оценок компетенций персонала ВТП ООО «Техновек», полученные с помощью устройства. Его работа при этом включала в себя следующие основные этапы:
- вычисление степени уверенности посылок;
- фаззификацию;
- аккумуляцию;
- дефаззификацию.
1
2
3
4
e
Для краткости описания вычислительного эксперимента ограничим подмножество правил базы знаний тремя (таблица 3), а количество лингвистических переменных - компетенциями k, k, k, k и уровнем эффективности высокотехнологичного предприятия, обозначив его численное значение, как B.
В качестве функции принадлежности для всех лингвистических переменных, кроме уровня эффективности использована гауссова функция принадлежности следующего вида:
где µ(u) - степень принадлежности к нечеткому множеству; b - математическое ожидание (центр нечеткого множества); c - среднеквадратичное отклонение (коэффициент концентрации). Нечеткие множества ,  и  будут описаны, соответственно, двойками вида : , , , а их графическое представление приведено на фиг. 4.
В качестве вида функций принадлежности для множеств ,  и  была выбрана трапециевидная функция:
где (a, d) - носитель нечеткого множества (пессимистическая оценка нечеткого числа), [b, c] - ядро нечеткого множества (оптимистическая оценка нечеткого числа).
Такой выбор обусловлен тем, что функция данного вида позволяет лучше иллюстрировать конечный результат моделирования - получение численного значения уровня эффективности высокотехнологичного предприятия.
В результате нечеткие множества ,  и  будут описаны следующим образом:
,
,
.
Ниже приведено определение степени уверенности для простейших утверждений предпосылок, представлены результаты фаззификации правил и их интерпретация в табличном и графическом видах (таблицы 4, 5, фиг. 4). Для построения нечетких импликаций для правил, необходимых для работы устройства, определим набор нечетких переменных, соответствующих выходным данным модели к заданным входным параметрам. При этом импликацию по определению Мамдани машина нечеткого логического вывода выполняет как импликацию минимума левой и правой частей правил:
Аккумуляцию машина выполняет построением максимума функций принадлежности, то есть, объединяет функции принадлежности, полученные на этапе фаззификации (фиг. 5). Результатом этого этапа работы машины является обобщенная функция принадлежности нечеткого результата моделирования - уровня эффективности высокотехнологичного предприятия.
Вычисление конкретного значения из полученного описанным выше способом универсального множества, то есть дефаззификацию, машина нечеткого логического вывода выполняет по способу Маммдани, определяя центр масс многоугольника:
Применяя указанную формулу к полученной функции принадлежности, машина получает численное значение уровня эффективности высокотехнологичного предприятия, равное в рассматриваемом примере 6.5.
Модуль советов и объяснений на основе полученного численного значения эффективности предприятия и сведений о величине указанного показателя, рассчитанного для аналогичных оцениваемому предприятий отрасли формирует следующий ответ с рекомендациями, который и будет предоставлен пользователю устройства:
e
- «значение показателя эффективности предприятия B оказалось выше среднего уровня десятибалльной шкалы, что может служить доказательством высокой компетентности персонала ВТП ООО «Техновек» в целом;
- для дальнейшего повышения эффективности предприятия можно рекомендовать дальнейшее повышение уровня компетентности персонала».
Список использованных источников:
7
1. Пат. 18782 U1 Российская Федерация, МПК G06F 17/00. Система осуществления планирования и контроля за деятельностью предприятия / Ю.Л. Моторин, А.С.Мошкин, П.А. Емельянов, А.Н. Белый; заявитель и патентообладатель ООО «КОМПАНИЯ ТАТКО», №2001110476/20; заявл. 18.04.2001; опубл. 10.07.2001.
7
2. Пат. 37244 U1 Российская Федерация, МПК G06F 17/00. Информационно-аналитическая система для моделирования и оценки деятельности предприятия / А.С. Генина; заявитель и патентообладатель ФГУП «Научно-исследовательский и проектный институт геофизических методов разведки океана»; №2003135361/20; заявл. 09.12.2003; опубл. 10.04.2004.
3. Соломенникова С.И., Якимович Б.А. Исследование ресурсов персонала высокотехнологичного предприятия с использованием компетентностного подхода. // Вестник Ижевского государственного технического университета - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2012. - №3. - С. 136-139.
4. Кулябин B.C., Якимович Б.А., Коршунов А.И., Домбрачев А.Н. Исследование кадрового потенциала ОПК на примере машиностроительных предприятий Удмуртской Республики. // Вестник Академии военных наук. - 2010. - №4. - 156-160.
5. Тененев В.А. Генетические алгоритмы в моделировании систем: монография / В.А. Тененев, Б.А. Якимович. - Ижевск: ИжГТУ, 2010. - 308 с.
6. Соломенникова С.И. Разработка информационно-аналитической подсистемы интеллектуальной поддержки высокотехнологичного предприятия: диссертация канд. техн. наук: 05.13.01. - Ижевск, 2011. - 172 с, ил.