ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЮРКОВ ДМИТРО ОЛЕКСАНДРОВИЧ

УДК 681.32

УПРАВЛІННЯ ОРГАНІЗАЦІЙНОЮ СИСТЕМОЮ

НА ОСНОВІ ПОВЕДІНКОВОЇ МОДЕЛІ ЛЮДИНИ В СЕРЕДОВИЩІ

ВИРОБНИЧОГО СОЦІУМУ

Спеціальність: 05.13.06 - Автоматизовані системи управління і

прогресивні інформаційні технології

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Донецьк - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Східноукраїнському національному університеті імені Володимира Даля Міністерства освіти і науки України, на кафедрі автоматики і систем управління

Науковий керівник: заслужений діяч науки і техніки України, доктор технічних наук, професор Войлов Юрій Григорович, завідувач кафедри “Автоматика і системи управління”, Східноукраїнський національний університет імені Володимира Даля.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Скобцов Юрій Олександрович, завідувач кафедри “Автоматизовані системи управління”, Донецький національний технічний університет;

доктор технічних наук, професор Нефьодов Леонід Іванович, завідувач кафедри “Автоматизація і комп'ютерно-інтегрованi технології”, Харківський національний автомобільно-дорожній університет.

Провідна організація: Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”, м. Київ.

Захист відбудеться “__16___” _грудня__ 2005 р. о _13__ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 11.051.08 у Донецькому національному університеті за адресою: 83055, м. Донецьк, пр. Театральний, 13, корп. 4, ауд. 416

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Донецького національного університету за адресою: 83055, м. Донецьк, вул. Унiверситетська, 24, головний корпус.

Автореферат розісланий “_03___”__листопада___ 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої

ради К 11.051.08 Шевцов Д. В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Успішне вирішення завдань управління різноманітними об'єктами (у тому числі і організаційними системами), в яких невід'ємною частиною структури є людина, завжди мало надвисокий суспільний пріоритет незалежно від соціального устрою суспільства і його економічної формації. При цьому метою функціонування організаційної структури, яка досягається ухваленням тих або інших управлінських рішень, завжди є підвищення ефективності функціонування організації. Аналогічні завдання доводиться вирішувати і у випадку, якщо управління мусить забезпечувати в певних межах підтримку виробничого процесу.

Значна частина невизначеності, в умовах якої доводиться ухвалювати управлінські рішення, обумовлена “людським чинником”, коли не завжди можна передбачити поведінку людини, коли на неї діють чинники виробничого соціуму. У зв'язку з інтенсифікацією праці і пов'язаним з нею постійним упровадженням нововведень у виробничий процес, умови праці людини ніяк не можна вважати стабільними або постійними. Більш того, не можна вважати постійним і сам стан людини, який змінюється в часі (відповідно до ходу виробничого процесу) залежно від багатоманітних умов. Така ситуація, у свою чергу, провокує певну реакцію людини на зміну умов функціонування, яка не описується лінійними рівняннями і залежить не тільки від значень певних параметрів виробничого процесу і людини, але і від поєднання значень цих параметрів.

Це обгрунтовує актуальність вирішення завдань управління організаційними системами на основі складних, нелінійних динамічних поведінкових моделей людини в середовищі виробничого соціуму, дослідження яких дозволить відповісти на запитання, як поєднання умов функціонування впливає на реакцію людини і продуктивність її праці, а, отже, на ефективність організаційної системи в цілому.

Крім того, вибір управляючої дії на систему може бути сформований тільки з урахуванням можливої реакції людини, яка є елементом структури організаційної системи, і оцінку цієї реакції можна одержати на основі дослідження прогнозної моделі. Все це підтверджує актуальність розробки і дослідження математичних моделей так званого “людського чинника” з метою підвищення ефективності ухвалення управлінських рішень для будь-якої організаційної системи.

Необхідно також відзначити, що нелінійні системи, до яких відноситься людина, мають схильність до біфуркацiй, у зв'язку з чим вирішення завдання попередження біфуркацій шляхом управління параметрами системи або її структурою є також актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконана впродовж 20022004 рр. відповідно з планом держбюджетної науково-дослідної роботи: БКТ-1-02 “Розробка і удосконалення систем і елементів автоматизованого управління і контролю на базі обчислювальної і мікропроцесорної техніки для різних виробничих підрозділів і технологічних комплексів”.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності управління організаційною системою на основі динамічної поведінкової моделі індивіда в середовищі виробничого соціуму як складової частини системи.

Для досягнення вказаної мети в дисертаційній роботі розв'язуються задачі:

· аналізу сучасного стану питання побудови математичних моделей поведінки індивіда у виробничому середовищі;

· формулювання принципу синтезу моделей;

· виявлення і обгрунтування ознак в стані організаційної системи, які свідчать про необхідність корекції управляючих дій на систему;

· розробки алгоритмів підтримки ухвалення управлінських рішень;

· розробки і обгрунтування практичних пропозицій з реалізації автоматизованої системи контролю ефективності використання індивідом тимчасового ресурсу.

Об'єктом дослідження є людина (індивід) в структурі виробничої системи (виробничого соціуму).

Предметом дослідження є поведінкові моделі і синтезовані на їх основі алгоритми управління організаційними системами.

Методи дослідження. Вирішення сформульованих у дисертаційній роботі завдань базується на використані методів системного аналізу, теорії систем автоматичного управління, теорії стійкості, теорії диференціальних рівнянь, методів теорії вірогідності і математичної статистики, методів експертних оцінок.

Наукова новизна роботи полягає в таких положеннях:

· одержано математичну модель функціонування індивіда в середовищі виробничого соціуму з урахуванням його психофізіологічних характеристик;

· створено нові концептуальні і методологічні основи контролю ефективності використання часового ресурсу індивідом;

· науково обгрунтовано критерії необхідності ухвалення управлінських рішень при потоковому характері вхідних завдань. Таким критерієм обгрунтоване відхилення вхідного потоку завдань від пуассоновського;

· запропоновано методику кількісної оцінки основних психофізіологічних параметрів індивіда і обгрунтовано їх метрізацiю.

Практичне значення одержаних результатів. В результаті проведених досліджень створено модель функціонування індивіда в структурі виробничої системи, яка дозволяє виявити “вузькі місця” у функціонуванні як існуючої системи управління, так і прогнозувати зміну її ефективності при ухваленні різних виробничих рішень. Запропоновано критерій підбору і розстановки персоналу для виконання завдань, пов'язаних із специфікою конкретного виробництва. Розроблені в рамках проекту технології моніторингу ефективності персоналу дозволяють упровадити їх практично в будь-який виробничий процес, пов'язаний з обробкою потоку завдань. Одержані результати використовуються для підготовки або підвищення кваліфікації управлінського персоналу.

Отримано практичні результати, які дозволяють контролювати використання індивідом особистого часового ресурсу. Розроблені моделі, алгоритми і інформаційні технології знайшли застосування в системах контролю ефективності роботи персоналу різних організацій, що супроводжується відповідними актами про упровадження.

Особистий внесок пошукача. Особисто автору належать всі основні положення і результати дисертаційної роботи, які виносяться на захист, зокрема:

· побудова моделі реакції індивіда на одиничне вхідне завдання;

· побудова моделі реакції індивіда на потік завдань;

· формулювання критеріїв ефективності функціонування індивіда в структурі виробничого середовища;

· методика кількісної оцінки психофізіологічних параметрів індивіда для конкретного виробничого соціуму.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і висновки дисертаційної роботи докладалися і обговорювалися на науковій конференції професорсько-викладацького складу і науковців СНУ їм. В.Даля "Наука 2004" квітень 2004, Луганськ, Україна; об'єднаних наукових семінарах Східноукраїнського національного університету iменi Володимира Даля (Луганськ, 2002 2005 рр.); Міжнароднiй науково-методичнiй конференції: математичні методи і інформаційні технології в управлінні, освіті, науці і виробництві “МатІнформТех 2005” травень 2005, Маріуполь; III Міжнароднiй науковiй конференції “Моделі і інформаційні технології в управлінні соціально-економічними, технічними і екологічними системами”: квітень 2005, Луганськ, Україна; III Міжнароднiй науково-технічнiй конференції “Інформаційна техніка і електромеханіка”: квітень 2005, Луганськ, Україна.

Публікації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані в 7 друкованих роботах, з яких 5 статті в наукових спеціальних виданнях є основною і відповідають вимогам ВАК України, 2 роботи опубліковані в працях наукових конференцій.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із змісту, вступу, чотирьох розділів і висновку, викладених на 139 сторінках машинописного тексту, основний текст 128 сторінок, містить 36 рисунків, 1 таблицю, список літературних джерел з 151 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано цілі і завдання дослідження, перераховано основні положення, які виносяться на захист.

У першому розділі наведено результати аналізу сучасного стану досліджень у галузі моделювання поведінки людини в структурі виробничого соціуму і на основі цього управління організаційною системою, куди людина входить як складова частина.

Результати аналізу дозволили зробити висновок про те, що сьогодні переважає описовий підхід до проблеми моделювання функцій людини, а також надали можливість виділити особливості функціонування індивіда в середовищі виробничого соціуму, які необхідно враховувати при розробці поведінкових моделей людини з точки зору управління організаційною системою, де вона є складовою частиною структури. Все це дозволило зробити ряд узагальнень і сформулювати цілі і завдання досліджень даної роботи.

У роботі виділений і досліджений один з поширених аспектів людської діяльності, який не залежить від виду того виробничого соціуму, в якому знаходиться індивід, обробка потоку завдань, що надходять.

На відміну від біологічних систем, де інформаційні процеси описуються простими функціональними залежностями вигляду реакція=(сигнал), в організаційних системах зв'язок сигнал - реакція вже не має характеру рефлексу, оскільки людина на основі інформації ухвалює певне управлінське рішення. Ця залежність, по-перше, є складним оператором, і, по-друге, не однозначна, оскільки доводиться враховувати суб'єктивний чинник. Даними обставинами не вичерпуються складності при побудовi моделей, що описують функціонування людських колективів. Людина володіє здатністю аналізувати процеси, що відбуваються, передбачати результати своїх дій, будувати гіпотези про поведінку інших суб'єктів, передбачати їх дії і т.д. Тому зворотні зв'язки, які виникають в людському суспільстві, і управління процесами в ньому не можуть бути реалізовані за допомогою простих функцій поведінки рефлексного типу. У організаційних системах об'єктом управління є не людина, а та сукупність її зв'язків (відносин) із зовнішнім середовищем, які і утворюють систему, куди вона органічно вписується як складова частина і, впливаючи на яку, можна одержати зміну параметрів функціонування всієї організаційної системи відповідно до цілей і завдань, бажаних для управління.

Математичний опис, тобто математичне моделювання функціонування людини в умовах виробничого соціуму, перетворився на розвинений науковий напрям. Сформувалися і активно розвиваються декілька наукових напрямів, методи дослідження яких дозволяють розглянути моделі функціонування індивіда з різних точок зору і якi застосовуються для опису окремих аспектів людської діяльності. В якості таких методiв у першому розділі розглянуті підходи до побудови моделей в теорії активних систем, інженерної і професійної психології, теорії менеджменту.

На основі узагальнення недоліків вищеназваних методів моделювання організаційних систем і управлінських рішень зроблено висновок про те, що проблема побудови адекватних математичних моделей і на їх основі ефективного управління організаційними системами далека від остаточного рішення навіть у вузькій, обмеженій постановці. На підставі виконаного аналізу у висновках першого розділу сформульовано завдання досліджень.

Другий розділ дисертаційної роботи присвячений розробці і дослідженню моделі процесу обробки потоку завдань індивідом, який знаходиться в середовищі виробничого соціуму. Розробка моделі виконана таким чином: на підставі численних досвідчених даних визначено характер залежності швидкості виконання виробничих операцій від довжини черги завдань. Оскільки зрештою процес обробки всього потоку складається з обробки окремих завдань, то за наявності черги збільшення швидкості обробки завдань може бути досягнуте тільки завдяки змінi швидкості виконання кожного завдання окремо. Окреме завдання фактично є для людини подразником, на який мусить послідувати відповідь його обробка. На підставі цього висновку запропоновано підхід до розробки моделі реакції людини на одиничне вхідне завдання. Як математичну модель такої реакції автором запропоновано використовувати лінійне диференціальне рівняння другого порядку:

, (1)

де кількість елементарних операцій, які людина виконала у даний момент часу; постiйнi зусилля, що прикладаються для цього індивідом; рівень стомлення людини на одну виконану операцію; коефіцієнт чутливості індивіда до поточної швидкості виконання операцій. Фізична природа даної системи не допускає наявності коливальних процесів (кількість виконаних операцій з часом тільки збільшується), і це накладає певні обмеження на значення параметрів , і , що наведено в дисертаційній роботі.

Для практичного використання моделі вибрано і обґрунтовано інтерпретацію коефіцієнтів рівняння (1) і запропоновано методи їх кількісної оцінки. Оскільки для параметра не має значення фізична природа того чинника, який він описує, його суть визначається виходячи з виду виконуваних робіт (рівень знань після підготовчих курсів, здатність ухвалювати певні рішення і т.і.), тобто параметр визначає рівень підготовки людини до певного виду робіт. Аналогічно, параметр визначає рівень стомлення людини на одну виконану операцію. Це може бути не тільки фізична, але і психологічна, моральна та інша утомленість. Коефіцієнт визначає чутливість людини до швидкості виконання роботи (інтенсивності виконання завдань). Ця величина інтерпретована як вплив зовнішнього середовища на систему, тобто рівень дискомфорту (або виробничих умов праці), в яких функціонує індивід.

Для кількісної оцінки понять “утомленість” і “дискомфорт” запропоновано методику експертних оцінок, яка використовує метрику на підставі шкал, введених угодою, і дозволяє набути значення параметра рівнянь моделі (незалежно від одиниць вимірювання) або безпосередньо як коефіцієнт, або як основу для обчислення цих коефіцієнтів. Для визначення шкали використані ідеї теорії лінгвістичної змінної, розробленої Л. Заде з опорою на уведене ним же поняття нечітких множин.

При використанні в дисертаційній роботі поняття лінгвістичної змінної не застосовувалися правила граматики і відповідних перетворень функцій приналежності. При введенні будь-якої лінгвістичної змінної перераховувалися всі можливі терми, і тим самим виконувалися перетворення функції приналежності при переході від атомарного терма до складового.

На прикладі лінгвістичної змінної – “стомлення” або “утомленість” наведено приклад отримання кількісної оцінки чинника. Базова змінна вимірювалася в умовних балах із завданням максимального бала шкали (мінімальна утомленість, тобто її відсутність, позначається нулем балів). Максимальне значення вибиралося з вимог достатньої точності оцінки категорії. Наприклад, для оцінки впливу утомленості використана 100-бальна шкала, а для оцінки впливу дискомфортності шкала приймалася 5-бальною, тобто всього декількох градацій рівня дискомфортності. Оцінки значень кожного параметра в балах одержані шляхом опиту експертів, тобто як середні значення. Оскільки використання експертних оцінок, виражених в балах, безпосередньо в рівнянні (1), не є можливим, тому що відсутні масштабні коефіцієнти між значеннями , початкове диференціальне рівняння (1), зображено у видi

, (2)

де , і – масштабні множники для кожної експертної оцінки. У дисертації показано, що при можливості одержати таблицю значень функції масштабні множники визначаються шляхом розв’язку системи трьох лінійних рівнянь.

Проте рівняння (1), використане як модель реакції людини на одиничне завдання, при постійних значеннях коефіцієнтів визначає незалежність швидкості виконання кожної операції від довжини черги, інтенсивності вхідного потоку або інших чинників, що суперечить дослідним даним. Дана суперечність в дисертаційній роботі усунена шляхом уточнення одержаної моделі.

Оскільки індивід в процесі роботи прагне підтримувати певну швидкість виконання операцій і не створювати занадто велику чергу, при зростанні черги він прагнутиме збільшити і швидкість обробки завдань. Проте при зростанні черги і збільшенні інтенсивності виконання операцій наростає і відчуття “дискомфорту”. У зв'язку з цим не можна вважати, що коефіцієнт є константою. Звідси витікає, що

, (3)

де – поточна швидкість виконання операцій, оцінка постійних умов праці, які не залежать від інтенсивності роботи і об'єму завдань, що накопичився, коефіцієнт чутливості індивіда як до швидкості роботи, так і до об'єму завдань, що накопичився, – поточна довжина черги завдань, що накопичилися.

Оскільки людина прагне підтримувати розмір черги на певному рівні, і, отже, при зростанні черги їй необхідно докладати більше зусиль, щоб зупинити це зростання, коефіцієнт також не можна вважати константою. Таким чином, автором запропоновано, що

, (4)

де мінімальні зусилля, які не залежать від довжини черги і які людина докладає для виконання завдань, додаткові зусилля індивіда на одиницю довжини черги, – поточна довжина черги.

В результаті рівняння (1) набуде види

, (5)

або з урахуванням того, що

. (6)

З урахуванням впливу поточної швидкості виконання завдань на швидкість росту черги

, (7)

де інтенсивність надходження завдань на обробку, модель процесу функціонування індивіда набуває вид системи рівнянь:

(8)

На рис. 1 наведено одержану експериментально зміну довжини черги з часом і розв’язок системи рівнянь (8), знайдене за допомогою чисельних методів. Система рівнянь (8) описує якісно як динаміку процесу обробки завдань, так і залежності швидкості виконання завдань і кількості виконаних операцій. Підсумком досліджень, результати яких наведено в другому розділі, є математична модель процесу функціонування індивіда в потоці завдань, одержана шляхом непараметричної ідентифікації системи на основі наявних дослідних даних.

Рис. 1. Реальна (ламана) і модельна (гладка) криві зміни довжини черги завдань з часом

У третьому розділі виконано дослідження одержаних моделей на предмет аналізу динаміки системи в околі особливих точок, відповідних станам рівноваги, оскільки біфуркації особливих точок приводять до зміни фазового портрета системи, тобто до зміни її поведінки за незначною зміною параметрів, що може зажадати інших управлінських рішень. Крім того, параметри практично будь-якої реальної системи не залишаються постійними тривалий час як з природних причин, так і у зв'язку з необхідністю управління системою. Дослідження стійкості системи в околиці особливих точок виконане на підставі теореми Ляпунова про стійкість руху за першим наближенням шляхом аналізу характеру зміни фазових портретів системи залежно від її параметрів з розкладанням в ряд Тейлора рівняння , де деяка фазова траєкторія, породжувана системою (8), а близька траєкторія, що реалізується за дещо зміненій початковій умові (і векторні функції):

, (9)

де -й залишковий член формули Тейлора; матриця, складена з частинних похідних компонент векторної функції за компонентами вектора :

. (10)

Оскільки , то рівняння еволюції малого збурення у лінійному наближенні описується рівнянням в матричній формі:

. (11)

Стійкість фазової траєкторії в околі досліджуваної точки оцінювалася за допомогою критерію Гурвіца за знаком коренів характеристичного рівняння системи (11)

. (12)

З критерію Гурвіца для умови асимптотичної стійкості , , та очевидно, що умова не виконується, з чого випливає висновок, що за будь-яких параметрів системи, що допускаються фізичною моделлю індивіда, дана система не може бути асимптотично стійкою. Таким чином, індивід, що функціонує за своїми внутрішніми законами і не піддається управлінню ззовні, не є асимптотично стійкою системою в будь-якому діапазоні параметрів, які можуть бути фізично реалізовані.

Для випадку, якщо людина не втомлюється і кількість випущеної продукції не є параметром системи (важлива тільки швидкість випуску), рівняння (8) набуде виду

(13)

де , за якого система (13) знаходиться в рівновазі, визначається з квадратного рівняння як

. (14)

Оскільки у фізичній моделі індивіда значення <0 не має сенсу, оскільки швидкість поповнення черги завдань не може бути негативною, для дослідження залишається тільки одна точка рівноваги: . Дослідження системи на стійкість в даному випадку показує, що умовою стійкості системи є виконання таких нерівностей

(15)

звідки витікає, що перша нерівність виконується завжди, а друга нерівність може виконуватися тільки у випадку, якщо . Коефіцієнт визначає, скільки додаткових зусиль докладає людина залежно від об'єму завдань, що накопичився, тобто фактично це рівень “відчуття відповідальності” конкретного індивіда. Таким чином, працівник з високим відчуттям відповідальності може забезпечити системі стійкість функціонування, правда, тільки на тимчасовому проміжку, коли його утомленістю можна нехтувати.

Розв’язок характеристичного рівняння системи (11) в околі точки рівноваги виглядає так

, (16)

що при певних співвідношеннях між коефіцієнтами рівнянь (13) і фізично допустимих режимах роботи в системі дає точки рівноваги типу вузол, сідло або фокус.

Всі вищевикладені моделі процесу функціонування індивіда побудовані на припущенні, що інтенсивність вхідного потоку завдань підкоряється пуассоновському закону, наприклад, при обробці завдань, що надходять з конвеєра. Проте для випадку, коли є можливість штучної маніпуляції чергою з боку індивіда (обслуговування “живої” черги клієнтів у банку), потрібне уточнення моделі, яке виконане у виді

, (17)

де інтенсивність природного вхідного стаціонарного потоку.

Характер величини залежить від поточної довжини черги таким чином: чим більше черга, тим меншу частку вхідних завдань оператор штучно повертає в чергу. Через експоненціальний характер реакції людини на зовнішню дію залежність частки повернень в чергу зображена рівнянням

, (18)

де граничне значення повернень.

Підставлений після диференціювання вираз (18) в систему рівнянь (8) дозволяє одержати модель процесу обробки потоку завдань, що надходять, для випадку наявності штучної маніпуляції чергою з боку оператора, який обслуговує потік:

(19)

Одержана модель є прогнозною для вирішення завдань управління організаційною системою і, зокрема, задач оптимізації чисельності персоналу. Як параметричний образ моделі запропонована узагальнена характеристика індивіда психофізіологічна матриця, яка містить коефіцієнти рівняння (8), ранжирувані в інтервалі значень відповідно оцінкам експертної методики.

Моделювання функціонування індивіда в різному діапазоні коефіцієнтів рівняння дозволило одержати “ресурсну смугу” людини для прийнятих параметрів системи.

Приклад повної психофізіологічної матриці для основних параметрів рівняння (19) з вибраними базовими і граничними рівнями їх діапазонів зображений виразом (20).

. (20)

Область можливих варіацій властивостей індивіда в просторі значень показана на рис. 2. Психофізіологічна матриця фактично визначає діапазон функціональних можливостей людини для певного виду діяльності. Визначення коефіцієнтів цієї матриці виконується на основі експертних оцінок з використанням різних тестових методик. Це дозволяє не тільки формалізувати підбір персоналу для певного виду виробництва, але і вирішувати завдання оптимізації організаційної структури з урахуванням “людського чинника”.

Рис. 2. Параметрична множини матриці М в просторі значень

У четвертому розділі розглянуто питання практичної реалізації одержаних результатів досліджень на прикладі функціонування бригади робітників в умовах складального виробництва і діяльності операційного відділу комерційного банку. Показано, як з використанням одержаних моделей процесу функціонування індивіда забезпечується управління організаційною системою практично будь-якої складності завдяки спрямованій і обґрунтованій корекції психофізіологічних параметрів окремих індивідів.

У разі неможливості досягнення цілей управління організаційною системою тільки за рахунок корекції психофізіологічних параметрів працівників, виконується оптимізація календарних планів виробництва з аналізом і прогнозуванням результатів планування на основі розроблених моделей. Оптимізація здійснюється шляхом варіювання часу виконання окремих операцій і усього процесу в цілому за рахунок перерозподілу послідовності виконуваних робіт між різними індивідами з різними психофізіологічними параметрами. Фактично оптимальність організаційної системи з підвищенням ефективності її функціонування досягається завдяки концентрації певної частини персоналу в певний момент часу на виконанні певного виду робіт з урахуванням різноманітних обмежень (технологічних, адміністративних, юридичних, професійних та інших).

Вибір якнайкращого управлінського рішення завдяки варіантам оптимальної розстановки персоналу за технологічними операціями реалізований з використанням генетичних алгоритмів, оскільки широко відомі класичні методи вирішення комбінаторних завдань, і зокрема завдань оптимізації, або недостатньо ефективні, або повністю непридатні для нашого випадку.

Особливість використання генетичних алгоритмів у завданнях оптимізації полягає в індивідуальності вiднайдення параметрів алгоритму під конкретне завдання. На ефективність пошуку оптимальних рішень генетичним алгоритмом впливають такі параметри генетичного алгоритму, як:

· потужність популяції, що визначає кількість сформованих рішень на первинному етапі роботи алгоритму;

· вірогідність схрещування;

· вірогідність мутації.

За наслідками експериментальних досліджень, проведених для оцінки параметрів генетичного алгоритму в умовах оптимізації параметрів організаційної системи управління складальним виробництвом з бригадною формою організації праці (рис. 34), одержано такі результати:

· Максимальна ефективність пошуку генетичним алгоритмом рішень, близьких до оптимального, забезпечується при потужності популяції на рівні 1700.

· Вірогідність операції кросинговера має знаходитися на рівні 0,8.

· Значення вірогідності мутації має знаходитися на рівні 0,02.

· Середнє відхилення рішення від оптимального при даному поєднанні параметрів становить від 3% до 5%.

Якість управляючих дій і їх ефективність залежать від своєчасності і повноти одержуваної інформації про стан індивіда, а також оптимальності ухвалюваних рішень. Забезпечення цих вимог зумовило структуру створеного в результаті дисертаційної роботи програмного комплексу моніторингу ефективності використання часового ресурсу.

Рис. 3. Вплив потужності популяції на ефективність пошуку рішення

Рис. 4. Залежність середнього відхилення (у %) від оптимального результату

від вірогідності кросинговера

Даний комплекс містить в собі:

· підсистему реєстрації тимчасових параметрів потоку вхідних і вихідних завдань;

· підсистему планування;

· підсистему реєстрації тимчасових параметрів потоку вхідних і вихідних завдань;

· підсистема моніторингу тимчасового ресурсу кожного з індивідів, задіяних у виробничому процесі;

· підсистему аналізу поточних даних, що дозволяє в простій і доступній формі відображати поточний стан процесу і аналізувати його.

При реалізації програмного комплексу значна увага надана наочності подання інформації про поточний стан системи, що зумовило простоту його застосування і швидкість освоєння управлінським персоналом.

Так, для такої організаційної системи, як операційний відділ комерційного банку, структура взаємодії працівників якого показана на рис. 5, поточна ефективність використовування тимчасового ресурсу кожним працівником показана в окремому вікні на рис. 6. Індикація ефективності використання часового ресурсу є найпростішою і інтуїтивно зрозумілою. Кожному учаснику виробничого процесу відповідає певний індикатор, що відображає стан ефективності. Залежно від ступеня ефективності індикатор міняє колір, що є додатковою ознакою, за якою можна визначити рівень показника. Залежно від кількості учасників виробничого процесу автоматично міняється і зовнішній вигляд (розмір) форми.

Рис. 5. Структурна організація взаємодії виконавців операційного відділу банку

Рис. 6. Процес індикації ефективності використання часового ресурсу індивідом

Іншими параметрами, які дозволяє відстежувати підсистема індикації поточної ефективності роботи, є зміна в часі таких характеристик функціонування системи, як частота виконання операцій, кількість виконаних операцій і поточний стан черги завдань (для кожного працівника окремо).

Дані, на підставі яких виконується моніторинг цих величин, беруться або безпосередньо з бази даних, що оновлюється в реальному режимі часу, або з файлу протоколу, що настроюється при первинній установці системи для конкретного виробництва.

Таким чином, адміністратор системи за бажанням може одержати інформацію, що цікавить його, про хід виробничого процесу в зручній для нього формі і з необхідною деталізацією.

Структура використовуваної в системі моніторингу наочно-орієнтованої бази даних дозволяє легко адаптувати програмне забезпечення для роботи практично на будь-якому виробництві з потоковим характером виконання завдань персоналом, для фізичної реалізації якої використана СУБД Interbase 6.0, що в свою чергу значно спростило розробку програмного комплексу для роботи в мережі і знімає значне навантаження з клієнтської частини інформаційної системи.

Якість управлінських рішень напряму залежить від точності визначення психофізіологічних параметрів індивіда, у зв'язку з чим в системі управління розроблена і випробувана підсистема оцінки цих параметрів на підставі даних про хід виробничого процесу довжини черги вхідних завдань, швидкостi виконання операцій і кількості виконаних завдань, які фіксуються з певним інтервалом часу. Процес визначення параметрів індивіда заснований на такому підборі значень цих параметрів, щоб рівняння одержаних моделей найточніше описували реально спостережувані дані, одержані в ході виробничого процесу. Критерієм близькості модельних і спостережуваних даних прийнято мінімум суми квадратів помилок, а безпосередній метод пошуку психофізіологічних параметрів реалізовано з використанням генетичних алгоритмів або ж повним перебором кожного з параметрів в допустимому діапазоні значень. Застосування саме цих методів обумовлене характером зміни функції суми квадратів помилок () залежно від зміни шуканих параметрів, типовий вид поверхні, що задається нею, показано на рис. 7 для випадку зміни двох параметрів і фіксованому значенні інших.

Рис. 7. Типовий вид поверхні, що задається функцією

Результат такого пошуку показано на рис. 8, який ілюструє зміну довжини черги завдань з часом. При цьому ламана лінія (3) спостережувані дані, а гладкі криві показують прогнозовану поведінку черги, розраховану для значень психофізіологічних параметрів, знайдених за допомогою генетичного алгоритму (2) і методом повного перебору (1).

Рис. 8. Реальна і прогнозована за допомогою моделі поведінка черги з часом

В даному випадку вісь абсцис час в нормованих одиницях для певного виду виконуваних робіт. Реалізація системи управління ефективністю використання тимчасового ресурсу виконана у виді програмного комплексу “Аналітик” на основі системи візуального програмування.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота містить результати досліджень, метою яких є створення методів підвищення ефективності управління організаційними системами на основі динамічної моделі індивіда як складової частини системи. В результаті виконаних в дисертаційній роботі досліджень одержано такі нові наукові результати:

· створено модель функціонування індивіда в структурі організаційної системи при потоковому характері вхідних завдань, що дозволяє моделювати систему за різних значень психофізіологічних параметрів людини і умов середовища виробничого соціуму;

· розроблено і досліджено методику метрізації параметрів моделі з використанням методики експертних оцінок;

· на основі аналізу розробленої моделі вироблено і обґрунтовано рекомендації до застосування управляючих дій до індивіда в структурі організаційної системи;

· обґрунтовано можливість якісної оцінки впливу різних психофізіологічних параметрів на динаміку поведінки індивіда, що дозволяє виявити діапазон параметрів, в рамках яких він придатний для роботи в умовах конкретного виробництва.

Розроблена методика вирішення поставлених в роботі завдань, і одержаний кінцевий результат програмно-алгоритмічний комплекс моніторингу ефективності використання часового ресурсу як складової частини організаційної системи управління може знайти застосування для будь-якого типу виробничого процесу з потоковим характером надходження завдань і може використовуватися як при проектуванні організаційних систем, так і при ухваленні управлінських рішень в будь-якій галузі народного господарства.

ПЕРЕЛІК ПУБЛІКАЦІЙ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Юрков Д.А. Субъективная психофизиологическая модель индивидуума в условиях производственной среды // Системні технології. 2004. № 5 (34). С.33-40.

2. Юрков Д.А. Автоматизированная система предварительной обработки данных для поиска оптимальных решений // Наукові праці Донецького національного технічного університету. 2004. № 74. С.255-258.

3. Юрков Д.А. Системный подход к синтезу поведенческой модели личности // Системні технології. 2004. №. 4 (33). С.131-141.

4. Данич В.Н., Юрков В.А., Юрков Д.А. Объектно-ориентированные модели и технологии в проектировании информационно-управленческих архитектур малого бизнеса // Вісн. Східноукр. нац. ун-ту. 2002. № . С.265-270.

5. Юрков Д.А. Нелинейная динамическая модель функционирования индивида в условиях производственной среды // Науковi працi Луганського відділення міжнародної академії інформатизації. 2005. № 1. С.110-115.

6. Юрков Д.А. Системный подход к синтезу реакции индивида на входное задание // Моделi та iнформацiйнi технологii в управлiннi соцiально-економiчними, технiчними та екологiчними системами: III Міжнародна науково-практична конференція (20-21 квітня 2005 р.). Луганск: ВНУ им. В. Даля, 2005. С.109-110.

7. Юрков Д.А. Модели поведения индивида в структуре производственной системы // Математические методы и информационные технологии в управлении, образовании, науке и производстве “МатИнформТех-2005”: Международная научно-методическая конференция (11-13 мая 2005 г.). Мариуполь: ПГТУ, 2005. С.98-99.

АНОТАЦІЯ

Юрков Д.О. Управління організаційною системою на основі поведінкової моделі людини в середовищі виробничого соціуму. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 “Автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології”. Донецький національний університет, Донецьк, 2005 р.

У дисертаційній роботі запропоновано нове вирішення актуального наукового завдання підвищення ефективності управління організаційною системою завдяки підсистемі моніторингу ефективності використання часового ресурсу кожного індивіда, що є невід'ємною складовою частиною виробничого процесу. Результат досягнуто завдяки використанню нових математичних моделей процесу обробки індивідом потоку виробничих завдань. У результаті дослідження і аналізу чисельних експериментальних даних виявлено і описано нелінійну залежність швидкості виконання операцій індивідом від об'єму черги завдань. Кількісна оцінка параметрів моделей, що запропоновані у дисертаційній роботі, виконана на основі методики експертних оцінок. Це дозволило мінімізувати вплив на результат різноманітних суб'єктивних чинників, що погано формалізуються. Використання моделей дозволяє оцінити наслідки ухвалення тих або інших управлінських рішень на результат функціонування як окремого індивіда, так і організаційною системою в цілому.

Запропоновано комплексну характеристику індивіда психофізіологічну матрицю, яка фактично визначає діапазон функціональних можливостей людини для певного виду діяльності і дозволяє не тільки формалізувати підбір персоналу для певного виду виробництва, але і вирішувати завдання оптимізації організаційної структури з урахуванням “людського чинника”.

Практичним результатом досліджень є програмно-алгоритмічний комплекс моніторингу ефективності використання часового ресурсу, який можна використовувати для будь-якого типу виробничого процесу із потоковим характером надходження завдань на обробку.

Ключові слова: індивід, ідентифікація, нелінійна система, система моніторингу, генетичний алгоритм, критерій оптимізації, часовий ресурс, психофізіологічна матриця.

АННОТАЦИЯ

Юрков Д.А. Управление организационной системой на основе поведенческой модели человека в среде производственного социума. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 – “Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии”. Донецкий национальный университет, Донецк, 2005 г.

В диссертационной работе предложено новое решение актуальной научной задачи повышения эффективности управления организационной системой за счет подсистемы мониторинга эффективности использования временного ресурса каждого индивида, входящего в производственный процесс как его неотъемлемая часть. Результат достигнут за счет использования новых математических моделей процесса обработки потока производственных заданий индивидом. Исследование именно этой формы поведенческой деятельности человека в среде производственного социума связано с широким распространением такого типа функционирования независимо от вида организационной системы. В результате исследования и анализа имеющихся экспериментальных данных выявлена и описана нелинейная зависимость скорости выполнения операций индивидом в зависимости от объема очереди заданий. Количественная оценка параметров предлагаемых моделей выполнена на основе методики экспертных оценок, что позволило минимизировать влияние на результат разнообразных субъективных, плохо формализуемых факторов. Использование предлагаемых моделей позволяет оценить последствия принятия тех или иных управленческих решений на результат функционирования как отдельного индивида, так и организационной системой в целом.

Предложена комплексная характеристика индивида – психофизиологическая матрица, фактически определяющая диапазон функциональных возможностей человека для определенного вида деятельности. Такая формализация профессиональных качеств индивида в конечном итоге позволяет не только формализовать подбор персонала для определенного вида производства, но и решать задачи оптимизации организационной структуры с учетом “человеческого фактора”.

Практическим результатом исследований явилось создание программно-алгоритмического комплекса, реализующего систему мониторинга эффективности использования временного ресурса, которую возможно использовать для любого типа производственного процесса, характеризующегося потоковым характером поступления заданий на обработку.

Ключевые слова: индивид, идентификация, нелинейная система, система мониторинга, генетический алгоритм, критерий оптимизации, временной ресурс, психофизиологическая матрица.

ABSTRACT

D. А. Yurkov. The management of the organizational system on the basis of human behavior model in the production environment. It is the manuscript.

The dissertation on reception of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05.13.06 “The automated control systems and progressive information technologies”. The Donetsk National University of Ukraine, Donetsk, 2005.

In this thesis, we offer a new solution of the actual scientific task to increase the efficiency of management of the organizational system with the help of the subsystem of monitoring the efficiency of the time resource used by every individual included in a production process as its integral part. The result is attained with the help of new mathematical models realizing the process of working production tasks by an individual. The research of this form of the human behavior activity in the production environment is connected with a wide distribution of such a type of functioning regardless of the type of an organizational system. In the result of the research and the analysis of existing experimental data, the non-linear dependence of the speed of the individual’s fulfilling the operations, which depends on the volume of the task queue is discovered and described. The quantitative estimation of the parameters of the offered models is executed on the basis of the method of expert estimations, which allowed to minimize the influence on the result of various subjective, weak formalized factors. The use of the offered models allows to estimate the consequences of the taken management decisions on the result of functioning of both a separate individual and an organizational system as a whole.

The complex description of the individual is offered. It is a psycho physiological matrix, actually determining the range of functional possibilities of man for the certain type of activity. Such a formalization of professional qualities of an individual in the end allows not only to formalize the selection of personnel for the certain type of production but also to decide the tasks connected with the optimization of the organizational structure, taking into consideration so-called “human factor”.

The practical result of the research is creation of a program-algorithm complex implementing the system monitoring the efficiency of the time resource, which may be used for production process of any type, which, in its turn, is characterized by a stream type of getting tasks.

Key words: individual, identification, non-linear system, monitoring system, genetic algorithm, optimization criterion, time resource, psycho physiological matrix.

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

УПРАВЛІННЯ ОРГАНІЗАЦІЙНОЮ СИСТЕМОЮ

НА ОСНОВІ ПОВЕДІНКОВОЇ МОДЕЛІ ЛЮДИНИ В СЕРЕДОВИЩІ

ВИРОБНИЧОГО СОЦІУМУ

ЮРКОВ