Система поддержки принятия решений при составлении календарных планов в условиях многокритериальной оптимизации

УДК 338.45: 303.09

СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ СОСТАВЛЕНИИ КАЛЕНДАРНЫХ ПЛАНОВ В УСЛОВИЯХ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ

В.В. Березка

Ивановский государственный энергетический университет им. В.И Ленина

В настоящее время при разработке календарных планов инвестиционно-строительной деятельности энергетических объектов специализированные информационные системы позволяют, в большинстве случаев, автоматизировать функции поиска аналогов и расчетные процедуры. Поиск оптимального решения строится на основе субъективных оценок лица принимающего решения. Вместе с тем усиление конкурентной борьбы в сфере строительства предопределяет необходимость разработки систем поддержки принятия решений для оптимизации инвестиционно-строительной деятельности в условиях многокритериальной оптимизации. Использовались данные проектов развития систем поддержки принятия решений в сфере инвестиционно-строительной деятельности. Проведение исследований базировалось на системном подходе, методах последовательных уступок и процедуре поиска удовлетворительных значений критериев STEM при заданных весах.

Ключевые слова: система поддержки принятия решений, календарный план, многокритериальная оптимизация.

Инвестиционно-строительные проекты в энергетике характеризуются многокритериальной постановкой проблемы. Однако, при использовании традиционных систем управления проектами поддержка процедур многокритериальной оптимизации отсутствуют, результаты во многом определяются подготовкой проектировщиков в сфере техники и технологий, финансов и т.п., их производственным опытом, профессиональной интуицией и другими факторами. Предлагается решение данной проблемы посредством разработки интегрированной системы поддержки принятия решений (ИСППР) при построении календарных планов. Применение ИСППР, обеспечивающей многокритериальную оптимизацию календарных планов, позволяет существенно сократить субъективизм при принятии решений, повысить вероятность выбора наилучшего варианта для реализации на основе строгого математического анализа вариантов проекта с оценкой технических, технологических и финансовых характеристик строительства и эксплуатации проектируемого объекта.

Построение интегрированной СППР осуществляется на основе объединения одной из существующих систем формирования календарных планов и разрабатываемой подсистемы многокритериальной оптимизации.

Сложность разработок больших комплексов взаимосвязанных программ заключается в том, что эффективность решения каждой конкретной проблемы, как правило, определяется на завершающем этапе работы, когда вся или большая часть системы начинает функционировать. Это предопределяет сложность создания высокоэффективных программных комплексов. Как правило, система становится эффективной в ходе сравнительно длительного процесса создания, испытаний, совершенствования и доводки.

Ограничениями в процессе создания СППР являются допустимые нагрузки элементов (объемы информации, перерабатываемые в единицу времени). Одним из таких элементов СППР является человек, который, вынужден принимать решения в процессе работы в системе в условиях информационной перегрузки.

Проблема разработки СППР решается в настоящее время путем использования опыта создания и эксплуатации автоматизированных систем управления и крупных программных комплексов. Этот опыт концентрируется в ряде принципов, на которые целесообразно ориентироваться при разработке СППР. Они неоднократно озвучены в работах российских и зарубежных ученых и специалистов в области ин-

Таблица 1

Принципы создания и функционирования ИСППР, обеспечивающей многокритери-

формационных систем различного назначения.

По нашему мнению, для решения поставленной задачи - создание интегрированной системы поддержки принятия решений (ИСППР), обеспечивающей многокритериальную оптимизацию календарных планов, перечень общепринятых принципов следует расширить (табл.1).

Принципы Описание принципа

Максимальное использование готовых проектных решений Использование существующих программных разработок при создании ИСППР

Возможность многокритериальной оптимизации Предоставление проектировщику возможности как од-нокритериальной, так и многокритериальной оптимизации

Принцип автоматического формирования входных параметров После анализа варианта переход на разработку календарного плана должен осуществляться автоматически

Принцип свободы выбора критериев оптимизации для проектировщика Гибкая система определения критериев оптимизации

Принцип информационного единства Определяется необходимость использования во всех подсистемах ИСППР нормативно установленных в отрасли правил применения терминов, символов, способов представления информации и т.д.

Обеспечение интерактивного режима проектирования Этот параметр позволяет проектировщику активно вмешиваться в этот процесс, осуществлять контроль за ходом проектирования и управление многокритериальной оптимизацией в режиме диалога

Возможность привлечения экспертов для принятия решений Наличие математического аппарата обработки количественных и качественных экспертных оценок

Принцип коллегиальности Обеспечивает коллегиальность в принятии решений, позволяя обосновывать варианты решений на основе консолидации мнений экспертов

Интеграция всех используемых средств и разделение системной информации между участниками проекта в соответствии с правами доступа Обеспечивает защиту данных от несанкционированного доступа. База данных типовых решений, нормативов и т.п. недоступна экспертам

Единство целеполагания Результатом работы ИСППР должен быть календарный план инвестиционно-строительного проекта

Автоматическая генерация документов по проекту Документация должна выполняться в соответствии с требованиями действующих стандартов

Как правило, выделяют следующие виды обеспечения СППР:

- техническое;

- математическое;

- программное;

- информационное;

- методическое;

- лингвистическое;

- организационное.

Учитывая тот факт, что подсистема многокритериальной оптимизации будет компонентом ИСППР, создаваемой на основе уже хорошо зарекомендовавшей себя системы построения календарных планов, мы предлагаем при разработке видов обеспечения интегрированной системы поддержки принятия решений при разработке календарных планов ориентироваться на существующую систему.

Дополнения в рамках различных видов обеспечения представлены ниже.

Математическое обеспечение требует доработки в разрезе разработки математических моделей, методов и алгоритмов многокритериальной оптимизации. Возможный вариант такого математического аппарата представлено автором в [1].

Программное обеспечение предполагает развитие в разрезе программной реализации новых моделей и алгоритмов.

Методическое обеспечение необходимо дополнить документами, описывающими новую подсистему многокритериальной оптимизации.

Организационное обеспечение, как и математическое, требует серьезного развития, так как существенно изменяются процедуры взаимодействия человека и ЭВМ вследствие новой постановки задачи - многокритериальная оптимизация календарного плана инвестиционно-строительного проекта. В первую очередь, необходимо проработать вопросы, связанные с выделением критериев и ограничений для конкретного инвестиционно-строительного проекта. Должны быть определены полномочия и ответст-

венность лица принимающего решения, принципы и процедуры работы экспертов.

Основное внимание при разработке ИСППР должно быть уделено следующим вопросам:

увеличению степени свободы действий лица, принимающего решения (ЛИР), при инициализации системы;

выявлению возможных многоальтернативных ситуаций и организации диалоговых процедур по их разрешению;

адаптации вычислительной модели к требованиям пользователей;

организации интерактивного режима процесса оптимизации;

разработке методологии принятия решений в условиях многокритериально-сти;

организации детальной проработки решений, полученных в результате параметрической оптимизации;

расширению сервисных функций системы в режиме диалога.

Несколько модернизируя определение ЛИР приведенное в работе О.И.Ларичева и А.Б.Петровского [2], под ЛИР в работе будем понимать людей (или группу лиц), которые заинтересованы в анализе альтернативных вариантов, могут и хотят влиять на решение.

Увеличение степени свободы действий ЛИР при инициализации СППР может быть обеспечено разделением процесса формирования календарного плана на процедуры, каждая из которых предусматривает проведение конкретных видов работ. ЛИР, в зависимости от степени своей подготовленности и специфики решаемой задачи, имеет возможность отказаться от проведения, как отдельных этапов формирования календарного плана, так и от ряда проектных процедур. Например, пользователь системы может самостоятельно определить структуру объекта, не подключая при этом подсистему многокритериальной оптимизации. Должна быть предусмотрена возмож-

ность формирования компонентов календарного плана и реализация отдельных элементов вычислительной модели. Таким образом, точки «входа» и «выхода» системы, ее функциональную направленность определяет ЛПР.

Одной из проблем, которая должна быть проработана при создании интегрированной системы поддержки принятия решений при формировании календарных планов, связана с разработкой архитектуры новой системы:

определение состава и взаимосвязей элементов системы;

выбор принципов организации взаимодействия элементов;

оптимальное распределение функций между человеком и ЭВМ;

выбор организационной иерархии; решение вопросов организации информационного интерфейса между элементами системы.

В соответствии с принципами разработки интегрированной системы поддержки принятия решений при формировании календарных планов в условиях многокритериальной оптимизации

(ИСППР) предлагается следующая архитектура системы (рис.1).

Рис.1. Архитектура интегрированной системы поддержки принятия решений при формировании календарных планов в условиях многокритериальной оптимизации

ИСППР включает в себя: модуль обеспечения интерактивного общения с пользователем;

модуль принятия решений при многокритериальной оптимизации;

модуль обработки выходных данных системы построения календарных планов;

модуль обработки экспертных оценок;

модуль подготовки входных данных для системы построения календарных планов;

система построения календарных планов.

Система построения календарных планов должна обеспечивать реализацию следующих функций:

формирование календарных планов работ;

определение стоимостных показателей реализации отдельных этапов календарного плана;

назначение на выполнение работ календарного плана трудовых и технических ресурсов;

определение материалов, необходимых для выполнения работ в рамках календарного плана;

назначение и отражение логических взаимосвязей между работами с возможностью задержки, как по времени, так и по объему;

отображение информации о планах работ в графическом виде, в том числе, графическое отображение критических работ;

построение графиков работы ресурсов в разрезе работ, а также графиков применения в работах материалов в разрезе работ;

построение отчета по выполнению календарного плана работ с анализом выполнения и прогнозированием сроков дальнейшего хода работ (как в разрезе одного объекта строительства, так и всех объектов организации).

построение графиков движения рабочей силы, использования машин и механизмов;

формирование отчета о сравнении вариантов календарного плана с анализом информации о стоимости, трудозатратах и продолжительности выполнения строительно-монтажных работ.

По нашему мнению, в наибольшей степени для решения поставленных задач подходит система «1С: Подрядчик строительства. Управление строительным производством», которая является совместным специализированным отраслевым решением фирмы «1С» и компании «ИМПУЛЬС-ИВЦ». Этот выбор обусловлен следующими причинами:

широкое распространение продуктов фирмы;

привычный для пользователей интерфейс;

возможность развития системы.

Назначением модуля обеспечения интерфейса является обеспечение средствами авторизации доступа; ввода/вывода информации; одновременного доступа нескольких пользователей к ИСППР.

Модуль обработки выходных данных системы построения календарных планов предназначен для преобразования выходных данных системы построения календарных планов с целью их дальнейшего использования как лицом принимающим решения, так и модулем многокритериальной оптимизации.

В качестве лица принимающего решение (ППР) может выступать как отдельный человек, так и группа экспертов. Последний вариант обеспечивает возможность привлечения многофункциональных знаний, навыков и умений разработчиков инвестиционно-строительного проекта, что дает возможность выбора наиболее обоснованного варианта календарного плана.

Важнейшим звеном практически любой системы поддержки принятия решений является человек, пользователь системы. Поэтому, при создании систем поддержки принятия решений всегда значительное внимание уделялось вопросам взаимодействия лица принимающего решения и вычислительного комплекса. В первую очередь, это касается проблемы распределения функций системы между человеком и ЭВМ и, как следствие, вопросов разработки интерактивного режима функционирования СППР. Несмотря на очевидную тенденцию повышения степени автоматизации проектирования, работа в интерактивном режиме остается необходимой в связи с тем, что полностью формализовать процесс проектирования сложных технических систем, как правило, не удается, и что участие человека при решении ряда задач позволяет ускорить процесс принятия решения.

При разработке и развитии интерактивных процедур и операций многокритериальной оптимизации календарных планов предлагается использовать пассивно-регламентированный диалог: меню, заполнение бланка, запросы «да - нет» [3, 4]. Предлагается использовать терминальный режим [2] - то есть работу ЛПР в интерактивном режиме (on-line).

Модуль многокритериальной оптимизации предполагает программную реализацию формально-эвристических алгоритмов поиска оптимального варианта календарного плана. Назначением модуля многокритериальной оптимизации является обеспечение нахождения эффективного варианта построения календарного плана с использованием различных экономико-математических моделей многокритериальной оптимизации календарного плана при участии экспертов в оценке альтернативных вариантов. В качестве входных параметров данного модуля выступают результаты расчетов, полученных из системы построения календарных планов.

Модуль обработки экспертных оценок предназначен для обработки суждений экспертов, которые могут представлять собой как количественные, так и качественные оценки альтернативных вариантов. Предлагается в качестве инструментария для обработки качественных оценок использовать аппарат нечеткой логики.

Серьезной проблемой при реализации процедур экспертного анализа является подбор экспертов и согласование их оценок. Эти проблемы достаточно широко рассмотрены в научной литературе. Так, выделяются такие методы формирования группы экспертов, как методы взаимооценки и самооценки компетентности экспертов, метод «снежного кома», метод случайного механического отбора и др.[5-7]. Разработаны различные методы организации работы экспертов для получения информации - анкетирование, метод мозгового штурма, методы шкалированных оценок, модификации метода Дельфи и др. [6,8,9]. Учитывая глубокую проработку этих вопросов учеными и специалистами, в данном исследовании эти проблемы не будут рассматриваться.

Интегрированная система поддержки принятия решений в процессе формирования календарных планов играет роль мощного средства, эффективное применение которого невозможно без разработки комплекса методического обеспечения, регла-

ментирующего последовательность этапов и проектных процедур, используемых на каждом этапе. Поскольку на каждом этапе формирования календарных планов с помощью ИСППР осуществляются различные операции с материальными и нематериальными объектами, а также возникает проблема наиболее эффективного распределения этих операций во времени и их оптимального соотнесения, то представляется целесообразной необходимость разработки и отработки технологии автоматизированного проектирования.

Реализация технологии автоматизированного формирования календарных планов предъявляет к СППР комплекс следующих требований:

возможность формулировать решаемые задачи на языке, понятном проектировщику;

отсутствие жестких ограничений на структуру и объем входных данных и формы носителей информации, на которых они хранятся;

возможность оперативного подключения к программному обеспечению системы новых модулей и исключение устаревших;

представление возможностей проектировщику на основе промежуточных результатов принимать решение о выборе методов для продолжения поставленной задачи, а также изменений значений отдельных параметров в используемом методе решения;

возможность в ходе выполнения проектных операций отслеживать значения основных показателей процесса, свидетельствующих о его эффективности, и, в зависимости от их значений, корректировать процесс проектирования;

обеспечение совместимости автоматизированного и неавтоматизированного видов формирования календарных планов;

возможность использования информации об объекте проектирования при последующей эксплуатации.

Для обеспечения приемлемых временных характеристик оптимизации при

большем числе вариантов разработаны интерактивные проектные процедуры последовательного рационализированного перебора варьируемых параметров. За основу при разработке процедур последовательного перебора принята технология выбора оптимального варианта при «ручном» формировании календарных планов.

После выбора календарного плана -прототипа последовательно определяются оптимальные характеристики календарного плана. Погрешность декомпозиции при необходимости можно уменьшить путем проведения нескольких итераций.

Последовательный перебор может быть реализован на основе проектных процедур рационализированного перебора посредством организации прерываний и повторной инициализации оптимизационных процедур для каждой группы переменных, принятых в качестве условно- независимых. Однако, более эффективно последовательный перебор проводить в режиме диалога. Это дает возможность ЛИР оперативно вмешиваться в процесс оптимизации.

Отметим некоторые характерные особенности построения интерактивных процедур последовательного рационализированного перебора. Во-первых, ЛИР работает лишь с вариантами, находящимися в допустимой области или в ее окрестностях (возможная степень нарушения ограничений задается ЛИР и может быть скорректирована в ходе оптимизации). Во-вторых, при анализе результатов машинных процедур для выбора желательных значений регулируемых параметров, ЛИР концентрирует свое внимание на их значениях в текущей оптимальной и опорной точках. В-третьих, ЛИР может оперативно изменять систему варьируемых параметров, систему ограничений и систему коэффициентов, используя для анализа экспресс-информацию о ходе оптимизацион-

ного процесса. В-четвертых, предусмотрена возможность проведения ряда итераций.

Интерактивные процедуры последовательного рационализированного перебора позволяют решить задачу параметрической оптимизации достаточно эффективно, хотя несомненно, что получение положительного результата в значительной мере зависит от опыта и интуиции ЛИР.

Выбор стратегии поиска оптимального решения на этапе параметрической оптимизации является одним из наиболее важных аспектов в разработке и эксплуатации СППР. В настоящее время в математическом программировании известно большое количество методов и алгоритмов определения экстремума. Проведена большая работа по их изучению и систематизации. Но универсальных подходов пока не найдено. Эффективные алгоритмы оптимального проектирования строятся лишь на основе комбинации различных методов с учетом специфики математической модели объекта. В связи с этим, автором была разработана двухэтапная стратегия поиска оптимального варианта, сочетающая в себе метод рационализированного перебора и формально-эвристические алгоритмы.

На первом этапе осуществляется анализ вариантов календарного плана на основе рационализированного перебора. На втором этапе, для решения задачи многокритериальной оптимизации при формировании календарных планов предлагается интерактивная процедура сужения допустимой области в пространстве переменных, основанная на элементах метода последовательных уступок [10] и процедуры поиска удовлетворительных значений критериев STEM при заданных весах [11].

Схематично технология автоматизированного формирования календарных планов с помощью интегрированной системы поддержки принятия решений условно представлена на рис.2.

Корректировка

параметров варьирования

Обработка результатов с помощью модуля

многокритериальной оптимизации

Определение допустимой области по аддитивному критерию

Корректировка

параметров варьирования

Обработка результатов с помощью модуля

многокритериальной оптимизации

Выбор варианта

Рис.2. Технология автоматизированного формирования календарных планов

с помощью ИСППР

ЛПР

После выбора варианта календарного плана предполагается детальная проработка варианта с помощью системы построения календарных планов.

Заключение Предложены принципы создания и функционирования, архитектура интегрированной системы поддержки принятия решений при построении календарных планов в условиях многокритериальной постановки проблемы. Разработана технология формирования календарных планов с помощью ИСППР. Применение ИСППР позволит существенно сократить субъективизм при принятии решений и повысить вероятность выбора наилучшего варианта для реализации.

ЛИТЕРАТУРА

1. Карякин, A.M. Интерактивная процедура многокритериальной оптимизации при составлении календарных планов / A.M.Карякин, В.В.Березка // Вестник ИГЭУ, 2013, №2. - С. 7578.

2. Ларичев, О.И. Системы поддержки принятия решений: современное состояние и перспективы развития / О.И.Ларичев, А.Б.Петровский // Итоги науки и техники. - М.: ВИНИТИ, 1987. Т. 21.

3. Баранов, А.Н. Введение в прикладную лингвистику. -М.: МГУ, 2012

4. Денинг, В. Диалоговые системы «человек-ЭВМ». Адаптация к требованиям пользователя / В.Денинг, Г.Эссиг, С.Маас. -М.: Мир, 1984

5. Орлов, А.И. Экспертные оценки // Заводская лаборатория. -1996. - Т. 62, №1. - С. 54-60.;

6. Орлов, А.И. Экспертные оценки. -М.: ИВСТЭ, 2002.

7. Ростегаева, Н.И. Метод экспертных оценок // Энциклопедический социологический словарь / Под ред. акад. РАН Г. Осипова. - М., 1995.

8. Еремеев, А.П. Экспертные модели и методы принятия решений. -М.: Изд-воМЭИ, 1995.

9. Литвак, Б.Г. Экспертные оценки и принятие решений. -М.: Патент, 1996.

10. Батищев, Д.И. Методы оптимального проектирования. - М.: Радио и связь, 1984.

11. Бенаиюн, Р. Линейное программирование при многих критериях: метод ограничений / Р.Бенинаиюн, О.И. Ларичев, Ж.Монгольфье, Ж. Тер ни // Автоматика и телемеханика. - 1971. -№8. - С.108-115.

Рукопись поступила в редакцию 13.09.13.

DECISION MAKING SUPPORT SYSTEM WITH PLANNED SCHEDULE COMPILATION UNDER MULTI-OBJECTIVE OPTIMIZATION

V. V. Berezka

At the present time specialized information systems by planned schedule compilation of energy objects' investment and construction activity in the majority of cases allow automatizing the function of search for analogs and rated procedures. The search of optimal decision is constructed on the base of decision-maker subjective estimations. With that competitive activity intensification in construction sphere predetermines the necessity of decision making support system for investment and construction activity optimization under multi-objective optimization. Researches making was based on system approach, successive concession methods and STEM criteria satisfactory reliabilities' search under given weights.

Key words: decision making support system, planned schedule, multi-objective optimization.