|
ХЕРСОНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
МАЛОМУЖ ТЕТЯНА ВАСИЛІВНА
УДК 681.5.015
МОДЕЛІ ТА ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ
РІШЕНЬ З УПРАВЛІННЯ БЮДЖЕТОМ РЕГІОНУ
Спеціальність 05.13.06 -
автоматизовані системи управління
та прогресивні інформаційні технології
Автореферат
дисертації на здобуття наукового
ступеня кандидата технічних наук
ХЕРСОН - 2004
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України
Науковий керівник – доктор технічних наук, професор,
заслужений діяч науки і техніки України
Бардачов Юрій Миколайович,
Херсонський державний технічний університет,
ректор, завідувач кафедри вищої математики
Офіційні опоненти:
доктор технічних наук, професор
Михайленко Віктор Мефодійович,
Європейський університет фінансів, інформаційних систем,
менеджменту і бізнесу, м. Київ, завідувач кафедри
математичних дисциплін
доктор технічних наук, професор
Петров Едуард Георгійович,
Харківський національний університет радіоелектроніки
Міністерства освіти і науки України,
завідувач кафедри системотехніки;
Провідна установа: Харківський національний політехнічний університет “ХПІ” Міністерства освіти і науки України, м. Харків
Захист відбудеться “19" травня 2004 р. о 12.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.01 при Херсонському державному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе, 24, корпус 1, аудиторія 223.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Херсонського державного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе, 24, корпус 1.
Автореферат розісланий “ 16 ” квітня 2004 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради В.О. Костін
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Одним з напрямків сучасних наукових досліджень є удосконалення процесу управління бюджетом регіону.
Проблеми управління бюджетом в Україні зумовлені, насамперед, наявністю глибоких територіальних диспропорцій, збільшенням розриву між збільшенням прав і задач місцевого самоврядування в соціально-економічній сфері та фінансовими можливостями їх реалізації, тобто можливостями місцевих бюджетів.
У так званих “депресивних регіонах”, для яких характерним є дефіцит бюджету, ситуація суттєво загострюється, а на Україні 80% регіонів мають постійний дефіцит бюджету.
Постає проблема управління бюджетом в умовах дефіциту, яка полягає в пошуку способів раціонального виконання дефіцитного бюджету в умовах соціально-економічної нестабільності регіонів. На рівні регіону перехід до “ручного управління” виконанням бюджету став практично повсякденною нормою.
Навіть в менш складній ситуації бездефіцитного або профіцитного бюджету проблема хоча й виглядає більш оптимістично, але не стає простішою, а тому не втрачає своєї актуальності.
У дослідженнях, що присвячені управлінню бюджетом, слабкою ланкою є відсутність системного підходу, не визначено питання формування рішень щодо керуючих впливів на бюджет.
Процес управління бюджетом в термінах системного підходу належить до класу неструктурованих або слабко структурованих; для управління бюджетом неможливо використати існуючі результати в галузі управління технічними системами, тому потрібні нові підходи, в тому числі засновані на нових інформаційних технологіях. Отже задача створення інформаційної технології управління бюджетом регіону набуває особливої актуальності.
Недостатня розробленість проблеми побудови інформаційної технології підтримки прийняття рішень щодо управління бюджетом регіону, її актуальність, теоретична і практична значущість зумовили вибір теми, постановку мети і задач дослідження.
У процесі роботи автор спирався на праці таких вчених, як В.М. Глушков,
В.І. Михалевич, Г.С. Поспєлов, В.І. Скуріхін, А.Д. Цвіркун, О.О. Павлов, Е.Г. Петров,
В.Є. Ходаков, В.Ф. Ситник, Г.С. Осіпов, Д.О. Поспєлов та інші.
Зв’язок роботи з програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в Херсонському державному технічному університеті Міністерства освіти і науки України у рамках державної науково-технічної програми №7 “Перспективні інформаційні технології, пристрої комплексної автоматизації, системи зв’язку” ДКНТПП (Постанова Верховної Ради України від 16.10.1992р. 27-05-ХІІ “Про приоритетні напрямки розвитку науки і техніки”) відповідно до плану науково-дослідних робіт за держбюджетними темами “Вдосконалення інформаційних систем підтримки прийняття управлінських та проектних рішень” (№0102U004861) та “Розробка інтелектуальної системи підтримки прийняття рішень по управлінню фінансово-бюджетними процесами регіону” (№0103U000076), де автор був виконавцем. Роль автора полягала у створенні моделей та алгоритмів прийняття рішень з оперативного управління виконанням бюджету регіону.
Мета та задачі дослідження. Метою дослідження є розвиток теорії і методології створення систем підтримки прийняття рішень при управлінні бюджетом регіону та розробка інформаційних технологій прийняття рішень, що базуються на принципах програмно-цільового та адаптивного управління.
Мета роботи зумовила необхідність вирішення наступних задач:
- визначити та дослідити бюджет регіону як об’єкт програмно-цільового управління;
- розробити модель бюджету регіону, що придатна для подальшого застосування методів адаптивного управління, та створити необхідний формально-логічний апарат;
- розробити концепцію та технологію інформаційної підтримки прийняття рішень та методи управління бюджетом регіону на її основі;
- дослідити методи та моделі інформаційної підтримки процесу прийняття рішень щодо бюджету регіону;
- розробити інформаційну технологію управління бюджетом регіону, створити інформаційне, математичне, алгоритмічне та програмне забезпечення технології;
- розробити метод оцінки ефективності прийняття рішень щодо управління бюджетом регіону та визначити ефективність використання запропонованих розробок.
Об’єктом дослідження є процес управління бюджетом регіону.
Предметом дослідження є інформаційні технології підтримки прийняття рішень з управління бюджетом регіону.
Методи дослідження. В основу досліджень покладено сценарно-прецедентний підхід до прийняття рішень в умовах невизначеності та ліміту часу. Використано системний підхід для аналізу бюджету як об’єкта управління; методи теорії програмно-цільового та оптимального управління для створення моделі бюджету як об’єкта управління; методи ідентифікації та адаптації для розпізнання ситуації, що склалась, та пристосування до неї накопичених сценаріїв; методи теорії нечітких та наближених множин для зняття наслідків суб’єктивності та невизначеності в процесі прийняття рішень.
Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному.
1. Вперше запропоновано модель управління бюджетом регіону на основі використання програмно-цільового підходу, визначено критерії та обмеження моделі, при цьому задача пошуку рішень з управління бюджетом зводиться до задачі адаптивного планування.
2. Доопрацьовано та розвинено модель регіонального бюджету, що використовує фільтр Калмана-Бьюсі для оцінки параметрів стану динамічної системи за результатами спостережень; запропоновано скомбінувати вирішення матричних рівнянь Ріккаті, знайдених для визначеного класу початкових умов та обмежень, та сценарно-прецедентну модель вибору керуючих впливів для підвищення ефективності прийняття рішень.
3. Розвинено та доповнено теоретичні основи прийняття рішень на основі сценарно-прецедентного підходу, вперше розроблено метод гібридного сценарно-прецедентного прийняття рішень з управління бюджетом в умовах невизначеності та ліміту часу.
4. Запропоновано формальну модель прийняття управлінських рішень в СППР для адаптивного планування бюджету регіону на основі гібридного сценарно-прецедентного підходу, розроблено метод адаптивного управління бюджетом регіону та реалізовано алгоритм адаптивного управління.
5. Розроблено інформаційну технологію підтримки прийняття управлінських рішень з використанням програмно-цільового підходу в складних динамічних системах на основі сценарно-прецедентних методів прийняття рішень.
6. Запропоновано метод оцінки якості прийнятих управлінських рішень на основі моделі зважування зі зворотнім зв’язком, який дозволяє оцінити ефективність функціонування системи підтримки прийняття рішень з управління бюджетом регіону та придатний до використання з метою адаптації рішень, що приймаються.
Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що використання розроблених моделей, методів та алгоритмів дозволяє підвищити ефективність і якість прийняття управлінських рішень, пов'язаних з управлінням бюджетом регіону.
Розроблені моделі, методи та алгоритми застосовано при розробці ряду програмних модулів в прикладних системах “Інтелектуальна система підтримки прийняття рішень по управлінню бюджетом регіону” та “Інтелектуальна система моніторингу, прогнозування та управління розвитком регіону”, впроваджених в Головному фінансовому управлінні та в Управлінні економіки Херсонської обласної державної адміністрації, а також в програмних продуктах для Херсонської міської податкової адміністрації та фінансового управління Херсонського міськвиконкому.
Результати дослідження використано при розробці стратегії економічного та соціального розвитку Херсонської області до 2011 року та механізмів її реалізації. Практичне використання системи підтвердило коректність і достовірність розроблених моделей, методів і алгоритмів.
Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі при проведенні навчальних занять з дисциплін: “Оптимальне управління”, “Проектування економічних інформаційних систем”, курсовому та дипломному проектуванні в Херсонському державному технічному університеті.
Особистий внесок здобувача. Автором проведено системологічний аналіз бюджету як об’єкта управління, досліджено методи управління виконанням бюджету, систематизовано і доопрацьовано сценарно-прецедентний підхід до прийняття рішень, розроблено алгоритми та створено програмні продукти, що реалізують сценарно-прецедентний підхід, проведено узагальнення одержаних результатів. Наукові положення, висновки, рекомендації, практичні результати, які викладено в дисертаційній роботі, належать авторові і не містять результатів, що належать співавторам, разом з якими опубліковані наукові роботи.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися й обговорювалися на семінарах наукової ради НАН України “Прикладні проблеми інформатики” з проблеми “Кібернетика” (Херсон, 2002-2004) та на міжнародних та всеукраїнських конференціях, симпозіумах: ІІІ та IV міжнародних наукових конференціях “Інформаційні технології в освіті та управлінні” (Нова Каховка, 2002, 2003); VII міжнародній конференції “Контроль і управління в складних системах” (КУСС-2003) (Вінниця, 2003); ІІІ та IV міжнародних наукових конференціях з математичного моделювання “МКММ-2002”, “МКММ-2003” (Лазурне, 2002, 2003); науково-практичній конференції “Напрями соціально-економічного розвитку територіальних громад” (Н. Каховка, 2002); відкритих науково-методичних читаннях “Математика для економіки й економістів: проблеми викладання та використання” (Херсон, 2002); VIIІ міжнародній науково-практичній конференції “Інформаційні технології в економіці, менеджменті і бізнесі” (Київ, 2002); Всеукраїнській науково-технічній конференції “Інформаційні технології та моделювання” (Кременчук, 2003); науково-практичній конференції “Прогнозування соціально-економічного розвитку Херсонської області” (Херсон, 2003); 5-й міжнародній науково-практичній конференції “Системний аналіз та інформаційні технології” (Київ, 2003); І-й Всеукраїнській науково-практичній конференції “Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем” (Дніпропетровськ, 2003); 8-му міжнародному молодіжному форумі “Радіоелектроніка та молодь у 21-му сторіччі” (Харків, 2004).
Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 друкованих праць, з них 7 статей у наукових фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України.
Структура і обсяг дисертації визначається поставленою метою, задачами і прийнятою методикою виконання досліджень. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків, та нараховує 166 сторінок друкованого тексту, 25 рисунків, 6 таблиць, 217 найменувань літературних джерел, 8 додатків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано основну мету і задачі дослідження, наведено перелік отриманих у дисертації результатів, відзначені їх новизна та практична цінність. Зазначено особистий внесок здобувача у ті розробки, які виконані і опубліковані разом з співавторами. Подано відомості про апробацію роботи і використання результатів проведених досліджень органами регіонального управління та в навчальному процесі.
У першому розділі приведено аналіз існуючого стану справ в області управління регіональними бюджетами. Розглянуто методи і технології формування і управління бюджетом регіону, коло проблем, які виникають в цій галузі, а також представлена загальна концепція нової інформаційної технології, яка може бути використана для їх розв’язання.
Проведено системологічний аналіз бюджету регіону: визначено місце бюджету регіону в бюджетній системі України, склад, структуру та особливості формування доходної та витратної частини.
Показано, що бюджет має складну багаторівневу ієрархічну структуру, пронизану великою кількістю зворотних зв'язків, що робить практично нездійсненною задачу побудови його повної формальної моделі навіть у межах рівня регіону. Крім того, визначено, що динаміка бюджету як складної системи піддається впливові великої кількості внутрішніх і зовнішніх факторів, що ускладнює прогнозування його стану та процес прийняття рішень щодо управління бюджетом.
Зазначені обставини обумовлюють актуальність дослідження, та дозволяють визначити коло проблем, що потребують першочергового розв’язання.
Представлено стратегічну та оперативну задачі управління бюджетом регіону. Наведено критерії ефективності управління доходною та видатковою частинами бюджету. Розглянуто процес управління бюджетом регіону.
Визначено задачу оперативного управління бюджетом регіону як задачу управління виконанням бюджету, пов’язану з мінімізацією втрат від вимушених трансформацій бюджету.
Ця задача є складною внаслідок слабкої формалізованості та структурованості, залежності від поточної ситуації, обмежень в часі на прийняття рішення.
Прогнозування доходної та видаткової частин бюджету пов’язано з високим рівнем невизначеності, крім того, видаткова частина розраховується за допомогою узагальнених коефіцієнтів та норм, що веде до великої погрішності прогнозу.
У зазначених умовах задача оперативного управління бюджетом регіону вирішується на основі досвіду та інтуїції особи, що приймає рішення (ОПР), а рішення, що приймаються, ґрунтуються на суб’єктивному відчутті соціально-економічних пріоритетів ОПР на поточний момент часу.
Неможливість створення повної та адекватної моделі управління бюджетом регіону потребує застосування нових інформаційних технологій, що дозволяють реалізувати управління бюджетом регіону на основі накопиченого досвіду експертів та ОПР, їх інтуїції.
Наведено загальну структуру такої інформаційної технології та перелік чинників, що впливають на ефективність її застосування. Підкреслено неухильне зростання ролі і місця сучасних інформаційних технологій у розв’язанні задач оперативного управління бюджетом на регіональному рівні.
Аналіз відомих підходів до застосування сучасних інформаційних технологій в управлінні дозволив визначити, що найбільш перспективним напрямком є створення інтелектуальної системи підтримки прийняття рішень (СППР).
Визначено загальну концепцію створення такої СППР та коло питань, які повинні бути вирішені нею в межах задачі оперативного управління бюджетом регіону.
Другий розділ присвячено питанням створення математичних моделей розв’язання задачі адаптивного управління бюджетом регіону. Розглянуто системологічні основи управління бюджетом, визначено модель структури його доходної і видаткової частин, методи оперативного управління бюджетом, критерії оцінки оперативного управління бюджетом регіону. Доведено, що управління бюджетом регіону доцільно здійснювати з позицій комбінованого застосування програмно-цільового та інтуїтивного управління.
При розробці бюджету на наступний період застосовується програмно-цільове управління (ПЦУ), результатом якого є визначення стратегічних цілей, а також прогнозної (планової) бюджетної траєкторії, що повинна забезпечити їх досягнення.
Використання принципів ПЦУ для вирішення задачі адаптивного управління бюджетом регіону вимагає, щоб після розробки та затвердження бюджету здійснювався безперервний моніторинг процесу його виконання, та, в разі потреби, змінювались стратегії досягнення поставлених цілей. Моніторинг виконання цільової програми здійснюється у відповідності з принципами оперативного управління наступним чином.
Регіональний бюджет розглядається як “сіра шухляда”, на вхід якої надходить вектор параметрів керуючих впливів. Такими параметрами (вектор  ) виступають статистично обумовлені параметри регіону на поточний момент часу: мінімальний рівень доходів населення, рівень безробіття, розподіл витрат за бюджетними статтями, рівень соціальної напруженості й ін.
ОПР очікує отримати бажаний результат (вектор  ). Таким результатом є досягнення однієї чи декількох поставлених цілей.
Задача оперативного управління бюджетом полягає у визначенні за допомогою моделі регіонального бюджету такого керуючого впливу ( ), щоб максимально наблизитися до бажаного результату (вектор  ).
Рис. 1. Загальний підхід до управління бюджетом
При визначенні керуючого впливу  доводиться долати ряд труднощів:
- наявність складних і таких, що важко виявляються, взаємозалежностей між компонентами векторів  і  ;
- наявність часових лагів між реалізацією керуючих впливів і реєстрацією їх результатів;
- необхідність врахування латентних факторів і помилок у спостереженні поточного стану;
- дискретність як процесу спостереження за станом системи, так і процесів прийняття управлінських рішень.
Перелічені особливості обумовлюють необхідність сценарного оцінювання можливих станів регіонального бюджету, з метою вибору такого керуючого впливу, що забезпечує максимальне наближення до цільової (рівноважної) бюджетної траєкторії. Моніторинг виконання цільової програми та оперативне управління здійснюється наступним чином.
Розглянемо множину з m параметрів, що характеризують бюджет регіону та доступні для спостереження – вектор спостережень  , при цьому підмножина з n параметрів є критичною для досягнення визначених цілей – це показники, що характеризують динаміку і балансові характеристики бюджету регіону.
Позначимо множину параметрів стану вектором стану  . Вектори  і  пов'язані між собою деякою функціональною залежністю. На інтервалі часу  здійснюються спостереження, що пов'язані зі станом бюджету  в такий спосіб:
де
 - символ матрично-векторного добутку;
 - помилки (погрішності) спостереження;
 - задана матриця коефіцієнтів.
Тоді зміна параметрів стану в часі може бути описана наступною системою диференціальних рівнянь:
де
 - шуканий вектор регулюючого впливу;
 - матриці коефіцієнтів;
 - флуктуації, викликані впливом зовнішнього середовища або помилками виконавців, що приводять до відхилення від цільової програми (заданої траєкторії бюджету).
Задача вирішується з урахуванням наступних обмежень:
де
0 - нульовий вектор,
 - коваріаційна (дисперсійна) матриця процесу  ,
 - коваріаційна (дисперсійна) матриця процесу  ,
 - символ транспонування,  - функція Кронекера.
Практичне застосування запропонованого підходу потребує виконання наступних обов'язкових умов:
- наявності узагальненої моделі фінансових потоків регіонального бюджету;
- вибору множини параметрів, достатньої для управління розробленою моделлю;
- визначення такої мінімальної множини параметрів, зміна яких дозволяє адекватно визначати поводження моделі;
- формування критерію оцінки якості управління.
Найбільш складною проблемою з цієї низки є остання.
Для оперативного управління бюджетом регіону в якості критерію оцінки якості розглядається мінімум відхилення програмно-цільової (бюджетної) траєкторії від деякої “зони рівноваги”, визначеної на етапі стратегічного планування з використанням основних положень ПЦУ.
Відхилення параметрів бюджетної системи від планової траєкторії реєструються з метою формування необхідного керуючого впливу за допомогою фільтра Калмана-Бьюсі.
У випадку реєстрації відхилення від запланованих (цільових) траєкторій, СППР повинна запропонувати (ОПР) можливі варіанти подолання ситуації, що склалася, і передбачуваних наслідків реалізації управлінських рішень.
Застосування фільтра Калмана-Бьюсі забезпечує ряд переваг, оскільки він не використовує всю передісторію процесу моніторингу показників, а спирається лише на поточні оперативні спостереження, що істотно для системи, підданої випадковим впливам.
У цьому зв'язку під "станом" бюджету, як складної динамічної системи, розглядається сукупність величин, що цілком характеризують його стан на поточний момент і грають роль початкових умов для майбутнього (за часом) стану.
Нова оцінка стану будується таким чином: екстрапольована по рівняннях динаміки системи стара оцінка плюс "зважена" різниця між зміною вектора  і прогнозом цієї зміни на підставі минулих вимірів.
Оцінка  вектора стану  знаходиться розв’язанням наступного матричного диференціального рівняння:
де
 - матриця ковариації (дисперсійна матриця) помилки оцінювання,
 - матриця коефіцієнтів підсилення фільтра (для некорельованих "шумів"  і  , тобто  :
Вирішення системи рівнянь (2) відносно  є складним і потребує розв’язання матричних рівнянь Ріккаті.
Оскільки з часом створюються ситуації, подібні до тих, що раніше вже виникали, доцільно знаходити рішення системи (2) ітераційним методом одноразово, а надалі для прийняття рішень щодо управління бюджетом в аналогічних ситуаціях використовувати інтуїтивні методи.
У третьому розділі проведено аналіз можливості використання інтуїтивних (когнітивного та на основі прецедентів) підходів для підтримки прийняття рішень з управління бюджетом регіону. Це дає змогу використати для вироблення управляючих впливів досвід, що накопичений особою, яка приймає рішення.
Доведено, що в умовах невизначеності та дефіциту часу для цього потрібно скомбінувати вказані підходи, таким чином необхідне створення формальної моделі гібридної сценарно-прецедентної СППР.
Для цього подано визначення стану системи, ситуації, ситуаційної моделі, прецеденту. Наведено правила представлення знань для опису ситуацій.
Кожен прецедент  може розглядатись як умовна імплікація виду
де
 - вхідна ситуація, що має опис за допомогою множини правил представлення знань,
 - рішення, що було прийняте в ситуації  .
Множина прецедентів  є накопиченим досвідом системи:
Таким чином, якщо задано деяку ситуацію  та існує прецедент  , можна стверджувати, що  є приблизним (або правдоподібним) рішенням для ситуації  . Більше того, чим ближче ситуація  до ситуації  , тим правдоподібніше, що  є рішенням для  .
Для знаходження ступеня близькості ситуації  до ситуації  і відповідно оцінки близькості рішення  використовується функція подібності  , на її основі будується відношення подібності між прецедентами та отримано міру подібності  .
Далі подано визначення та структуру прецедентної системи та сховища прецедентів. Показано, що рішення може бути представлено за допомогою можливого плану дій.
Сформульовано головну задачу прийняття рішень у ситуації  : є початкова  і кінцева (цільова)  ситуації, необхідно із множини управляючих впливів  побудувати план дій  , який, будучи застосованим до  , дозволяє досягнути  .
Сценарій  розглянуто як кортеж, що складається з актуального стану системи (ситуації), цільового стану системи (та/або значень цільових факторів) та множини планів досягнення цільового стану. Для кожного плану може бути також представлено оцінку можливості його виконання:
де
 – початкова ситуація;
 – план;
 – кінцева (цільова) ситуація у випадку виконання плану  ;
 – оцінка можливості досягнення цільової ситуації  при виконанні плану  .
Множина сумісних планів  для деякої ситуації  є множиною рішень  множини прецедентів  , що обрані з сховища прецедентів за ступенем близькості ситуації  до  .
Таким чином, прецедентна система є “перетворювачем” актуальної ситуації в сценарій рішення (рис. 2). Показано, що для побудови СППР необхідно розробити:
- метод формування бази прецедентів;
- метод вибору рішень;
- метод адаптації рішень за умови невисокої оцінки подібності ситуацій;
- метод оцінки якості вибору та прийняття рішень.
Формування бази прецедентів включає чотири фази:
- обчислення ваги ознак для визначення рівня значимості прецеденту в базі;
- кластеризації прецедентів за ознаками;
- отримання адаптаційних правил для кожної ознаки з використанням наближеного або нечіткого дерев рішень;
- вибору необхідної множини прецедентів на основі відношення  -покриття та  - досяжності.
Представлено алгоритми визначення вагових коефіцієнтів, кластеризації прецедентів та знаходження ступеню подібності.
Запропоновано нечіткий евристичний алгоритм пошуку адаптаційних правил, наведено алгоритм відбору репрезентативних прецедентів, що заснований на оцінці досяжності цільової ситуації.
| 
