CC BY
194
УДК 659.014.12
ИНЖИНИРИНГ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ ОРГАНИЗАЦИОННОГО
УПРАВЛЕНИЯ
В.Е. Белоусов, С.С. Врублевская
Рассматриваются вопросы разработки моделей выбора и методов решения проектных задач с созданием автоматизированных систем моделирования и принятия решений при инжиниринге бизнес-процессов
Ключевые слова: бизнес-процесс, инжиниринг, моделирование, проектное решение, разработка
Введение
Сложные системы (объекты, процессы) принято разделять на статические (структурно) сложные и динамически сложные. Ниже рассматриваются статически сложные системы (кратко: сложные системы). Признаками их сложности обычно называют:
- иерархичность структуры;
- степень связности и многообразности компонент;
- «сила» взаимодействия компонент и др.
Число уровней иерархии структуры - одна из
мер сложности системы.
Сложные системы различной природы имеют похожую структуру жизненного цикла и похожие принципы их разработки.
Так жизненный цикл сложных систем отражает характерную для них невозможность полной централизации процессов сбора и обработки информации и принятия проектных решений. Это приводит к необходимости формирования иерархической структуры системы инжиниринга [1] (СИ), отражающей уровневую декомпозицию объекта инжиниринга (ОИ) и этапную декомпозицию процесса инжиниринга (ПИ).
Так в проектировании сложных изделий машиностроения выделяют этапы:
- разработки технических предложений;
- эскизно-технического проектирования;
- рабочего проектирования.
В инжиниринге сложных бизнес-проектов выделяют этапы:
- разработки концепции;
- разработки ТЭО инвестиций;
- разработки проектно-сметной документации.
Выделим характерные черты процесса инжиниринга сложной системы.
Процесс инжиниринга сложной системы протекает преимущественно «сверху-вниз», т.е. имеет нисходящий характер. При этом по мере «проработки» проекта увеличивается подробность описания (детальность) системы. Возни-
Белоусов Вадим Евгеньевич - ВГАСУ, канд. техн. наук, профессор, тел. (4732) 76-40-07 Врублевская Светлана Семеновна - ВГАСУ, соискатель, тел. (4732) 76-40-07
кают новые конструктивные, функциональные и
операционные ограничения, которые могут привести к пересмотру ранее принятых решений. Отсюда с неизбежностью вытекает:
1) Процесс инжиниринга носит итерационно-циклический характер
2) Проектные решения принимаются в
условиях неопределенности, связанных с «грубым» описанием ОИ на ранних (предварительных) этапах, необходимостью согласования принимаемых а всех уровнях иерархии решений, использованием упрощенных моделей ОИ и методов оценки его характеристик. Весь ход разработки ОИ, следовательно, можно интерпретировать как последовательный процесс снятия неоп-
ределенности.
3) Разработкой системы необходимо
управлять. Целью управления может быть получение оптимального проекта с минимальными затратами ресурса (времени, средств и т.п.). Управлять можно выбором альтерна-
тив, подлежащих проработке (конкурс проектов), определением глубины проработки выбранной альтернативы, структуры и объема проводимых при этом экспертиз, расчетов, исследований и др.
Данные выводы могут служить мето-
дологической основой [2] решения проблем, связанных с формализацией процесса инжиниринга, с построением иерархических систем взаимно согласованных ("системно увязанных") конструктивных, функциональных и операционных моделей ОИ, с разработкой моделей выбора и методов решения проектных задач, наконец, с созданием автоматизированных систем моделирования и принятия решений.
На первом этапе формулируют цели инжиниринга. Цели инжиниринга формулирует заказчик [2] системы. Для сложных систем на данном этапе проводятся исследования значительного объема, анализируются прогнозируемые изменения состояния внешней среды и даются оценки рассогласования характеристик действующих систем и возрастающих и возрастающих требований к ним. Принимается решение на разработку перспективной системы, формулируются и структурируются цели разработки.
На втором этапе определяется ОИ. Из «среды» выделяется некоторая ее часть, определяется как «объект инжиниринга»; оставшаяся же часть среды называется «внешней средой». Далее ОИ описывается «внутренними» (эндогенными) параметрами, внешняя среда - «внешними» (экзогенными) параметрами. Внутренние параметры контролируемы в том смысле, что реализация их значений зависит от нас: их можно варьировать, из их множества можно выбирать. Внешние же параметры неконтролируемы; они часто носят характер параметров неопределенности, реализация которых от нас не зависит и, значит, их можно (и нужно) лишь учитывать. Отсюда ясны проблемы рассматриваемого этапа: неудачное выделение из среды ОИ может разорвать существующие связи между объектами среды («выплеснуть вместе с водой ребенка из ванны»). Последнее характерно для слабо изученных объектов: экономических, социальных, экологических и т.п. В других случаях ОИ очевиден (простая система) или традиционен (сложная техническая система, проектируемая «от прототипа»).
Создание математической модели ОП осуществляется на третьем этапе.
Под моделью объекта понимается совокупность его конструктивных и функциональных моделей.
Конструктивные модели являются структурно-параметрическим описанием ОИ («железо», энергия, информация и др.). Их совокупность дает «облик» ОИ без оценки его функциональных возможностей.
Оценку последних дает совокупность функциональных моделей ОИ; конструктивные модели ОП являются, как правило, подмоделями функциональных моделей.
Функциональные модели описывают потенциальные возможности [3] ОИ, но не дают описания его целевого применения.
Конструктивные и функциональные модели ОИ должны быть «системно увязаны». Для сложных ОИ они представляют собой многоуровневые иерархические системы взаимно согласованных моделей.
На четвертом этапе осуществляется постановка формализованной задачи инжиниринга (ЗИ). Сюда относится моделирование целевого применения ОИ или разработка моделей операций с участием ОИ. Далее формализуются требования к ОИ, содержащиеся в вербальной форме на выходе из этапа 1. Все формализованные требования делятся на три типа: «приравнять», «ограничить», «увеличить». Требования первых двух групп используются далее в качестве ограничений-равенств и ограничений-неравенств, выделяющих из пространства конструктивных параметров допустимое множество альтернатив; требования третьей - в качестве критериев эффективности.
Формирование множества допустимых альтернатив завершается заданием (при необходимо-
сти) сетки в пространстве конструктивных параметров, узлы которой, удовлетворяющие ограничениям, и будут допустимыми альтернативами.
Формализация ЗИ завершается формированием принципа выбора, использующего выделенные ранее критерии эффективности. Для широкого круга задач этот принцип может быть сформулирован как выбор максимальных альтернатив по некоторому бинарному отношению, порожденному критериями эффективности. Множество допустимых альтернатив и принцип выбора составляет модель выбора.
Этапы 5,6 схемы с решением ЗИ и анализом решения (предполагается создание соответствующей программы и использование компьютера). Отметим здесь принципиальную необходимость обратной связи: процесс решения сколь сложной задачи имеет итерационно-циклический характер. В ходе этого процесса, как правило, приходится возвращаться на различные этапы схемы и корректировать принятые там решения.
Постановка задачи инжиниринга.
Варианты ОИ (альтернативы) отождествим с вектором конструктивных параметров
X € К1^, дающим его детальное (на уровне конструкторско-технологической или проектносметной документации, передаваемой производству) конструктивное описание. Допустимые
значения принадлежат множеству х € К , задание которого связано с формированием конструктивных, функциональных, операционных ограничений, вытекающих из требований Заказчика к системе, технических, технологических, финансовых и иных возможностей ее Разработчика, физических законов функционирования системы и ее подсистем и др.
Сравнение альтернатив по эффективности задает на X бинарное отношение Ф: альтернатива X € X эффективнее альтернативы
у € X тогда и только тогда, когда
(X, у )еФ. Отношение эффективности Ф
отражает предпочтения Заказчика и Разработчика системы и в первую очередь ее приспособленность к решению целевых задач.
Пара (Х,Ф) образует модель; под задачей инжиниринга (ЗИ) понимается задача нахождения ядра Мах(Х, Ф) модели (Х, Ф):
X ^ X0 = Мах (X ,Ф), (1)
содержащего все максимальные в (Х, Ф) альтернативы.
Отметим особенности ЗИ (1) сложной системы.
Во-первых, это - большая размерность N П 1 вектора конструктивных параметров X, влекущая чрезвычайно большое количество конкурирующих (потенциально) альтернатив.
Во-вторых, это - значительное количество сложных, трудно формализуемых и проверяемых
конструктивных, функциональных и опера-
ционных ограничении, выделяющих множество X из Rn.
В-третьих, это - трудности в формировании и использовании отношения эффективности Ф; сравнение одной пары альтернатив по Ф требует таких ресурсов (времени, средств и т.п.), что оценка эффективности сколь-нибудь значительного числа альтернатив практически невозможна.
Таким образом, ни постановка ЗИ в форме
(1), ни ее непосредственное решение невозможны. Необходима декомпозиция ОИ и ЗИ и создание на этой основе иерархической системы инжиниринга; функционирование последней является ни чем иным, как процессом инжиниринга, а запись (1) означает лишь его цель.
Модели системы и процесса инжиниринга
Пусть X £ RNk вектор конструктивных параметров, дающий детальное конструктивное
описание ОИ, аналогичное описанию X € RN, Xk
- множество допустимых значений. Будем считать, что xk=x, Nk=N, Xk=X.
Введем агрегированные конструктивные описания ОИ
x'~1=ai.1(xi),
X~1=ai_i(Xi),
I=k, k-1,...,2
получаемые с помощью функции агрегирования ai-1(xi) - однозначного отображения
a,-1 : X, ^ Х,-1.
Агрегированность описаний означает, что Nk>Nk-i>...>Nh
Индекс i будем отождествлять с номером иерархического уровня агрегирования.
Описанный процесс агрегирования («снизу-вверх», от детального к «грубому») отвечает процессу анализа ОИ; процессу синтеза (инжиниринга) ОИ («сверху-вниз», от «грубого» к детальному) отвечают функции дезагрегирования - многозначные отображения
a-1: Xi-1 ^ X, обратные к at-1 (xi):
X € a-1 (xi-1),
Xi = a-1 (Xi-1); i = 2,3,..., k.
Будем считать, что на i-ом уровне иерархии задано бинарное отношение эффективности Ф , i = 1, k. На k-ом уровне Фk совпадает с Ф, так что ЗП (1) в новых обозначениях переписывается в виде:
Xk ^ X0 = Max (Xk Ф ) (2)
Совокупность (X , Ф ) , i = 1, к и функций дезагрегирования д—1, i = 1, (к — 1) образует систему инжиниринга (СИ):
СИ +((Х,, Ф, ),а—‘}
Опишем функционирование СИ - процесс инжиниринга (ПИ) как многошаговый итерационный процесс детализации конструктивного описания ОИ и принятия проектных решений на каждом уровне иерархии:
ХФ—1 ^ ХФ = Max ( о—1, ( ХФ,) ,Ф )
(3)
i = 2,..., к;
Xf = Max (Х1,Ф1)
На выходе ПИ (3) - множество альтернатив ХФ; говорят, что процесс инжиниринга
сходится (корректен), если его выход совпадает с искомым решением ЗИ (3), т.е.
ХФ = Хк (4)
Пусть Zt ^ Y, ^ Х,• Множество Z, называется внешне устойчивым в модели (YI,Ф), если для Vyi е y\zt найдется
z‘ е Zt такое, что z‘0iyi.
Будем говорить, что СИ ^(Хг., Ф{), a—^
допускает инварианты выбора, если отображения a—1, i = 1, (к — 1) сохраняют свойство внешней устойчивости, т.е. для VYi ^ Х внешне устойчивое в модели (Х , Ф ) множество отображается на множество внешне устойчивое в модам ( а— ( Х,), Ф„!).
.), а; ')до-
пускает инварианты выбора и отношения эффективности Ф , i = 1, к - порядки. Тогда для ПИ
(2) выполняется равенство (3), т.е. ПИ сходится.
Отметим, что если Ф, - квазипорядки, то справедливо аналогичное утверждение о сходимости ПИ, только равенство (3) следует понимать с точностью до эквивалентности, порождаемой Фк.
Рассмотрим частный случай постановки ЗИ. А именно, будем считать, что на каждом уровне
иерархии отношение Ф , i = 1, к порождается одним и тем же вектором критериев эффективности (р1 (х‘, а‘), зависящим от контролируемых параметров X и неконтролируемых и1, при-
Теорема 1. Пусть СИ ^ ( X, Ф
нимающих значения из множества А1=А1(Х). Это довольно распространенный на практике случай. Например, в бизнесе - это прибыль, в календарном планировании проектов - длительность их реализации, в самолетостроении - взлетный вес самолета и т.д. Следует ожидать, что детализация описания ОИ приводит, вообще говоря, к уточнению его эффективности, а значит и к снятию неопределенности. Так, если сложный БП смоделирован до элементарных операций, то следует ожидать, что неопределенность его длительности практически снята. То же представляется верным и для взлетного веса самолета на этапе, когда выполнен его рабочий проект, и он запускается в производство.
Примем для простоты, что на к-ом уровне оценки эффективности не содержат неопределенности, т.е. рк = рк (хк ).
Символом х‘ ^ х] (1 ^ ') обозначим детализацию варианта X в X. Пусть
К = ао •••о а}, К1=а-1 о •••о а-1
- суперпозиции функций агрегирования и дезагрегирования. Очевидно
х' = К (х') х = К-1 (х' )•
Наложим следующее ограничение на корректность оценок р (х‘ а'),
а' € Д.:
(5)
X
что означает: оценки эффективности вариантов на к-ом уровне, полученные проработкой X, не может вывести за множество неопределенности оценки эффективности X. Формально условие (5) легко обеспечивается расширением множества Лі.
Проработка Xі ^ Х}, вообще говоря, уменьшает неопределенность оценок р1 (х1, А})
для всех вариантов X Є Х1,1 = 1,1. Это формализуется в виде сжимающего оператора П [Xі ^ Xі ], действующего следующим образом:
П [Х ^ Х ] р (Х, А1 )^р1 (Х, А1) (6)
Пример задания оператора п :
п
[Xі ^ xJ~\pl(xl,Al) = pl(xl,Al)
в противном случае.
Из (5), (6) нетрудно получить:
рк X К-1 Xx)) ° п[ x i ^ x \р Xx , Ai)
что означает: множество
П [х' ^ х] ] р1 (х1, Л1) содержит по
крайней мере одну точку (оценку эффективности) рк €рк (Xk) такую, что ее можно
реализовать проработкой варианта х1 на к-ый уровень через х1 и X.
Проработка х' ^ X1 позволяет ввести отношения ф1 [х' ^ х] ] на Xl, I = 1, к и
использовать их для дальнейшей отбраковки альтернатив из Xl, образовав, таким образом,
обратную связь _|-го уровня иерархии с 1-ыми,
I <'.
Рассмотрим отображение,
и1: х' ^ (1,0}), 0} с К:1 (х') ставящее в
соответствие каждому варианту х' € X■ целое число ]>1 - глубину проработки X и множество вариантов ^ с К-1 (х') С X > прообразом
которых является и в которые прорабатывается X и для которых проводится оценка эффективности. Множество всех функций ц (.) обозначим через
и
Положим
ф [u ] = U
хієХі
ЦК
xJ єО,
Нетрудно видеть, что множество Uk содержит единственную функцию
ик (х‘ ) = (к, х1) и Ф [ик ] = Ф, где Ф -
отношение эффективности введенное выше. Вариант х‘ £ Xi, для которого
U = (i xi) не прорабатывается. Символом supp ui обозначим носитель функции и (•),
положив
ырр и' = {х' € Xi □ ui (х' ) Ф (', х' )} •
Следующая схема последовательного анализа и отсева вариантов обеспечивает достаточно гибкие возможности управления процессом инжиниринга с использованием функций иг (.)•
Шаг 0.
Выбрать начальный уровень иерархии
ln
1, k
Построить X •
Положить
j = о, Y0 = Xi
J ¿о ¿о
Шаг 1.
Сформировать управление
supp u ç Y, ■ lj lj
Шаг 2.
Проработать варианты , уровня в
j - го
соответствии с выбранным управлением
Ф,
(■)■ _
, ], І = 1,j-
Построить
отношения
Шаг3.
Отбраковать варианты , уровней по от-
ношениям
Ф
U
І = і j, построив множества і1 Li J
Y" фі. [u, ]).
ес-
Y/ ^ Y/
li-1 li
= Max(h-ik (Yj ),Ф [u,j]),i = l,2,.
Шаг 4.
Выбрать
Построить
■ Положить j=j+1 и перейти к
вает как процесс инжиниринга перспективной системы (если 10=1), так и процессы модификации (реинжиниринг) систем существующих (если
1о<к).
Теорема 2. Пусть выполнено условие (6). Тогда при любом выборе управлений описанная схема сходится за конечное число шагов•
Заключение
Нетрудно видеть, что описанные выше принципиальные черты ПИ: многоуровневая иерархическая структура, формируемая на основе декомпозиции, нисходящий итерационно-
циклический характер, принятие проектных решений в условиях неопределенности, снятие неопределенности в ходе разработки, активное управление - присущи рассмотренной схеме.
Литература
1. Ильин В.П. Руководство качеством проектов.
. Практический опыт. - М.: Вершина, 2006. - 176 с.
•’1 2. Ильин В.П. Система управления качеством.
Российский опыт. - СПб.: Невский проспект; Вектор, 2007. - 224 с.
3. Кини Р.Л., Райфа Х. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замещения. М.: Радио и связь, 1981. - 560 с..
шагу 1.
Управление в схеме осуществляется по каналам: выбор уровня структурно-параметрического описания I ; выбор вариантов, подлежащих проработке, определение глубины проработки, выбор вариантов, подлежащих оценке эффективности ы1 , (•). Таким образом, схема описы-
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
ENGINEERING BUSINESS-PROCESSES IN SYSTEMS OF ORGANIZATIONAL MANAGEMENT V.E. Belousov, S.S. Vrublevskaya
It is considered questions of development of models of a choice and methods of the decision of design problems, with creation of the automated systems of modelling and decision-making at engineering business-processes
Key words: business-process, engineering, modelling, the design decision, development
