Моделирование и принятие решений в организационно-технических системах. В 2-х ч. Ч. 1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральский федеральный университет
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

К. А. Аксенов, Н. В. Гончарова 

Моделирование и принятие решений  
в организационно-технических систеМах

Часть 1

Рекомендовано Региональным отделением УрФО  
учебно-методического объединения вузов  
Российской Федерации по образованию  
в области радиотехники, электроники,  
биомедицинской техники и автоматизации 
в качестве учебного пособия  
для студентов высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению подготовки 
220400 — Управление в технических системах в УрФО

Москва
Издательство «ФЛИНТА»
Издательство Уральского университета
2018

2-е издание, стереотипное

УДК 681.5.01:005(075.8)
ББК 32.965я73+65.050.2я73

А42

Рецензенты: 
Институт экономики УрО РАН, Центр экономической безопасности 
д-р физ.-мат. наук, проф. А. Ф. Шориков (Екатеринбург);
канд. техн. наук, доц. В. М. Кормышев (директор ООО «УралСпортСервис»)
Научный редактор — д-р техн. наук, проф. Л. Г. Доросинский

Аксенов, К. А.
А42
Моделирование и принятие решений в организационно- 

технических системах [Электронный ресурс]: учебное пособие. В 2 
ч. Ч. 1 / К. А. Аксенов, Н. В. Гончарова. — 2-е изд., стер. — М. : 
ФЛИНТА : Изд-во Урал. ун-та, 2018. —104 с.

ISBN 978-5-9765-3515-2 (ФЛИНТА, ч.1)
ISBN 978-5-9765-3516-9 (ФЛИНТА, общий)
ISBN 978-5-7996-1321-1 (Изд-во Урал. ун-та, ч. 1)
ISBN 978-5-7996-1320-4 (Изд-во Урал. ун-та, общий)

В учебном пособии отражены аспекты моделирования и принятия 
решений в организационно-технических системах. Основное внимание 
уделено моделированию бизнес-процессов с использованием автоматизированных средств поддержки принятия решений. Описаны процессы 
системного анализа, моделирования и принятия решений на промышленных предприятиях. Рассмотрены методы моделирования организационно-технических систем и существующие системы поддержки принятия 
решений. Пособие содержит примеры, иллюстрирующие материал. Предназначено для студентов дневной и дистанционной форм обучения 
направ-лений 230100 – Информатика и вычислительная техника, 220400 
– 
Управление 
в 
технических 
системах, 
080200 
– 
Менеджмент 
специальности 080502 – Экономика и управление на предприятии (металлургия). 

Библиогр.: 89 назв. Табл. 1. Рис. 17.
УДК 681.5.01:005(075.8)
ББК 32.965я73+65.050.2я73

© Уральский федеральный
университет, 2015

ISBN 978-5-9765-3515-2 (ФЛИНТА, ч.1)
ISBN 978-5-9765-3516-9 (ФЛИНТА, общий)
ISBN 978-5-7996-1321-1 (Изд-во Урал. ун-та, ч. 1)
ISBN 978-5-7996-1320-4 (Изд-во Урал. ун-та, общий)

введение

Учебное пособие посвящено вопросам поддержки принятия решений (ППР). В большинстве случаев ППР заключается 
в генерации возможных альтернатив решений, их оценке и выборе лучшей альтернативы. При выборе альтернатив приходится учитывать большое число противоречивых требований 
и, следовательно, оценивать варианты решений по многим 
критериям.
Характерной особенностью решаемых сегодня задач является их многокритериальность, поэтому лицам, принимающим 
решения (ЛПР), приходится оценивать множество сил, влияний, 
интересов и последствий, характеризующих варианты решений.
Формализация процессов принятия решений, их оценка 
и согласование являются чрезвычайно сложной задачей. Увеличение объема информации, поступающей в органы управления 
и непосредственно к руководителям, усложнение решаемых задач, необходимость учета большого числа взаимосвязанных факторов и быстро меняющаяся обстановка требуют использовать 
вычислительную технику в процессе принятия решений. Характерной особенностью существующих в настоящее время систем 
поддержки принятия решений (СППР) является их ориентированность на узкий круг решаемых задач, что создает значительные трудности для ЛПР.
Повышение производительности и надежности, уменьшение 
стоимости и рисков, оценка чувствительности системы к изменениям параметров, оптимизация структуры — все эти проблемы 
встают как при эксплуатации существующих, так и при проектировании новых технических и организационных систем. Трудность понимания причинно-следственных зависимостей в слож

ной системе приводит к неэффективной организации систем, 
ошибкам в их проектировании, большим затратам на устранение 
ошибок. Сегодня моделирование становится единственным практическим эффективным средством нахождения путей оптимального (либо приемлемого) решения проблем в сложных системах, 
средством поддержки принятия ответственных решений.
Применение ситуационных моделей в управлении способствует повышению эффективности принимаемых решений, сокращению времени принятия решений, повышению качества 
принимаемых решений, более рациональному использованию 
имеющихся ресурсов.
В данном учебном пособии рассматриваются вопросы моделирования мультиагентных процессов преобразования ресурсов. К ним относятся большинство окружающих нас процессов: 
процессы, протекающие в производстве, технике, организационно-технических системах, экономике, окружающей среде. В настоящее время наблюдается существенный интерес к области 
мультиагентных систем, спецификой которых является наличие 
сообществ взаимодействующих агентов, отождествляющихся 
с лицами, принимающими решения.
У истоков мультиагентного подхода лежат методы экспертного, имитационного и
ситуационного моделирования. 
Существенный вклад в развитие данного направления внесли 
следующие ученые: Борщёв А.В., Вавилов А.А., Виттих В.А., 
Гольдштейн С.Л., Емельянов С.В., Исидзука М., Карпов Ю.Г., 
Клыков Ю.И., Попов Э.В., Поспелов Д.А., Прицкер А., Ржевский Г.А., Скобелев П.О., Советов Б.Я., Форрестер Дж., Филиппович А.Ю., Чистов В.П., Швецов А.Н., Шеер А.В., Уэно Х., 
Яковлев С.А., Jennings N.R., Minsky M., Wooldridge M.J.
Идея учебного пособия заключается в интеграции методов и инструментальных средств ситуационного, мультиагентного, имитационного и экспертного моделирования с целью повышения эффективности принятия решений при ситуационном 
управлении преобразованием ресурсов.
Структура предлагаемого материала выглядит следующим образом.
Пособие состоит из введения, четырех глав, заключения, 
списка литературы.
В первой части пособия обоснована необходимость авто

матизации процесса принятия решений (ППР), приведен обзор 
методов моделирования мультиагентных процессов преобразования ресурсов, рассмотрены системы, близкие по функциональности к системам динамического моделирования ситуаций 
(СДМС), и выполнен их сравнительный анализ, определены 
требования к СДМС мультиагентных процессов преобразования 
ресурсов.
Во второй части излагаются принципы построения СДМС 
мультиагентных процессов преобразования ресурсов и СППР 
технико-экономического проектирования, приведено описание 
данных систем, а также описаны принципы работы с ними.
Авторы благодарны Е.Ф. Смолий за оказанную неоценимую помощь при разработке и отладке СППР семейства BPsim. 
За предоставленную экспериментальную базу благодарим ООО 
«НПП «Системы автоматизации поддержки бизнеса».
Авторы также благодарят всех аспирантов и студентов ФГАОУ 
ВПО «УрФУ», принявших участие в отладке, проведении расчетов и оформлении результатов имитационного моделирования 
в процессе изучения курсов «Системы искусственного интеллекта», «Системы поддержки принятия решений», «Интерфейсы 
АСОИУ» и других дисциплин.

обзор Методов и средств ситуационного 

Моделирования Мультиагентных процессов 
преобразования ресурсов (Мппр)

1. ситуационное управление 

организационно-техниЧескими системами (отс)

1.1. Ситуационный подход в управлении

В становление теории мультиагентных процессов преобразования ресурсов и развитие систем поддержки принятия 
решений существенный вклад внесли работы Борщёва А.В. [1], 
Вавилова А.А. [2], Гольдштейна С.Л. [3–4], Емельянова С.В. 
[2], Исидзуки М. [5], Карпова Ю.Г. [6], Клыкова Ю.И. [7–9], 
Попова Э.В. [10], Поспелова Д.А. [11–12], Прицкера А. [13], 
Советова Б.Я. [14], Форрестера Дж. [15], Филипповича А.Ю. 
[16], Чистова В.П., Швецова А.Н. [17], Шеера А.В. [18], 
Уэно Х. [5], Яковлева С.А. [14], Jennings N.R. [19–21], Minsky M. [22], 
Wooldridge M.J. [19, 23] и др.
В разделе рассматривается развитие понятия «ситуации» 
и «ситуационный подход» в управлении. Перед тем как рассмотреть понятие «ситуация», раскроем базовые понятия моделирования организационно-технических систем (ОТС): система, 
цель, задача, организационно-техническая система.
Система — совокупность элементов, находящихся во взаимодействии. С понятием «система» неразрывно связаны такие 
элементы, как цель и задача. Цель системы — достижение и сохранение желаемого состояния или желаемого результата поведения системы. Применительно к организации более подходит 

следующее определение цели. Цель организации — стремление 
к максимальному результату, выражаемому в максимизации 
ценности капитала, при постоянном сохранении определенного 
уровня ликвидности и достижении целей производства и сбыта 
с учетом социальных задач. Система целей — совокупность взаимоувязанных целей. Задача системы — описание способа (технологии) достижения цели, содержащего указание на цель с желаемыми конкретными числовыми (в том числе временными) 
характеристиками [24].
Современная ОТС является сложной системой управления, 
включающей многосортные множества взаимосвязанных и взаимодействующих в пространстве и во времени элементов, формирующих её интегративные свойства и функционирующих совместно 
для достижения целей, поставленных перед системой [17].
Слово «ситуация» используется повседневно в самых различных аспектах и порой неотделимо от таких понятий, как состояние, событие, процесс, положение и т.д. Основоположники 
ситуационного управления Клыков Ю.И. [7–8] и Поспелов Д.А. 
[11–12] в своих ранних работах явно отождествляют ситуацию 
с состоянием. Позднее авторы расширяют понятие, добавляя 
в него информацию о связях между объектами: «текущая ситуация — совокупность всех сведений о структуре объекта и его 
функционировании в данный момент времени» [12]. Все сведения подразумевают также причинно-следственные связи, которые могут выражаться множеством последовательных событий 
или процессов. В этом смысле ситуация кардинально отличается 
от состояния и события, которые могут соответствовать только 
одному моменту времени [16].
Будем придерживаться следующего определения ситуации, 
данного в работе [16]: Ситуация системы есть оценка (анализ, 
обобщение) совокупности характеристик объектов и связей 
между ними, которые состоят из постоянных и причинноследственных отношений, зависящих от произошедших событий и протекающих процессов.
Обобщенное описание (отображение) системы с помощью 
ситуаций называется ситуационной моделью (СМ). В связи 
с этим все ситуационные системы можно называть системами 
ситуационного моделирования (ССМ). В [16] под ССМ понимается комплекс программных и аппаратных средств, которые 

позволяют хранить, отображать, имитировать (симулировать) или анализировать информацию на основе СМ.
Принцип ситуационного управления базируется на понятии полной ситуации как совокупности, состоящей из состояния (текущей ситуации), знаний о состоянии системы управления в данный момент и знаний о технологии управления. Элементарный акт управления представлен в следующем виде [16]:
                                      S
Q
Q
i
j
U
i
k
:
ѕ
®
ѕ
,
 (1)

где Si — полная ситуация;
Qi — новая ситуация;
Qj — текущая ситуация;
Uk — способ воздействия на объект управления (одношаговое решение).
Смысл этого соотношения заключается в следующем [16]: 
если на объекте управления сложилась ситуация Qj и состояние 
системы управления и технологическая схема управления, определяемые Si, допускают использование воздействия Uk, то оно 
применяется, и текущая ситуация Qj превращается в новую ситуацию Qi. Подобные правила преобразования называются логико-трансформационными правилами (ЛТП) или корреляционными правилами. Полный список ЛТП задает возможности 
системы управления воздействовать на процессы, протекающие 
в объекте. Очевидно, что в силу конечности числа различных 
воздействий все множество возможных полных ситуаций как-то 
распадается на n классов, каждому из которых будет соответствовать одно из возможных воздействий на объект управления.
Данное учебное пособие посвящено ситуационному моделированию дискретных процессов преобразования ресурсов.

1.2. Рассмотрение  
организационно-технических систем  
с точки зрения процессов преобразования ресурсов

В разделе рассматривается предметная область процессов 
преобразования ресурсов, охватывающая такие классы процессов, 
как производственные, технологические, организационные, бизнес-процессы и цепочки поставок, и рассматривается возможность 
применения ситуационного подхода к данной предметной области.

Под процессом преобразования ресурсов понимается непрерывный или дискретный процесс преобразования входа (ресурсов, необходимых для выполнения процесса) в выход (продуктов — результатов выполнения процесса). Элемент (компонент) 
такого процесса преобразования ресурсов или весь процесс представлен в виде структуры, включающей: вход, условие запуска, 
преобразование, средства преобразования, выход [25–26].
В процессе преобразования ресурсов обычно происходит 
уменьшение объема входа и увеличение объема выхода. В момент выполнения условия запуска уменьшается входной ресурс 
и захватываются средства. В момент окончания преобразования происходит увеличение выходного ресурса и освобождение 
средств. Таким образом, процесс преобразования ресурсов позволяет описывать большинство окружающих нас процессов. 
Данный подход лег в основу теории динамического моделирования процессов преобразования ресурсов, успешно используемой 
авторами для решения задач управления производственными 
и бизнес-процессами [25–26].
В качестве примера системы преобразования ресурсов может быть рассмотрено любое производственное предприятие. 
В обобщенном графическом виде (на верхнем уровне) коммерческое предприятие может быть представлено следующей схемой 
движения ресурсов предприятия (рис. 1) [25]. На этой схеме прямоугольниками обозначены ресурсы предприятия, а овалами 
преобразователи ресурсов.

Снабжение
Ресурсы для 
производства

Персонал
Работа с 
кадрами

Производство

Оборудование
Закупка 
оборудования

Готовая 
продукция
Продажи

Заказы

Отгруженная 
продукция

Денежные 
средства 
предприятия

Взаимодействие с 
государством и 
обществом

Зарплата, 
налоги и т. д.

Удовлетворение
рыночного спроса

Рис. 1. Потоковая модель предприятия

В целом можно отметить, что подход к моделированию процессов, используемый авторами теории процессов преобразования ресурсов, близок к подходу рассмотрения процесса в виде 
полюсника или группы полюсников, используемому в работах 
авторов Клыкова Ю.И. и Поспелова Д.А. [8–9, 11–12] при моделировании технологических и производственных процессов, 
работы морского порта, аэропорта и железнодорожного узла, 
диспетчеризации тампонажных работ при бурении нефтяных 
и газовых скважин; Чистова В.П., Кононенко И.А., Ситникова И.О., Захаровой Г.Б. при моделировании и проектировании 
радиоэлектронной аппаратуры [27]. Методы ситуационного 
управления нашли применение при автоматизации управления 
процесса капитального строительства [28–29] на основе моделей 
сетевого планирования, которые также используются в задачах 
распределения и планирования ресурсов.
С точки зрения ситуационного управления процесс преобразования ресурсов в графическом виде будем представлять следующим образом (рис. 2).

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ
ВХОД
ВЫХОД

СРЕДСТВА

УСЛОВИЕ
ЗАПУСКА

УПРАВЛЕНИЕ

Рис. 2. Ситуационное представление процесса  
преобразования ресурсов
Под элементом «управление» процесса преобразования ресурсов будем понимать набор управляющих воздействий (команд). Условие запуска определяет момент запуска процесса 
преобразования ресурсов на основании: состояния процесса преобразования, входных и выходных ресурсов, стартующих (запускающих преобразование) команд управления, средств, с помо