МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
МАЛОМУЖ ТЕТЯНА ВАСИЛІВНА
УДК 681.5.015
МОДЕЛІ ТА ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ
РІШЕНЬ З УПРАВЛІННЯ БЮДЖЕТОМ РЕГІОНУ
Спеціальність 05.13.06 -
автоматизовані системи управління
та прогресивні інформаційні технології
Автореферат
дисертації на здобуття наукового
ступеня кандидата технічних наук
ХЕРСОН - 2004
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник – доктор технічних наук, професор,
заслужений діяч науки і техніки України
Бардачов Юрій Миколайович,
Херсонський державний технічний університет,
ректор, завідувач кафедри вищої математики
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор
Михайленко Віктор Мефодійович,
Європейський університет фінансів, інформаційних систем,
менеджменту і бізнесу, м. Київ, завідувач кафедри
математичних дисциплін
доктор технічних наук, професор
Петров Едуард Георгійович,
Харківський національний університет радіоелектроніки
Міністерства освіти і науки України,
завідувач кафедри системотехніки;
Провідна установа: Харківський національний політехнічний університет “ХПІ” Міністерства освіти і науки України, м. Харків
Захист відбудеться “19" травня 2004 р. о 12.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.01 при Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе, 24, корпус 1, аудиторія 223.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Херсонського державного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе, 24, корпус 1.
Автореферат розісланий “ 16 ” квітня 2004 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради В.О. Костін
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Одним з напрямків сучасних наукових досліджень є удосконалення процесу управління бюджетом регіону.
Проблеми управління бюджетом в Україні зумовлені, насамперед, наявністю глибоких територіальних диспропорцій, збільшенням розриву між збільшенням прав і задач місцевого самоврядування в соціально-економічній сфері та фінансовими можливостями їх реалізації, тобто можливостями місцевих бюджетів.
У так званих “депресивних регіонах”, для яких характерним є дефіцит бюджету, ситуація суттєво загострюється, а на Україні 80% регіонів мають постійний дефіцит бюджету.
Постає проблема управління бюджетом в умовах дефіциту, яка полягає в пошуку способів раціонального виконання дефіцитного бюджету в умовах соціально-економічної нестабільності регіонів. На рівні регіону перехід до “ручного управління” виконанням бюджету став практично повсякденною нормою.
Навіть в менш складній ситуації бездефіцитного або профіцитного бюджету проблема хоча й виглядає більш оптимістично, але не стає простішою, а тому не втрачає своєї актуальності.
У дослідженнях, що присвячені управлінню бюджетом, слабкою ланкою є відсутність системного підходу, не визначено питання формування рішень щодо керуючих впливів на бюджет.
Процес управління бюджетом в термінах системного підходу належить до класу неструктурованих або слабко структурованих; для управління бюджетом неможливо використати існуючі результати в галузі управління технічними системами, тому потрібні нові підходи, в тому числі засновані на нових інформаційних технологіях. Отже задача створення інформаційної технології управління бюджетом регіону набуває особливої актуальності.
Недостатня розробленість проблеми побудови інформаційної технології підтримки прийняття рішень щодо управління бюджетом регіону, її актуальність, теоретична і практична значущість зумовили вибір теми, постановку мети і задач дослідження.
У процесі роботи автор спирався на праці таких вчених, як В.М. Глушков,
В.І. Миха-ле-вич, Г.С. Поспєлов, В.І. Скуріхін, А.Д. Цвіркун, О.О. Павлов, Е.Г. Петров,
В.Є. Ходаков, В.Ф. Ситник, Г.С. Осіпов, Д.О. Поспєлов та інші.
Зв’язок роботи з програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України у рамках державної науково-технічної програми №7 “Перспективні інформаційні технології, пристрої комплексної автоматизації, системи зв’язку” ДКНТПП (Постанова Верховної Ради України від 16.10.1992р. 27-05-ХІІ “Про приоритетні напрямки розвитку науки і техніки”) відповідно до плану науково-дослідних робіт за держбюджетними темами “Вдосконалення інформаційних систем підтримки прийняття управлінських та проектних рішень” (№0102U004861) та “Розробка інтелектуальної системи підтримки прийняття рішень по управлінню фінансово-бюджетними процесами регіону” (№0103U000076), де автор був виконавцем. Роль автора полягала у створенні моделей та алгоритмів прийняття рішень з оперативного управління виконанням бюджету регіону.
Мета та задачі дослідження. Метою дослідження є розвиток теорії і методології створення систем підтримки прийняття рішень при управлінні бюджетом регіону та розробка інформаційних технологій прийняття рішень, що базуються на принципах програмно-цільового та адаптивного управління.
Мета роботи зумовила необхідність вирішення наступних задач:
- визначити та дослідити бюджет регіону як об’єкт програмно-цільового управління;
- розробити модель бюджету регіону, що придатна для подальшого застосування методів адаптивного управління, та створити необхідний формально-логічний апарат;
- розробити концепцію та технологію інформаційної підтримки прийняття рішень та методи управління бюджетом регіону на її основі;
- дослідити методи та моделі інформаційної підтримки процесу прийняття рішень щодо бюджету регіону;
- розробити інформаційну технологію управління бюджетом регіону, створити інформаційне, математичне, алгоритмічне та програмне забезпечення технології;
- розробити метод оцінки ефективності прийняття рішень щодо управління бюджетом регіону та визначити ефективність використання запропонованих розробок.
Об’єктом дослідження є процес управління бюджетом регіону.
Предметом дослідження є інформаційні технології підтримки прийняття рішень з управління бюджетом регіону.
Методи дослідження. В основу досліджень покладено сценарно-прецедентний підхід до прийняття рішень в умовах невизначеності та ліміту часу. Використано системний підхід для аналізу бюджету як об’єкта управління; методи теорії програмно-цільового та оптимального управління для створення моделі бюджету як об’єкта управління; методи ідентифікації та адаптації для розпізнання ситуації, що склалась, та пристосування до неї накопичених сценаріїв; методи теорії нечітких та наближених множин для зняття наслідків суб’єктивності та невизначеності в процесі прийняття рішень.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному.
1. Вперше запропоновано модель управління бюджетом регіону на основі використання програмно-цільового підходу, визначено критерії та обмеження моделі, при цьому задача пошуку рішень з управління бюджетом зводиться до задачі адаптивного планування.
2. Доопрацьовано та розвинено модель регіонального бюджету, що використовує фільтр Калмана-Бьюсі для оцінки параметрів стану динамічної системи за результатами спостережень; запропоновано скомбінувати вирішення матричних рівнянь Ріккаті, знайдених для визначеного класу початкових умов та обмежень, та сценарно-прецедентну модель вибору керуючих впливів для підвищення ефективності прийняття рішень.
3. Розвинено та доповнено теоретичні основи прийняття рішень на основі сценарно-прецедентного підходу, вперше розроблено метод гібридного сценарно-прецедентного прийняття рішень з управління бюджетом в умовах невизначеності та ліміту часу.
4. Запропоновано формальну модель прийняття управлінських рішень в СППР для адаптивного планування бюджету регіону на основі гібридного сценарно-прецедентного підходу, розроблено метод адаптивного управління бюджетом регіону та реалізовано алгоритм адаптивного управління.
5. Розроблено інформаційну технологію підтримки прийняття управлінських рішень з використанням програмно-цільового підходу в складних динамічних системах на основі сценарно-прецедентних методів прийняття рішень.
6. Запропоновано метод оцінки якості прийнятих управлінських рішень на основі моделі зважування зі зворотнім зв’язком, який дозволяє оцінити ефективність функціонування системи підтримки прийняття рішень з управління бюджетом регіону та придатний до використання з метою адаптації рішень, що приймаються.
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що використання розроблених моделей, методів та алгоритмів дозволяє підвищити ефективність і якість прийняття управлінських рішень, пов'язаних з управлінням бюджетом регіону.
Розроблені моделі, методи та алгоритми застосовано при розробці ряду програмних модулів в прикладних системах “Інтелектуальна система підтримки прийняття рішень по управлінню бюджетом регіону” та “Інтелектуальна система моніторингу, прогнозування та управління розвитком регіону”, впроваджених в Головному фінансовому управлінні та в Управлінні економіки Херсонської обласної державної адміністрації, а також в програмних продуктах для Херсонської міської податкової адміністрації та фінансового управління Херсонського міськвиконкому.
Результати дослідження використано при розробці стратегії економічного та соціального розвитку Херсонської області до 2011 року та механізмів її реалізації. Практичне використання системи підтвердило коректність і достовірність розроблених моделей, методів і алгоритмів.
Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі при проведенні навчальних занять з дисциплін: “Оптимальне управління”, “Проектування економічних інформаційних систем”, курсовому та дипломному проектуванні в Херсонському державному технічному університеті.
Особистий внесок здобувача. Автором проведено системологічний аналіз бюджету як об’єкта управління, досліджено методи управління виконанням бюджету, систематизовано і доопрацьовано сценарно-прецедентний підхід до прийняття рішень, розроблено алгоритми та створено програмні продукти, що реалізують сценарно-прецедентний підхід, проведено узагальнення одержаних результатів. Наукові положення, висновки, рекомендації, практичні результати, які викладено в дисертаційній роботі, належать авторові і не містять результатів, що належать співавторам, разом з якими опубліковані наукові роботи.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на семінарах наукової ради НАН України “Прикладні проблеми інформатики” з проблеми “Кібернетика” (Херсон, 2002-2004) та на міжнародних та всеукраїнських конференціях, симпозіумах: ІІІ та IV міжнародних наукових конференціях “Інформаційні технології в освіті та управлінні” (Нова Каховка, 2002, 2003); VII міжнародній конференції “Контроль і управління в складних системах” (КУСС-2003) (Вінниця, 2003); ІІІ та IV міжнародних наукових конференціях з математичного моделювання “МКММ-2002”, “МКММ-2003” (Лазурне, 2002, 2003); науково-практичній конференції “Напрями соціально-економічного розвитку територіальних громад” (Н. Каховка, 2002); відкритих науково-методичних читаннях “Математика для економіки й економістів: проблеми викладання та використання” (Херсон, 2002); VIIІ міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні технології в економіці, менеджменті і бізнесі” (Київ, 2002); Всеукраїнській науково-технічній конференції “Інформаційні технології та моделювання” (Кременчук, 2003); науково-практичній конференції “Прогнозування соціально-економічного розвитку Херсонської області” (Херсон, 2003); 5-й міжнародній науково-практичній конференції “Системний аналіз та інформаційні технології” (Київ, 2003); І-й Всеукраїнській науково-практичній конференції “Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем” (Дніпропетровськ, 2003); 8-му міжнародному молодіжному форумі “Радіоелектроніка та молодь у 21-му сторіччі” (Харків, 2004).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 друкованих праць, з них 7 статей у наукових фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України.
Структура і обсяг дисертації визначається поставленою метою, задачами і прийнятою методикою виконання досліджень. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків, та нараховує 166 сторінок друкованого тексту, 25 рисунків, 6 таблиць, 217 найменувань літературних джерел, 8 додатків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано основну мету і задачі дослідження, наведено перелік отриманих у дисертації результатів, відзначені їх новизна та практична цінність. Зазначено особистий внесок здобувача у ті розробки, які виконані і опубліковані разом з співавторами. Подано відомості про апробацію роботи і використання результатів проведених досліджень органами регіонального управління та в навчальному процесі.
У першому розділі приведено аналіз існуючого стану справ в області управління регіональними бюджетами. Розглянуто методи і технології формування і управління бюджетом регіону, коло проблем, які виникають в цій галузі, а також представлена загальна концепція нової інформаційної технології, яка може бути використана для їх розв’язання.
Проведено системологічний аналіз бюджету регіону: визначено місце бюджету регіону в бюджетній системі України, склад, структуру та особливості формування доходної та витратної частини.
Показано, що бюджет має складну багаторівневу ієрархічну структуру, пронизану великою кількістю зворотних зв'язків, що робить практично нездійсненною задачу побудови його повної формальної моделі навіть у межах рівня регіону. Крім того, визначено, що динаміка бюджету як складної системи піддається впливові великої кількості внутрішніх і зовнішніх факторів, що ускладнює прогнозування його стану та процес прийняття рішень щодо управління бюджетом.
Зазначені обставини обумовлюють актуальність дослідження, та дозволяють визначити коло проблем, що потребують першочергового розв’язання.
Представлено стратегічну та оперативну задачі управління бюджетом регіону. Наведено критерії ефективності управління доходною та видатковою частинами бюджету. Розглянуто процес управління бюджетом регіону.
Визначено задачу оперативного управління бюджетом регіону як задачу управління виконанням бюджету, пов’язану з мінімізацією втрат від вимушених трансформацій бюджету.
Ця задача є складною внаслідок слабкої формалізованості та структурованості, залежності від поточної ситуації, обмежень в часі на прийняття рішення.
Прогнозування доходної та видаткової частин бюджету пов’язано з високим рівнем невизначеності, крім того, видаткова частина розраховується за допомогою узагальнених коефіцієнтів та норм, що веде до великої погрішності прогнозу.
У зазначених умовах задача оперативного управління бюджетом регіону вирішується на основі досвіду та інтуїції особи, що приймає рішення (ОПР), а рішення, що приймаються, ґрунтуються на суб’єктивному відчутті соціально-економічних пріоритетів ОПР на поточний момент часу.
Неможливість створення повної та адекватної моделі управління бюджетом регіону потребує застосування нових інформаційних технологій, що дозволяють реалізувати управління бюджетом регіону на основі накопиченого досвіду експертів та ОПР, їх інтуїції.
Наведено загальну структуру такої інформаційної технології та перелік чинників, що впливають на ефективність її застосування. Підкреслено неухильне зростання ролі і місця сучасних інформаційних технологій у розв’язанні задач оперативного управління бюджетом на регіональному рівні.
Аналіз відомих підходів до застосування сучасних інформаційних технологій в управлінні дозволив визначити, що найбільш перспективним напрямком є створення інтелектуальної системи підтримки прийняття рішень (СППР).
Визначено загальну концепцію створення такої СППР та коло питань, які повинні бути вирішені нею в межах задачі оперативного управління бюджетом регіону.
Другий розділ присвячено питанням створення математичних моделей розв’язання задачі адаптивного управління бюджетом регіону. Розглянуто системологічні основи управління бюджетом, визначено модель структури його доходної і видаткової частин, методи оперативного управління бюджетом, критерії оцінки оперативного управління бюджетом регіону. Доведено, що управління бюджетом регіону доцільно здійснювати з позицій комбінованого застосування програмно-цільового та інтуїтивного управління.
При розробці бюджету на наступний період застосовується програмно-цільове управління (ПЦУ), результатом якого є визначення стратегічних цілей, а також прогнозної (планової) бюджетної траєкторії, що повинна забезпечити їх досягнення.
Використання принципів ПЦУ для вирішення задачі адаптивного управління бюджетом регіону вимагає, щоб після розробки та затвердження бюджету здійснювався безперервний моніторинг процесу його виконання, та, в разі потреби, змінювались стратегії досягнення поставлених цілей. Моніторинг виконання цільової програми здійснюється у відповідності з принципами оперативного управління наступним чином.
Регіональний бюджет розглядається як “сіра шухляда”, на вхід якої надходить вектор параметрів керуючих впливів. Такими параметрами (вектор ) виступають статистично обумовлені параметри регіону на поточний момент часу: мінімальний рівень доходів населення, рівень безробіття, розподіл витрат за бюджетними статтями, рівень соціальної напруженості й ін.
ОПР очікує отримати бажаний результат (вектор ). Таким результатом є досягнення однієї чи декількох поставлених цілей.
Задача оперативного управління бюджетом полягає у визначенні за допомогою моделі регіонального бюджету такого керуючого впливу (), щоб максимально наблизитися до бажаного результату (вектор ).
Рис. 1. Загальний підхід до управління бюджетом
При визначенні керуючого впливу доводиться долати ряд труднощів:
- наявність складних і таких, що важко виявляються, взаємозалежностей між компонентами векторів і ;
- наявність часових лагів між реалізацією керуючих впливів і реєстрацією їх результатів;
- необхідність врахування латентних факторів і помилок у спостереженні поточного стану;
- дискретність як процесу спостереження за станом системи, так і процесів прийняття управлінських рішень.
Перелічені особливості обумовлюють необхідність сценарного оцінювання можливих станів регіонального бюджету, з метою вибору такого керуючого впливу, що забезпечує максимальне наближення до цільової (рівноважної) бюджетної траєкторії. Моніторинг виконання цільової програми та оперативне управління здійснюється наступним чином.
Розглянемо множину з m параметрів, що характеризують бюджет регіону та доступні для спостереження – вектор спостережень , при цьому підмножина з n параметрів є критичною для досягнення визначених цілей – це показники, що характеризують динаміку і балансові характеристики бюджету регіону.
Позначимо множину параметрів стану вектором стану . Вектори і пов'язані між собою деякою функціональною залежністю. На інтервалі часу здійснюються спостереження, що пов'язані зі станом бюджету в такий спосіб:
, | (1)
де
- символ матрично-векторного добутку;
- помилки (погрішності) спостереження;
- задана матриця коефіцієнтів.
Тоді зміна параметрів стану в часі може бути описана наступною системою диференціальних рівнянь:
, | (2)
де
- шуканий вектор регулюючого впливу;
- матриці коефіцієнтів;
- флуктуації, викликані впливом зовнішнього середовища або помилками виконавців, що приводять до відхилення від цільової програми (заданої траєкторії бюджету).
Задача вирішується з урахуванням наступних обмежень:
;
;
; |
(3)
де
0 - нульовий вектор,
- коваріаційна (дисперсійна) матриця процесу ,
- коваріаційна (дисперсійна) матриця процесу ,
- символ транспонування, - функція Кронекера.
Практичне застосування запропонованого підходу потребує виконання наступних обов'язкових умов:
- наявності узагальненої моделі фінансових потоків регіонального бюджету;
- вибору множини параметрів, достатньої для управління розробленою моделлю;
- визначення такої мінімальної множини параметрів, зміна яких дозволяє адекватно визначати поводження моделі;
- формування критерію оцінки якості управління.
Найбільш складною проблемою з цієї низки є остання.
Для оперативного управління бюджетом регіону в якості критерію оцінки якості розглядається мінімум відхилення програмно-цільової (бюджетної) траєкторії від деякої “зони рівноваги”, визначеної на етапі стратегічного планування з використанням основних положень ПЦУ.
Відхилення параметрів бюджетної системи від планової траєкторії реєструються з метою формування необхідного керуючого впливу за допомогою фільтра Калмана-Бьюсі.
У випадку реєстрації відхилення від запланованих (цільових) траєкторій, СППР повинна запропонувати (ОПР) можливі варіанти подолання ситуації, що склалася, і передбачуваних наслідків реалізації управлінських рішень.
Застосування фільтра Калмана-Бьюсі забезпечує ряд переваг, оскільки він не використовує всю передісторію процесу моніторингу показників, а спирається лише на поточні оперативні спостереження, що істотно для системи, підданої випадковим впливам.
У цьому зв'язку під "станом" бюджету, як складної динамічної системи, розглядається сукупність величин, що цілком характеризують його стан на поточний момент і грають роль початкових умов для майбутнього (за часом) стану.
Нова оцінка стану будується таким чином: екстрапольована по рівняннях динаміки системи стара оцінка плюс "зважена" різниця між зміною вектора і прогнозом цієї зміни на підставі минулих вимірів.
Оцінка вектора стану знаходиться розв’язанням наступного матричного диференціального рівняння:
, | (4)
де
- матриця ковариації (дисперсійна матриця) помилки оцінювання,
- матриця коефіцієнтів підсилення фільтра (для некорельованих "шумів" і , тобто :
. | (5)
Вирішення системи рівнянь (2) відносно є складним і потребує розв’язання матричних рівнянь Ріккаті.
Оскільки з часом створюються ситуації, подібні до тих, що раніше вже виникали, доцільно знаходити рішення системи (2) ітераційним методом одноразово, а надалі для прийняття рішень щодо управління бюджетом в аналогічних ситуаціях використовувати інтуїтивні методи.
У третьому розділі проведено аналіз можливості використання інтуїтивних (когнітивного та на основі прецедентів) підходів для підтримки прийняття рішень з управління бюджетом регіону. Це дає змогу використати для вироблення управляючих впливів досвід, що накопичений особою, яка приймає рішення.
Доведено, що в умовах невизначеності та дефіциту часу для цього потрібно скомбінувати вказані підходи, таким чином необхідне створення формальної моделі гібридної сценарно-прецедентної СППР.
Для цього подано визначення стану системи, ситуації, ситуаційної моделі, прецеденту. Наведено правила представлення знань для опису ситуацій.
Кожен прецедент може розглядатись як умовна імплікація виду
, | (6)
де
- вхідна ситуація, що має опис за допомогою множини правил представлення знань,
- рішення, що було прийняте в ситуації .
Множина прецедентів є накопиченим досвідом системи:
. | (7)
Таким чином, якщо задано деяку ситуацію та існує прецедент , можна стверджувати, що є приблизним (або правдоподібним) рішенням для ситуації . Більше того, чим ближче ситуація до ситуації , тим правдоподібніше, що є рішенням для .
Для знаходження ступеня близькості ситуації до ситуації і відповідно оцінки близькості рішення використовується функція подібності , на її основі будується відношення подібності між прецедентами та отримано міру подібності .
Далі подано визначення та структуру прецедентної системи та сховища прецедентів. Показано, що рішення може бути представлено за допомогою можливого плану дій.
Сформульовано головну задачу прийняття рішень у ситуації : є початкова і кінцева (цільова) ситуації, необхідно із множини управляючих впливів побудувати план дій , який, будучи застосованим до , дозволяє досягнути .
Сценарій розглянуто як кортеж, що складається з актуального стану системи (ситуації), цільового стану системи (та/або значень цільових факторів) та множини планів досягнення цільового стану. Для кожного плану може бути також представлено оцінку можливості його виконання:
, | (8)
де
– початкова ситуація;
– план;
– кінцева (цільова) ситуація у випадку виконання плану ;
– оцінка можливості досягнення цільової ситуації при виконанні плану .
Множина сумісних планів для деякої ситуації є множиною рішень множини прецедентів , що обрані з сховища прецедентів за ступенем близькості ситуації до .
Таким чином, прецедентна система є “перетворювачем” актуальної ситуації в сценарій рішення (рис. 2). Показано, що для побудови СППР необхідно розробити:
- метод формування бази прецедентів;
- метод вибору рішень;
- метод адаптації рішень за умови невисокої оцінки подібності ситуацій;
- метод оцінки якості вибору та прийняття рішень.
Формування бази прецедентів включає чотири фази:
- обчислення ваги ознак для визначення рівня значимості прецеденту в базі;
- кластеризації прецедентів за ознаками;
- отримання адаптаційних правил для кожної ознаки з використанням наближеного або нечіткого дерев рішень;
- вибору необхідної множини прецедентів на основі відношення -покриття та - досяжності.
Представлено алгоритми визначення вагових коефіцієнтів, кластеризації прецедентів та знаходження ступеню подібності.
Запропоновано нечіткий евристичний алгоритм пошуку адаптаційних правил, наведено алгоритм відбору репрезентативних прецедентів, що заснований на оцінці досяжності цільової ситуації.
Рис. 2. Схема функціонування сценарно-прецедентної СППР
Для створення методу та алгоритму вибору правил рішення в умовах невизначеності та дефіциту часу використано підхід на основі наближених множин. Оцінки ступеня близькості прецедентів подано лінгвістичними змінними.
Прецеденти оцінюються як такі, що:
- певно належать до визначеного класу прецедентів;
- певно не належать до визначеного класу прецедентів;
- можливо належать до визначеного класу прецедентів.
Ефективність та корисність отриманого рішення оцінюються методом зважування зі зворотнім зв’язком, що дає можливість класифікувати наслідки застосування прецедентів на позитивні та негативні.
СППР при оцінці поточної ситуації в якості допущення буде розглядати лише ті прецеденти, використання яких було успішним при прийнятті рішень в аналогічних ситуаціях раніше. Прецеденти, що мали негативні наслідки, використовують для індуктивного навчання.
Особливістю запропонованого сценарно-прецедентного підходу є можливість прийняття управлінських рішень в умовах неповної і частково суперечливої інформації та дефіциту часу, а також можливість перебору альтернатив розвитку подій, пов’язаних з наслідками прийнятих рішень.
Запропоновані моделі, методи та алгоритми в сукупності є теоретичною основою для розробки інтелектуальних систем підтримки прийняття рішень на основі сценарно-прецедентного підходу, у випадках, коли управлінські рішення базуються на плануванні в умовах невизначеності та динамічності середовища.
Використання сценарно-прецедентного підходу дозволяє суттєво знизити витрати часу на пошук рішення, надає можливість використання переваг обох компонент систем “людина-комп’ютер” – можливості порівняно швидкої обробки великих обсягів інформації з перебором можливих варіантів рішень та їх наслідків комп’ютером, та інтуїтивного вибору рішень людиною за допомогою досвіду.
У четвертому розділі визначено головні елементи інформаційної технології підтримки прийняття рішень (рис. 3) та розглянуто структуру СППР, що реалізує алгоритм адаптивного управління регіональним бюджетом на основі сценарно-прецедентного підходу. Загальну структуру СППР представлено на рис. 4.
Розроблена СППР інтегрує можливості сучасних засобів збору (підсистема моніторингу), аналітичної обробки (підсистема побудови динамічної моделі) і візуального представлення інформації (підсистема багатомірної візуалізації даних), а також підтримки групової діяльності експертів. Представлення якісної інформації на основі нечітких і наближених множин дозволяє врахувати в процесі прийняття рішень багато факторів, що впливають на динаміку фінансово-бюджетних процесів, це дозволяє автоматизувати процес, підвищити ефективність та якість управління бюджетом регіону.
Рис. 3. Інформаційна технологія управління бюджетом
Процес функціонування СППР у цьому випадку включає наступні етапи:
1) відбір з бази знань аналогічного прецеденту або множини прецедентів;
2) формування рішення з використанням інформації про аналогічні ситуації;
3) перегляд і корекція запропонованого рішення;
4) збереження в базі знань частини змінених, а також нових прецедентів, що можуть бути корисні надалі при вирішенні аналогічних задач.
Інформація від первинних джерел передається в підсистему моніторингу, робота якої заснована на порівнянні параметрів і властивостей фінансових потоків з визначеними базовими значеннями. Результат її роботи являє собою багатомірну базу даних, обов'язковими вимірами якої є час і множина контрольованих об'єктів. Зміст багатомірної БД аналізується підсистемою розпізнавання ситуацій, що працює на основі технології витягу знань із БД.
Рис. 4. Структура СППР управління бюджетом регіону
Підсистема побудови прецедентів з множини ситуацій формує прецеденти. Після формування прецеденту виробляється пошук йому подібних у сховищі прецедентів. Виконання цієї операції вимагає побудови функції подібності, що допускає варіювання параметрами часових проміжків і обсягів фінансових операцій. У результаті пошуку подібних може бути отримано кілька схожих прецедентів, що складають альтернативу можливого рішення; право вибору остаточного рішення залишається за особою, що приймає рішення.
Далі СППР може робити уточнення обраного рішення за допомогою бази знань (БЗ) про предметну область, заздалегідь підготовленої експертами. БЗ включає набір продукційних правил, що корегують параметри прийнятих рішень з урахуванням особливостей поточної ситуації та реалізації прецеденту.
Ефективність і корисність прийнятого рішення може бути оцінена шляхом подальшого моніторингу фінансових потоків, що дає можливість класифікувати прецеденти на такі, котрі привели до позитивних (або негативних) наслідків.
Підсистема навчання, що є складовою частиною СППР, аналізує отримані результати і робить упорядкування й узагальнення всього сховища прецедентів. Індуктивні правила, що є результатом роботи підсистеми навчання, додаються в БЗ про предметну область, і можуть бути використані при уточненні наступних рішень.
На прикладі реальних ситуацій, що склалися при управлінні доходною та видатковою частиною бюджету регіону, наведено механізм формування сценарію, побудови прецедентів та вибору корегуючи впливів.
Доведено, що реалізація СППР з управління бюджетом регіону на основі запропонованого підходу дозволяє істотно підвищити ефективність і якість управління бюджетом регіону, забезпечити ОПР необхідною для прийняття рішень інформацією.
У додатках міститься інформація щодо впровадження результатів дослідження. Наведено приклади застосування елементів створеної інформаційної технології при розробці інтелектуальної системи підтримки прийняття рішень по управлінню бюджетом регіону та інтелектуальної системи моніторингу, прогнозування та управління розвитком регіону. Приведено результати роботи СППР в реальних умовах управлінням бюджетом Херсонської області.
ВИСНОВКИ
У роботі розглянуто питання створення інформаційної технології підтримки прийняття рішень з управління бюджетом регіону на основі програмно-цільового підходу та сценарно-прецедентного підходу до прийняття рішень. У процесі проведення досліджень отримані наступні результати.
1. Показано, що підвищення ефективності та якості управління бюджетом регіону може бути досягнуто з використанням систем підтримки прийняття рішень, що засновані на сценарно-прецедентному підході.
2. Проведено аналіз існуючого рівня розвитку систем підтримки прийняття рішень, що використовуються для вирішення задач управління складними динамічними процесами, до яких належать фінансово-бюджетні процеси. Показано доцільність використання моделі управління бюджетом регіону на основі програмно-цільового підходу. Це дозволило визначити критерії та обмеження моделі та звести задачу пошуку управлінських рішень до задачі адаптивного планування.
3. Обґрунтовано побудову моделі управління бюджетом регіону на основі фільтру Калмана-Бьюсі за результатами спостережень параметрів стану динамічної системи.
4. Розроблено концепцію та технологію створення інтелектуальної системи підтримки прийняття рішень для управління бюджетом регіону, визначено та систематизовано особливості реалізації зазначеного класу систем, при цьому враховані такі суттєві чинники як масштабність і складність задач управління, необхідність взаємозв’язку виявлених проблем з загальною стратегією функціонування системи. Визначено критерії і етапи процесу відбору проблем для програмної реалізації, а також умови, при яких доцільне застосування програмно-цільових методів.
5. Показано, що через високу обчислювальну складність вирішення матричних рівнянь Ріккаті потрібно скорочувати число управлінських ситуацій, у яких таке вирішення необхідне. З урахуванням особливостей поставленої задачі управління для вибору керуючих впливів використано сценарно-прецедентний підхід, коли керуючий вплив визначається на основі прийнятих раніше в аналогічних ситуаціях рішень.
6. Визначено, що основою для формування бази прецедентів є сформований для визначених початкових умов і обмежень вектор рішень матричного рівняння Ріккаті.
7. Розвинуто та доповнено теоретичні основи підтримки прийняття рішень на основі сценарно-прецедентного підходу, розроблено метод гібридного сценарно-прецедентного виводу для прийняття рішень в умовах невизначеності та ліміту часу. Це дозволило отримати формальний опис процесу формування та адаптивного планування бюджету регіону та розробити метод та алгоритм адаптивного управління бюджетом регіону.
8. Створено інформаційну технологію підтримки прийняття управлінських рішень з управління бюджетом регіону, яка використовує програмно-цільовий підхід із застосуванням гібридних сценарно-прецедентних методів прийняття рішень, що підвищує якість та ефективність оперативного управління виконанням бюджету. Запропонований метод оцінки якості прийнятих управлінських рішень дозволяє оцінювати якість та ефективність функціонування системи підтримки прийняття рішень.
9. Результати проведених досліджень використані при розробці систем підтримки прийняття рішень з управління бюджетом міста Херсона та Херсонської області. Отримані результати довели ефективність застосування розроблених моделей, методів та алгоритмів, що підтверджує достовірність теоретичних положень та висновків дисертаційної роботи.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ
1. Шерстюк В.Г., Бень А.П., Маломуж Т.В. Разработка интеллектуальной системы поддержки принятия решений при формировании областного бюджета // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2002. – №1(14). – С. 300-303.
Автором запропонована концепція реалізації СППР по управлінню бюджетом регіону на основі сценарно-прецедентної моделі та метод управління СППР за допомогою множин покриття та досяжності прецедентів.
2. Шерстюк В.Г., Бень А.П., Маломуж Т.В. Метод формирования базы прецедентов в интеллектуальной системе поддержки принятия решений // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2002. – №2(15). – С. 505-509.
Автором розроблено алгоритми визначення вагових коефіцієнтів, кластеризації прецедентів та знаходження ступеню подібності.
3. Шерстюк В.Г., Бень А.П., Маломуж Т.В. Структура системы поддержки принятия решений по управлению бюджетом региона // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2003. – №2(18). – С. 81-85.
Автором запропоновані структура і принципи функціонування СППР по управлінню бюджетом регіону, заснованої на сценарно-прецедентному підході.
4. Шерстюк В.Г., Бень А.П., Маломуж Т.В. Оптимальное управление региональным бюджетом на основе сценарно-прецедентного подхода // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2003. – №3(19). – С. 455-458.
Автором розроблена модель управління бюджетом регіону, що використовує фільтр Калмана-Бьюсі для оцінки параметрів стану за результатами спостережень.
5. Шерстюк В.Г., Бень А.П., Маломуж Т.В. Метод оптимального управления процессами регионального развития // Вестник Кременчугского государственного политех-ни-чес-кого университета. – 2003. – №3(20) . – С. 166-170.
Автором розроблений алгоритм адаптивного управління бюджетом регіону на основі програмно-цільового підходу.
6. Шерстюк В.Г., Бень А.П., Маломуж Т.В. Адаптация управленческих решений в интеллектуальной системе поддержки принятия решений по планированию областного бюджета // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2003. – №1(17) . – С. 78-85.
Автором запропоновані формальна модель адаптивного планування бюджету регіону на основі гібридного сценарно-прецедентного підходу та метод адаптивного управління бюджетом регіону.
7. Бабенко Н.И., Крючковский Д.А., Маломуж Т.В. Методы снижения влияния факторов субъективности и неопределенности в системах поддержки принятия решений // Автоматика, автоматизация, электроника и компьютерные системы. – 2003. – №1(11). – С. 116-120.
Автором розроблено метод зменшення впливу суб’єктивних факторів при використанні експертних оцінок в гібридній сценарно-прецедентній СППР.
8. Бардачов Ю.М., Маломуж Т.В., Шерстюк В.Г. Класифікація ситуацій в умовах невизначеності за допомогою наближених множин // Науковий вісник Миколаївського гуманітарного інституту ім. П. Могили. – 2004. – №1(3). – С. 129-137.
Автором розроблені метод та алгоритм вибору правил рішення в умовах невизначеності на основі класифікації прецедентів за допомогою наближених множин.
9. Шерстюк В.Г., Бень А.П., Маломуж Т.В. Метод выбора решающих правил в системе поддержки принятия финансовых решений на основе прецедентов // Сб. материалов Открытых научно-методических чтений “Математика для экономики и экономистов: проблемы преподавания и использования”. – Херсон. – 2002. – С. 85-86.
Автором запропоновано метод пошуку даних на основі наближених множин і представлення якісної інформації нечіткими множинами та лінгвістичними змінними.
10. Бардачев Ю.Н., Бень А.П., Маломуж Т.В. Интеллектуальная система поддержки принятия решений по планированию областного бюджета // Сб. трудов научно-практической конференции “Напрями соціально-економічного розвитку територіальних громад”. – Н. Каховка. – 2002. – С. 127-131.
Автором досліджено спосіб формування керуючих впливів на бюджет регіону за допомогою сценаріїв.
11. Бардачев Ю.Н., Маломуж Т.В., Шерстюк В.Г. Интеллектуальная система поддержки принятия решений по управлению финансово-бюджетными процессами в регионе // Сб. трудов VIII Международной научно-практической конференции “Информационные технологии в экономике, менеджменте и бизнесе”. – Киев. – 2002. – С. 257-262.
Автором подано визначення та характеристики процесу управління бюджетом регіону, виконано постановку задач стратегічного та оперативного управління бюджетом.
12. Бардачев Ю.Н., Маломуж Т.В., Шерстюк В.Г. Программно-целевое управление региональным бюджетом // Сб. трудов научно-практической конференции “Прогнозирование социально-экономического развития Херсонской области”. – Херсон. – 2003. – С. 181-186.
Автором розроблено модель управління бюджетом регіону на основі програмно-цільового підходу, досліджені критерії та обмеження моделі.
13. Шерстюк В.Г., Бень А.П., Маломуж Т.В. Интеллектуальная система поддержки принятия решений по управлению финансово-бюджетными процессами в регионе // Сб. тезисов докладов конференции “Контроль и управление в сложных системах-2003”. – ВНТУ. – Винница. – 2003. – С. 216-217.
Автором запропоновано метод оцінки якості прийнятих управлінських рішень на основі моделі зважування зі зворотнім зв’язком.
14. Шерстюк В.Г., Бень А.П., Маломуж Т.В., Крючковский Д.А. Оптимальное управление социально-экономическими процессами на уровне региона // Сб. тезисов докладов V Международной научно-практической конференции “Системный анализ и информационные технологии”. – Киев. – ИПСА. – 2003. – С. 218-219.
Автором досліджено критерії якості оперативного управління бюджетом регіону.
15. Бень А.П., Бабенко Н.И., Крючковский Д.А., Маломуж Т.В., Шерстюк В.Г. Сценарно-прецедентный подход к формированию альтернатив в интеллектуальной системе поддержки принятия решений // Сб. тезисов докладов І-й Всеукраинской научно-практической конференции “Математическое и программное обеспечение интеллектуальных систем”. – Днепропетровск. – 2003. – С. 4-5.
Автором запропоновано метод гібридного сценарно-прецедентного прийняття рішень для СППР по управлінню бюджетом регіону.
16. Маломуж Т.В., Бардачев Ю.Н. Интеллектуальная система управления бюджетом региона // Сб. тезисов докладов 8-го Международного молодежного форума “Радиоэлектроника и молодежь в 21 веке”. – 2004. – Харьков. – ХНУРЭ. – С.188-189.
Автором розроблено метод формування бази прецедентів для визначених початкових умов і обмежень на основі вектору рішень матричного рівняння Ріккаті.
АНОТАЦІЯ
Маломуж Т.В. Моделі та інформаційна технологія підтримки прийняття рішень з управління бюджетом регіону. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. – Херсонський державний технічний університет, Херсон, 2004.
Дисертація присвячена питанням створення інформаційних технологій з управління бюджетом регіону. Розглянуто методи і технології формування і управління бюджетом регіону, представлено концепцію та розроблено елементи нової інформаційної технології для оперативного управління виконанням бюджету регіону.
Вперше запропоновано модель оптимального управління бюджетним процесом у регіоні на основі програмно-цільового підходу, визначено критерії та обмеження моделі. Використано системний підхід, методи ідентифікації та адаптації, теорії нечітких та наближених множин, програмно-цільового та оптимального управління.
Запропоновано формальну модель прийняття управлінських рішень в системі підтримки прийняття рішень для адаптивного планування бюджету регіону на основі гібридного сценарно-прецедентного виводу, розроблено метод адаптивного управління бюджетом регіону та реалізовано алгоритм адаптивного управління.
Теоретичні результати роботи перевірено та підтверджено при розробці ряду програмних модулів в прикладних програмних системах, впроваджених в Головному фінансовому управлінні та в Управлінні економіки Херсонської обласної державної адміністрації.
Ключові слова: інформаційна технологія, бюджет регіону, адаптивне управління, програмно-цільове управління, сценарно-прецедентний підхід, система підтримки прийняття рішень.
АННОТАЦИЯ
Маломуж Т.В. Модели и информационная технология поддержки принятия решений по управлению бюджетом региона. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. – Херсонский государственный технический університет, Херсон, 2004.
Диссертация посвящена вопросам создания информационных технологий по управлению бюджетом региона. Целью исследования является развитие теории и методологии создания систем поддержки принятия решений (СППР) по управлению бюджетом региона, а также разработка информационных технологий принятия решений, базирующихся на принципах оптимального и программно-целевого управления. В работе проведен системологический анализ бюджета региона: определено его место в бюджетной системе Украины, состав, структура и особенности формирования доходной и расходной частей. Рассмотрены методы и технологии формирования и управления бюджетом региона, представлена концепция и реализованы элементы новой информационной технологи оперативного управления исполнением бюджета региона.
Впервые предложена модель управления бюджетным процессом в регионе на основе программно-целевого подхода, определены критерии и ограничения такой модели. В качестве теоретической базы использован системный подход, методы идентификации и адаптации, теории нечетких и приближенных множеств, программно-целевого и оптимального управления. Развиты и дополнены теоретические основы принятия решений на основе сценарно-прецедентного подхода, разработан метод гибридного сценарно-прецедентного вывода для принятия решений в условиях неопределенности и временных ограничений, являющихся характерными для бюджетных процессов. В результате получено формальное описание процесса формирования и адаптивного планирования бюджета региона, а также разработан алгоритм управления им.
Использование результатов исследования в процессе функционирования СППР позволило в случае изменения ситуации (целей, объемов ресурсов, сроков и т.п.) сократить время, необходимое для анализа ситуации и принятия решений, оперативно вносить коррективы в процесс исполнения бюджета.
Разработанные модели, методы и алгоритмы были применены при разработке ряда программных модулей в прикладных программных системах “Интеллектуальная система поддержки принятия решений по управлению бюджетом региона” и “Интеллектуальная система мониторинга, прогнозирования и управления развитием региона”, внедренных в Главном финансовом управлении и в Управлении экономики Херсонской областной государственной администрации.
Ключевые слова: информационная технология, бюджет, адаптивное управление, программно-целевое управление, сценарно-прецентный подход, система поддержки принятия решений.
SUMMARY
Malomuzh T.V. Model and information technology of
