CC BY
11
УДК 658.314.7:330.115 В.В. Цыганов
ГРНТИ 73.01.11 Институт проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН
DOI: 10.47501ЛТдаи.2021Л.03-08
КОМПЛЕКС МОДЕЛЕЙ СТРАТЕГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРОЙ СИБИРИ, ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА И РОССИЙСКОЙ АРКТИКИ
Охарактеризованы основные направления и результаты многолетней научно-исследовательской работы по созданию Комплекса моделей для управления стратегическим развитием транспортной инфраструктуры Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики.
Ключевые слова. Сибирь, Дальний Восток, Российская Арктика, транспортная инфраструктура, стратегическое управление.
V.V. Tsyganov
Trapeznikov Institute of management problems of the RAS
A SET OF STRATEGIC MANAGEMENT MODELS FOR TRANSPORT INFRASTRUCTURE IN SIBERIA, THE FAR EAST AND THE RUSSIAN ARCTIC
The main directions and results of many years of research work on the creation of a Complex of models for managing the strategic development of the transport infrastructure of Siberia, the Far East and the Russian Arctic are characterized.
Key words: Siberia, the Far East, the Russian Arctic, transport infrastructure, strategic management.
Стратегическое развитие Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики (кратко - Макрорегиона) невозможно без опережающего развития транспортной инфраструктуры (ТИ). Ускорение этих изменений, масштаб, число и сложность связей ТИ делает все менее эффективным традиционный менеджмент ТИ на уровне здравого смысла. Возникает потребность в поддержке и научном обосновании принимаемых решений. В данной работе предложен научно обоснованный Комплекс моделей для поддержки управления стратегическим развитием ТИ Макрорегиона в условиях изменения климата (кратко - Комплекс), направленный на повышение эффективности реального сектора экономики, социально-экономическое и пространственное развитие России. Основные составляющие научного обоснования этого Комплекса опубликованы в 19 монографиях, 135 научных статьях (из которых 35 цитируются в базах данных Web of Science и SCOPUS), 20 отчетах о фундаментальных НИР и 20 отчетах о прикладных НИР, выполненных по хоздоговорам (соответствующая библиография приведена в работах [1-6]).
Фундаментальная основа Комплекса - теория управления большими транспортными системами (БТС). Основная её идея: «Управление БТС должно быть таким, чтобы те, кто имеет капитал и власть, делали то, что необходимо для БТС в целом». Основанные на ней прикладные разработки Комплекса базируются на концепции Прогрессивного Регионального Отраслевого Комплексного Согласованного Интеллектуального Механизма с Адаптацией (ПРОКСИМА). Соответственно, принципы построения Комплекса - прогрессивность, системность, согласованность, интеллектуальность и адаптивность. Прогрессивность предполагает использование результатов научно-технического прогресса, инновационных методов и технологий ТИ. Системный подход
позволяет учесть влияние внешних факторов на развитие ТИ, а системный инжиниринг - комбинировать математические, формально-логические и когнитивные модели ТИ, разработанные на базе теории БТС. Третий принцип разработки Комплекса - согласованность с существующей практикой управления стратегическим развитием ТИ и нормативными документами стратегического планирования России. Интеллектуальность Комплекса обеспечивается сочетанием подходов и методов естественного и искусственного интеллекта (в том числе математического и когнитивного моделирования, а также машинного обучения и опознавания образов) для управления развитием ТИ. Принцип адаптивности отражает нацеленность Комплекса на наиболее эффективное использование потенциала изменений для развития ТИ.
В рамках Комплекса, разработаны 5 функциональных комплексов моделей (ФКМ), позволяющих моделировать и поддерживать практические процессы: управления стратегическим развитием ТИ социально-экономических и производственно-транспортных систем; отбора и экспертизы крупномасштабных проектов развития ТИ; управления и безопасности ТИ Макрорегиона (рис.1).
Рис. 1. Функциональные комплексы моделей (ФКМ) Комплекса моделей (КМ).
ФКМ ТИ социально-экономических систем (СЭС) содержит 2 блока моделей, позволяющих решать прямую и обратную задачи развития ТИ. Прямая задача заключается в формировании ТИ, обеспечивающей заданные (прогнозные или плановые) потребности СЭС в транспортных услугах. Обратная задача состоит в определении влияния эволюции ТИ на развитие СЭС. Первый блок моделей решает прямую задачу, используя модельно-инструментальный комплекс (МИК), включающий математическую модель, технологию и программно-информационное обеспечение сценарного моделирования развития ТИ, как подсистемы транспортного комплекса крупномасштабной СЭС. В 2001-2019гг. МИК использовался: в холдинге «РЖД» для сценарного моделирования и планирования развития железных дорог России; на Экспериментальном заводе научного приборостроения со Специальным конструкторским бюро Российской академии наук (ФГУП ЭЗАН) - при разработке телекоммуникационного цифрового оборудования, систем управления элементами сети и систем электропитания устройств связи, поставляемых для железных дорог и газотранспортной сети Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики.
Второй блок моделей ФКМ ТИ СЭС решает обратную задачу, моделируя влияние ТИ и множества других факторов на эволюцию СЭС с помощью иерархически упорядоченного комплекса когнитивных карт. Адаптированные версии МИК и моделей вли-
яния ТИ на СЭС использовалась при разработке сценариев и прогнозов развития ТИ Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики на период до 2025г., до 2035г. и до 2050 года.
ФКМ ТИ производственно-транспортных систем (ПТС) содержит 3 блока моделей.
Первый блок моделей ФКМ ТИ ПТС включает взаимосвязанные оптимизационные, имитационные, расчётные, человеко-машинные и другие модели крупномасштабных ПТС. В основу его построения положен агрегативно-декомпозиционный подход, в том числе принцип последовательного синтеза допустимых вариантов построения отдельных элементов, частей и ПТС в целом, с последующим выбором наилучшего варианта реализации и развития ПТС. На основе моделирования и многошагового решения локальных, отраслевых и территориальных задач развития ПТС и ТИ с использованием первого блока моделей, путем их сопряжения с когнитивными моделями развития регионов, разработан второй блок моделей, включающий гибридные (когнитивно-математические) модели управления ПТС и ТИ, а также модели их влияния на социально-экономическое развитие регионов.
Третий блок моделей разработан для анализа рентабельности инвестиций в проекты развития ПТС и ТИ, оценки эффективности их модернизации, выбора схемы финансирования инвестиционных проектов, подготовки документов технико-экономического обоснования в бизнес-плане. Этот блок реализован в методике и программном комплексе «ТЭО-ИНВЕСТ», широко зарекомендовавшем себя как эффективный инструмент финансового анализа, анализа экономической эффективности, риска и чувствительности инвестиционных проектов развития ПТС и ТИ, содействующих повышению эффективности реального сектора экономики.
ФКМ отбора и экспертизы крупномасштабных проектов развития ТИ содержит 4 блока моделей. Первый блок позволяет, на основе анализа целей стратегического развития ТИ, формировать систему ранжирования и отбора приоритетных проектов, обеспечивающую их рациональное бюджетирование.
Второй блок моделей поддерживает экспертизу крупномасштабных проектов развития ТИ. На его основе, в частности, разработана и утверждена Методика проведения технологического аудита проектов развития железных дорог, обязательная для компаний, организаций и предприятий холдинга «РЖД». Использование этого блока моделей и указанной Методики только при технологическом аудите проекта реконструкции Восточного полигона БАМ позволило сэкономить 5 280 млн руб.
Третий блок моделей позволяет проводить экспертизу влияния крупномасштабных проектов развития ТИ и ПТС на развитие СЭС региона, основываясь на построении и использовании когнитивных карт, описывающих взаимосвязи проектов и других факторов.
Четвертый блок моделей включает модели согласованного планирования, стимулирования и реструктуризации системы управления функционированием крупномасштабных сетей ТИ на основе их разбиения на полигоны управления. Эти модели применимы как на стадиях формирования системы управления реализацией сложных проектов, так и на этапе эксплуатации ТИ. В частности, разработана модель согласования границ полигонов управления для разных подсистем ТИ (терминально-логистических, информационно-телекоммуникационных, энергетических, ремонтных, профилактических и др.).
ФКМ изменения климата и адаптации транспортной инфраструктуры содержит 3 блока моделей. Первый блок использует модель Земной системы ИФА РАН для моделирования изменений земной климатической системы, её глобальных и региональных изменений на разных временных масштабах.
Второй блок моделей включает комплексы ансамблевых расчётов, используемых для получения количественных оценок возможных изменений климата и их последствий для ТИ Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики при разных сценариях естественных и антропогенных воздействий. С их помощью впервые выполнены прогнозные оценки для навигационного периода на СМП и рисков для работы на арктическом шельфе, с учётом возможных изменений режимов морского волнения из-за уменьшения протяженности морских льдов, а также последствий, связанных с деградацией вечной мерзлоты в Макрорегионе. Третий блок включает модельные направления адаптации ТИ Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики к ожидаемым климатическим изменениям.
ФКМ управления и безопасности ТИ содержит 3 блока моделей.
Первый блок включает сетецентричные модели формирования ТИ Макрорегиона на основе международных транспортных коридоров (МТК), ориентированные на обеспечение равной транспортной и инвестиционной привлекательности этих МТК.
Второй блок включает модели машинного обучения, опознавания образов, адаптивной идентификации, теории игр и управления, предназначенные для использования в интеллектуальной мультимодальной транспортной системе (ИМТС). С их помощью, доказана возможность уменьшения безопасного временного интервала между поездами на МТК, как минимум, в 1,5-2 раза. Это позволит увеличить пропускную способность МТК Макрорегиона в 1,5-2 раза. Соответствующие телекоммуникации в ИМТС Макрорегиона позволяет обеспечить оборудование, разработанное на ФГУП ЭЗАН с использованием Комплекса.
Третий блок включает модели интеллектуальных систем транспортной безопасности, основанные на инструментах искусственного интеллекта (машинном обучении, распознавании образов, адаптивной идентификации), а также на когнитивном подходе. Его использование позволило разработать методы, технологии и руководящие технические материалы в сфере мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, в том числе: изменения в нормативные документы МЧС России; концепцию обеспечения пожарной безопасности (ПБ) перевозочного процесса холдинга «РЖД»; методику автоматизированной количественной комплексной оценки ПБ железнодорожного транспорта; методику расчёта экономической эффективности мероприятий ПБ холдинга «РЖД»; классификатор требований и регламент проверки ПБ на железнодорожном транспорте.
Комплекс был внедрен в процессы развития железных дорог России:
- для анализа, сценарного моделирования и стратегического управления развитием железных дорог России в холдинге «РЖД»;
- для технологического аудита крупномасштабных проектов развития железных дорог России и разработки соответствующей Методики аудита холдинга «РЖД»;
- в ФГУП ЭЗАН - для разработки телекоммуникационного оборудования для оперативно-технологической связи, произведенного и поставленного на ЗападноСибирскую, Красноярскую, Дальневосточную, Сахалинскую и Северную железные дороги России.
Кроме того, Комплекс был внедрен в процессе развития сети магистральных газопроводов (МГ) России: разработанное, с использованием Комплекса, телекоммуникационное оборудование, системы управления и средства электропитания связи произведены ФГУП ЭЗАН и поставлены на МГ «Ямал-Европа» и «Сила Сибири».
Комплекс был также внедрен в процессы развития более чем 200 компаний России, в которые был поставлен ПК «ТЭО-ИНВЕСТ», используемый для анализа и моделирования инвестиционных проектов.
Использование Комплекса и разработанной на его основе Методики технологического аудита крупномасштабных проектов развития железнодорожной инфраструктуры позволило уменьшить на 5 млрд 280 млн руб. затраты на реконструкцию Восточного полигона Байкало-Амурской магистрали.
С использованием Комплекса, во ФГУП ЭЗАН было разработано телекоммуникационное оборудование. для оперативно-технологической связи, произведенное и поставленное на железные дороги Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики на сумму более 650 млн руб.
Кроме того, телекоммуникационное оборудование, а также системы управления сети и средства электропитания связи, разработанные с использованием Комплекса, были произведены и поставлены ФГУП ЭЗАН на газотранспортные сети Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики, в том числе на МГ «Ямал-Европа» (на сумму более 277 млн руб.) и МГ «Сила Сибири» (в 2017-2019 гг. - на 364 млн руб., в 2020г. -на 106 млн руб).
Сценарии и прогнозы развития ТИ регионов Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики на периоды до 2025, 2035 и 2050 года, разработанные с использованием Комплекса, детализируют направления пространственного развития этих регионов и повышения связности их территорий, и направлены на улучшение доступности транспортных услуг для населения.
Полученные с помощью Комплекса результаты способствуют как формированию, так и выполнению национального плана адаптации к изменению климата, в том числе: снижению рисков и использованию возможностей развития ТИ при климатических изменениях, содействующих повышению эффективности реального сектора экономики; соблюдению баланса между наращиванием экономического потенциала Макрорегиона и сохранением комфортной среды жизнедеятельности населения.
Разработанные меры стратегического управления ТИ, в условиях усиления негативных факторов природного и техногенного характера, способствуют оперативности и эффективности проведения операций подразделениями МЧС России в экстремальных климатических условиях, повышению экологической и техносферной безопасности Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики.
В целом, применение Комплекса моделей для управления стратегическим развитием транспортной инфраструктуры Сибири, Дальнего Востока и Российской Арктики в условиях изменения климата содействует повышению уровня жизни населения, эффективности реального сектора экономики и безопасности России в настоящем и в будущем.
Литература
1. Цыганов В. В., Малыгин И. Г., Еналеев А. К., Савушкин С. А. Большие транспортные системы: теория, методология, разработка и экспертиза. - СПб.: ИПТ РАН. 2016. 216 с.
2. Инфраструктура Сибири, Дальнего Востока и Арктики. Состояние и три этапа развития до 2050 года / Под ред. члена-корреспондента РАН Макоско А. А. - СПб.. ИПТ РАН. 2019. 468 с.
3. Цыганов В. В. Инфраструктурная политика Мегапроекта «Единая Евразия. ТЕПР-ИЕТС» // Информационные технологии в науке, образовании и управлении. 2019. № 2 (12). С. 58-62.
4. Цыганов В. В. Основы управления развитием инфраструктуры Сибири, Дальнего Востока и Арктики // Информационные технологии в науке, образовании и управлении. 2019. № 4 (14). С. 49-53.
5. Цыганов В. В. Когнитивное прогнозирование комплексной инфраструктуры крупномасштабного региона // Информационные технологии в науке, образовании и управлении. 2020. № 1. С. 18-23.
6. Цыганов В. В. Механизмы развития транспортной инфраструктуры в сложных климато-географических условиях // Информационные технологии в науке, образовании и управлении. 2020. № 2 (16). С. 3-7.
Сведения об авторе Владимир Викторович Цыганов
д-р техн. наук, проф., зав. отд. Институт проблем управления им. В.А.Трапезникова РАН Москва, Россия Эл. почта: v188958@akado.ru
Information about author
Vladimir Victorovich Tsyganov
Doctor of Science (Tech.), Prof., head of division V.A. Trapeznikov Institute of management problems of the RAS Moscow, Russian Federation E-mail: v188958@akado.ru
УДК 004.832.23 С.И. Родзин, О.Н. Родзина
ГРНТИ 28.23.19 Южный федеральный университет
DOI: 10.47501/ГШ0и.2021.1.08-14
МАСШТАБИРУЕМОСТЬ БИОЭВРИСТИК ДЛЯ ЗАДАЧ МНОГОМЕРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
Предлагается масштабируемый биоэвристический алгоритм способный решать многомерные оптимизационные задачи. Используются специальные операторы для поддержки разнообразия популяции решений, расширения области поиска решений за счет менее перспективных решений. Оценка эффективности предложенного алгоритма проводится на наборе многомерных функций Гриванка, Растригина, Розенбро-ка, Швефеля. Показатели разработанного алгоритма сравнивают с показателями конкурирующих алгоритмов.
Ключевые слова: биоэвристика, масштабируемость, многоэкстремальные функции, оптимизация.
