CC BY
119
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА РОБАСТНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТАГУТИ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ
УДК 658.5.012.1
Елена Евгеньевна Лунева
ассистент кафедры автоматики и компьютерных систем, институт кибернетики, Томский политехнический университет; Тел. раб.:8 3822 41 89 47. Эл. почта: lee@aics.ru; Елена Анатольевна Дмитриева к.т.н., доцент кафедры автоматики и компьютерных систем, институт кибернетики, Томский политехнический университет;
Тел. раб.: 8 3822 41 89 47. Эл. почта: dmitrieva@aics.ru; Геннадий Павлович Цапко
д.т.н., профессор, зав. кафедры автоматики и компьютерных систем, институт кибернетики, Томский политехнический университет; Тел. раб.: 8 3822 41 89 47. Эл. почта: tsapko@aics.ru;
Задача развития единого информационного пространства на приборостроительном предприятии тесно связана с развитием процессного управления и требует решение задачи оптимизации бизнес-процессов предприятия. Предлагается оптимизировать бизнес-процессы методом робастно-го проектирования Тагути. Применение метода рассмотрено на примере бизнес-процесса приборостроительного предприятия.
Кпючевые слова: процессный подход к управлению, робастное проектирование, оптимизация бизнес-процессов, метод Тагути, приборостроительное предприя-
Elena Luneva
Assistant, the Department of Automatics and
Computer Systems, institute of Cybernetics
Tomsk polytechnic university
Tel.: 8 3822 41 89 47.
E-mail: lee@aics.ru:
Elena Dmitrieva
PhD of Engineering, associate professor, the Department of automatic Automatics and Computer Systems, institute of Cybernetics Tomsk polytechnic university Tel.: 8 3822 41 89 47. E-mail: dmitrieva@aics.ru: Gennadiy Tsapko
PhD of Engineering, professor, the head of the chair of Automatics and Computer Systems, institute of Cybernetics Tomsk polytechnic university E-mail: tsapko@aics.ru: Tel.:8 3822 41-89-47.
BUSINESS PROCESS OPTIMIZATION WITH TAGUTI ROBUST DESIGN
The development of single information space of instrument-making enterprise closely associates with the business process management development and demands solution of optimization task of enterprise business processes. The authors offer optimization of business process with help of Taguti robust design method which is revealed by business process of instrument-making enterprise.
Keywords: business process management, robust design, optimization of business process, Taguti method, instrument-making enterprise.
1. Введение
Исследования, проводимые в дайной работе, связаны с развитием единого информационного пространства на приборостроительном предприятии (далее просто предприятие). Типовые характеристики предприятия рассмотрены в работе [1]. Современные средства автоматизации, которые необходимы при развитии единого информационного пространства, предъявляют определенные требования к используемым подходам управления предприятием. Процессный подход к управлению является одним из наиболее передовых подходов, который поддерживается большим количеством разработчиков информационных систем.
В ходе внедрения процессного подхода на предприятии возникает задача оптимизации бизнес-процессов, важным критерием которой является качество продукта процесса. Качество продукта бизнес-процесса характеризуется низкой вариацией его главных параметров около заданных значений. В настоящее время данная задача решается при помощи методов визуального анализа, а также методов, основанных на использовании референтных моделей бизнес-процессов [2, 3]. Успешность применения указанных подходов зависит от опыта и знаний специалистов и зачастую требует привлечения дополнительных затрат на совершенствование квалификации персонала, внедрение новых информационных систем, покупку нового оборудования и пр.
Одним из направлений развития знаний в области процессного управления является применение методов анализа и оптимизации, получивших широкую известность для технологических процессов. Применение же таких методов в организационных системах для бизнес-процессов, может быть неэффективным шагом из-за выполнения основных работ сотрудниками, а не автоматизированными системами (механизмами). Данное обстоятельство связано с тем, что существует большое количество неуправляемых шумовых факторов, связанных с сотрудниками, участвующими в процессе, которые невозможно учесть при проведении экспериментов по совершенствованию бизнес-процессов. Например, к таким факторам можно отнести эмоциональное состояние сотрудника, удовлетворенность его деятельностью, состояние его здоровья и пр. Построение каждого бизнес-процесса по принципу системы управления с обратной связью, позволяет обнаружить отклонение характеристики результата процесса и выявлять причину данного отклонения на этапе функционирования системы. Однако, для более совершенной работы системы (бизнес-процесса) в нее требуется заложить некоторую оптимальную технологию ее функционирования на этапе проектирования системы.
2. Подход к совершенствованию бизнес-процесса
Предлагается следующий порядок совершенствования бизнес-процессов (см. рис. 1):
1. поиск эффективной технологии выполнения бизнес-процесса (БП) посредством экспертного анализа моделей системы процессов, моделей процесса и пр. исходных данных;
2. выбор управляемых параметров бизнес-процесса в рамках выбранной технологии с целью снизить вариабельность характеристик качества продукта процесса.
3. мониторинг и контроль показателей бизнес-процессов на этапе их выполнения и осуществление корректирующих воздействий.
Оптимизация бизнес-процессов может быть выполнена при помощи метода робастного проектирования Тагути. Данный метод позволяет осуществить тонкую настройку управляемых параметров процесса так, чтобы повысить качество выполнения процесса без привлечения дополнительных затрат на его выполнение. Метод робастного проектирования до сих применялся только для проектирования технологических процессов в основном на машиностроительном производстве [4-6].
Однако, применение данного метода для бизнес-процесса также возможно, т. к. бизнес-процесс представляет некоторую систему, которая получает входные воздействия, и в результате выполнения деятельности, заключенной в процесс,
производит продукт, который может являться материальным продуктом, услугой или данными, предназначенными для клиентов. Потребители продукта процесса ожидают от продукта определенных качественных параметров. Клиентами процесса могут быть другие бизнес-процессы предприятия, руководство предприятия и внешние контрагенты. Таким образом, можно сказать, что существует заданное значение параметра продукта, на которое ориентируется клиент продукта процесса. Разброс около заданного значения параметра продукта вызывает потери, которые тем больше, чем больше отклонения выходной характеристики продукта от заданного (номинального) значения.
Стабилизация вариации выходной характеристики может быть осуществлена на уровне выполнения процесса, например, посредством контрольных карт Шухарта [7]. Этап робастного проектирования позволяет сформировать процесс так, чтобы он сразу был нечувствителен к шумовым факторам, вызывающим вариацию отклика от номинального значения, то есть процесс выполняется до применения контрольных карт.
Основой метода Тагути является использование особого вида выходных статистик, которые позволяют оценить влияние неуправляемых факторов на выходную характеристику бизнес-процесса и выбрать такие управляемые параметры бизнес-процессов, при которых процесс будет наименее чувствительным к значениям всех прочих неуправляемых параметров. Автор метода сформировал более 60-и видов выходных статистик, которые выбираются в зависимости от характерных особенностей отклика [4].
Проблемой использования метода Тагути является множественность характеристик качества, тогда как робаст-ный подход оптимизирует только одну характеристику качества. При робаст-ном проектировании технологических процессов применяются подходы, рассмотренные в работах [4, 8]. В некоторых случаях, можно ранжировать выходные характеристики так, чтобы выстроился ряд предпочтений. Установки управляемых параметров выбираются так, чтобы обеспечить стабильность основной характеристики качества. Данный подход также может приме -няться для продукта бизнес-процесса, когда продукт обладает одной приори-
Рис. 1. Подход к совершенствованию бизнес-процесса
тетной характеристикой качества по сравнению с другими. Если требуется учитывать несколько практически равнозначных по приоритету характеристик качества, то используется подход, который получил широкое распространение в промышленности и состоит в том, чтобы составить математическое выражение из комбинации нескольких выходных характеристик качества [8]. При робастном проектировании бизнес-процесса в работе [8] предлагается использовать функцию желательности Харрингтона. Так как характеристики качества выявляются клиентами бизнес-процесса, таким же образом может быть выявлена желательность значений характеристик и построен обобщенный отклик.
Перед тем как представить пример использования метода робастного проектирования для выбора оптимальных параметров бизнес-процесса введем обозначение отклика у, текущего значения оклика во время проведения эксперимента у, где I =1,...,п, п - число реализаций эксперимента. В примере осуществлялась оптимизация бизнес-процесса «формирование предварительных плановых данных по выполнению заказа». Все эксперименты проводились натурным способом.
3. Проведение эксперимента
Кратко опишем технологию рассматриваемого бизнес-процесса. Владельцу процесса «формирование предварительных плановых данных по выполнению заказа» поступает служебная записка с начальными данными по планированию. Владелец процесса знакомится с начальными данными и поручает выполнение задание одному из двух сотрудников в интервале 1.. .3 часа после получения задания. Данную работу могут выполнять сотрудники-экономисты с квалификациями: высшей и первой категории. Требуется уточнить,
что квалификация специалиста измеряется посредством бальной оценки. Во время поступления задания занятость экономиста другими заданиями может быть высокой и средней. Сотруднику, формирующему плановые данные, требуется сделать запрос данных в другие структурные подразделения. Для сбора данных сотрудник-экономист посылает служебные записки и письма по электронной почте в те отделы, от которых ему требуются плановые данные. Сотрудники профильных подразделений по заказу отвечают ему либо письменно на бумажном носителе, либо в электронном виде в специализированном модуле информационной системы. В бумажном виде приходят данные от 50 до 100 % всех данных, т. к. не все сотрудники обучены работе в модуле информационной системы или же по причине того, что некоторые данные невозможно передать посредством информационной системы. Ответ из профильных подразделений может формироваться в течение 3.5 дней. Данный диапазон регламентируется руководством предприятия. Сотрудник-экономист вводит полученные данные в программный продукт вручную, а также копируя данные полученные в электронном виде, из модуля информационной системы в свое специализированное программное обеспечение. После введения данных сотрудник выполняет расчеты с помощью программного обеспечения и формирует отчет. Проблемой данного процесса является возникновение ошибок. Анализ показал, что характер ошибок может быть связан с загруженностью сотрудников-экономистов, сотрудников профильных отделов, ошибок при вводе данных из-за необходимости внесения их вручную. Требуется подобрать такие параметры процесса, чтобы число обнаруженных ошибочных данных в отчетах
было минимально.
Средства визуального анализа могут позволить вышвить причины ошибок. Предложения по увеличению правильности плановых отчетов могут быть связаны со снижением загруженности сотрудников, передачей данного задания сотрудникам только с высшей категорией или назначением специального сотрудника для выполнения данного отчета, обучением сотрудников для сбора всего объема даннык в электронном виде. Данные меры связаны с повышением затрат на рассматриваемый процесс. В случае ограниченности ресурсов предприятия затраты на совершенствование данного процесса могут быть затруднительны. Робастное проектирование процесса позволяет без изменения затрат на выполнение бизнес-процесса, повысить управляемость процесса путем выбора оптимальных значений управляемый факторов и тем самым максимально увеличить объем верных данных в отчете. В случае, если после выполнения робас-тного проектирования, характеристики продукта процесса не будут удовлетворять желаемым значениям, можно применить указанные выше меры, связанные с повышением затрат.
Характеристикой качества в данном примере может быть процент обнаруженных ошибочных данных в отчете. Желательно, чтобы данная характеристика была минимальной, т. е. стремилась к 0 %. В данном случае, цель -минимальное значение. Т. о. в качестве выкодной статистики (2) выбирается [4]:
Таблица 1. Выявленные неуправляемые факторы бизнес-процесса
г = -10 ^
1 к 2 к ? У
Фактор Описание Значение уровней фактора Обозначение
Ф1 Занятость сотрудника ответственного за планирование В ысо кая/Ср едняя В, С
Ф2 Занятость сотрудника ответственного за плановые данные в подразделении В ысо кая/Ср едняя В, С
Ф3 Время получения задания 1,44/2,55 (часа) 1, 3
Таблица 2. Результаты дисперсионного анализа
Фактор Число степеней свободы Сумма квадратов Средний квадрат 7 Процентный вклад, %
Ф1 1 24,658 24,658 87,2 55,242
Ф2 1 13,615 13,615 48,15 30,502
Ф3 1 5,232 5,232 18,5 11,722
Ошибка 4 1,131 0,283 - 2,534
Сумма 7 44,636 - 100
Таблица 3. Управляемые факторы бизнес-процесса
Фактор Описание Значение уровней фактора Обозначение
У1 Квалификация сотрудника-экономиста Высшая категория/Первая категория ВК, 1К
У2 Процент ввода данных в ручном виде 61,133/75/88,867 61,75,88
У3 Срок сбора заявок 3,29/4/4,71 3, 4, 5
Здесь к - количество опыггов по каждой реализации эксперимента, а у. полученный в результате эксперимента отклик. Выявленные неуправляемые факторы представлены в табл. 1.
Факторы, описанные в табл. 1, являются двухуровневыми. Требуется отметить, что факторы Ф1 и Ф2 являются качественными величинами, а фактор Ф3 - непрерывной количественной величиной распределенной равномерно. Данные особенности были учтены при выборе уровней факторов. Анализ влияния неуправляемых факторов на отклик требует выбора и построения матрицы для проведения эксперимента (Э1). Эксперимент проводился при фиксированных уровнях управляемых параметров. Анализ эксперимента Э1 показывает, какой из неуправляемых
факторов наибольшим образом влияет на отклик и из-за невозможности его контроля приводит к вариации характеристики качества.
Построение матриц проектирования осуществляется путем подбора соответствующей начальным условиям ортогональной матрицы. В работе [9] представлена теория построения ортогональных матриц, в [10] кратко описан алгоритм выбора матрицы и приведен каталог важных ортогональных матриц. Так как метод робастного проектирования не предполагает анализа корреляции факторов и требует проведения дисперсионного анализа для оценки влияния неуправляемых факторов на отклик (АМОУА), то для проведения дробнофакторного эксперимента выбрана матрица Ь8 [10]. Результаты дисперсионного анализа данных эксперимента приведены в табл. 2. В процессе анализа проверялась значимость каждого из факторов по 7-критерию (7) на 95 % уровне.
Таким образом, согласно табл. 3. каждый фактор является значимым, однако на вариацию отклика наиболь-
шим образом влияют факторы Ф1, Ф2 и в случае возникновения возможности управлять данными факторами можно улучшить характеристику качества. Кроме этого анализ данных в табл. 3 позволяет сделать заключение о возможности построения объединенных неуправляемый факторов (ОНФ): высокий уровень верных данных в отчете -ОНФ1 (Ф1 - С, Ф2 - С, Ф3 - 1); низкий уровень верных данных в отчете - ОНФ2 (Ф1 - В, Ф2 - В, Ф3 - 3). Верификационный эксперимент также подтверждает результаты эксперимента Э1. Таким образом, основной план эксперимента можно провести не со всей матрицей выявленных неуправляемых факторов, а только с ОНФ1 и ОНФ2.
Проведение основного эксперимента требует определения управляемых факторов, которыми являются (табл. 3). Так как управляемых факторов три, один из которых является двухуровневым, а остальные два трехуровневым, то размер матрица для проведения эксперимента выбирается Ь9 [10]. Уровни факторов У2 и У3 выбираются исходя из предположения того, что значения
данных величин распределены равномерно в интервалах указанных в технологии выполнения процесса. В табл. 4 представлен результаты проведения основного эксперимента.
Оценка влияния управляемых факторов на значение Ъ может также осуществляется путем проведения дисперсионного анализа (ЛМОУЛ), основные результаты которого приведены в табл. 6. В процессе анализа проверялась значимость каждого из факторов по Р-кри-терию (Р) на 95 % уровне, каждый из рассматриваемых управляемых факторов оказался значимым. Следует отметить, что в случае, если все управляющие параметры являются количественными величинами возможно проведение регрессионного анализа.
Таким образом, оптимальной комбинацией является управляемые факторы, находящиеся на следующих уровнях: (У1 - 1К, У2 - 61, У3 - 3). Неожиданным моментом в полученной комбинации является значение уровня фактора У1. Данная особенность может быть объяснена тем, что рассматриваемый вид деятельности является профильным для сотрудников первой категории. Оптимальный режим, полученный в результате основного эксперимента, необходимо проверить с помощью дополнительного верификационного эксперимента, чтобы застраховаться от негативных последствий игнорирования взаимодействия между управляющими факторами процесса [4]. Результаты верификационного эксперимента (табл. 5) получились сравнимыми с прогнозным значением. Настройка технологии бизнес-процесса на выбранную комбинацию уровней факторов позволяет улучшить рассматриваемую характеристику качества на 41%. Дальнейшая оптимизация процесса должна проводиться за счет проектирования допусков [4], самой технологии процесса [2, 3], оборудования и систем в рамках рассматриваемой технологии.
4. Заключение
1. Метод робастного проектирования представляет формальный аппарат для осуществления оптимальной «настройки» параметров бизнес-процессов, однако ранее данный аппарат применялся только для технологических процессов.
2. Сложность использования метода Тагути состоит в необходимости проводить либо натурные эксперименты выполнения процесса, либо имитиро-
Таблица 4. Анализ результатов эксперимента
Фактор Уровень Значимость фактора F Процентный вклад, %
У1 1К 1,96 13,22 24,59
ВК
61
У2 75 3,02 25,16 44,22
88
3
У3 4 2,97 17,23 28,69
5
Таблица 5. Результаты верификационного эксперимента
Значение Z Среднее
Прогнозное значение 15,936 5,366
Верификационное значение 16,04 6,255
вать методом имитационного моделирования, поэтому применение данного метода возможно только для ограниченной группы бизнес-процессов.
3. Второй проблемой использования метода робастного проектирования является определение управляемых и неуправляемых факторов т.к. основой бизнес-процесса являются люди (активные элементы), а не технологическое оборудование.
4. Использование формальных подходов оптимизации бизнес-процессов может быть достаточно перспективным направлением развития знаний в области процессного управления предприятием по сравнению с выполнением данной деятельности экспертами, которые делают результат сильно зависимым от их опыта.
Литература
1. Лунева Е.Е. Цапко Г.П. Иерархия бизнес-процессов приборостроительного предприятия позаказного типа и их приоритет при внедрении процессного подхода // Молодежь и современные информационные технологии: -Матер. VIII Всеросс. научно-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых: - г. Томск, 3-5 марта 2010. -Томск, 2010. - Т. 2. - С. 198-200.
2. Елиферов В.Г., Репин В.В. Процессный подход к управлению. - М.: РИА «Стандарты и качество», 2005. -406 с.
3. Андерсен Б. Бизнес-процессы. Инструменты совершенствования. -М.: РИА «Стандарты и качество», 2003 .272 с.
4. Талай А.М. Управление качеством. Робастное проектирование. Метод Тагути. М.: - СЕЙФИ, 2002. - 384 с.
5. Тагути Г.М. Оптимальное проек-
тирование как техника качества // Методы менеджмента качества: - 2003. -№ 9. - С. 27-35.
6. Коханенко И. К. Коханенко В. И. Методы Тагути: приложения для экономических систем // Методы менеджмента качества:- 2002. - № 11. - С. 4-6.
7. Адлер Ю. П. Контрольные карты Шухарта // Методы менеджмента качества:- 2003. - № 5. - С. 30-37.
8. Адлер Ю.П., Маркелова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976. - 279 с.
9. Raghavarao D. Constructions and combinatorial Problems in design of experiments. New York: Wiley, 1971. -386 c.
10. Terrien В., Zalewski J. Design of experiments via Taguchi methods: orthogonal arrays. [Электронный ресурс]. - access mode: http:// controls.engin.umich.edu/wiki/index.php/ Design_of_experiments_via_taguchi_ methods:_orthogonal_arrays (дата обращения: 14.11.2010).
References
1. Luneva E.E., Tsapko G.P. Business process hierarchy of instrument engineering enterprise and their priority in business process management developing/ // Mologej I sovremennie informacionnye technology: - Mater. VIII Vseross. Nauchno-pract. conf. studentov. aspirantov y molodich uchyonich: - c. Tomsk, 3-5 of march 2010. - Tomsk, 2010. - T. 2. - P. 198-200.
2. Eliferov V.G., Repin VV Business process management. - M.: RIA «Standarti i kachestvo», 2005. - 406 p.
3. Andersen B. Business process. Instruments for improvement. - M.: RIA «Standarti i kachestvo», 2003.- 272 p.
4. Talay A.M. Quality management. Robust design. Taguchi method. M.: -SEYFI, 2002. - 384 p.
5. Taguti G.M. Optimal designing as quality technic // Metodi menegmenta kachestva: - 2003. - № 9. - P. 27-35.
6. Kohanenko I.K. Kohanenko V.I. Taguchi Methods: appliance of economics systems. // Metodi menegmenta kachestva:- 2002. - № 11. -
P. 4-6.
7. Adler Y.P. Control Shuhart // Metodi menegmenta kachestva:- 2003. - № 5. -P. 30-37.
8. Adler Y.P., Markelova E.V., Granovsiy YV Design of experiments in order to find optimum terms. - M.: Nauka, 1976. -279 p.
9. Raghavarao D. Constructions and combinatorial Problems in design of
experiments. New York: Wiley, 1971. -386 c.
10. Terrien B., Zalewski J. Design of experiments via Taguchi methods: orthogonal arrays. [Web resource]. -mode access: http://controls. engin. umich.edu/wiki/index.php/Design_of_ experiments_via_taguchi_methods:_ orthogonal_arrays - (address date: 14.11.2010).
