Информационные технологии 43 УДК 681.32 А.Р. ЕМАД, О.Е

Информационные технологии
43
УДК 681.32
А.Р. ЕМАД, О.Е. ФЕДОРОВИЧ
Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», Украина
СИСТЕМНАЯ ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ МНОГОУРОВНЕВОГО
ПЛАНИРОВАНИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ РАЗВИТИЯ
АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ
Предложена многоуровневая система сетевого планирования государственной программы развития
авиационной техники. Используя метод системного имитационного моделирования, построена событийная модель сетевого планирования. Внутренние механизмы планирования основаны на знаниеориентированных структурах.
системное моделирование планируемых работ проектов и программ, многоуровневое сетевое планирование, имитационное моделирование проектов и программ
 структура ГПРАТ имеет многоуровневое пред-
Введение
При формировании и реализации сложных проектов Государственной программы развития авиационной техники (ГПРАТ) [1] большое внимание
уделяется планированию работ исполнителей. В
настоящее время известны и широко применяются
такие методы сетевого планирования, как: сетевое
планирование по методу критического пути CPM
(Critical Path Method), сети предшествования, метод
ставление (программа, подпрограммы, планы и т.д.);
 такое же многоуровневое, иерархическое представление имеет и структура исполнителей;
 существуют зависимые программы по отдельным сложным образцам АТ (комплексам, системам),
поэтому изменения и корректировка любой из зависимых программ существенно влияют на характеристики другой программы и ГПРАТ в целом;
(Program
 в ходе планирования и выполнения ГПРАТ мо-
Evaluation and Review Technique), метод анализа и
гут изменяться приоритеты отдельных составляю-
анализа
и
оценки
программ
PERT
графической оценки GERT (Graphical Evaluation and
щих (динамические приоритеты);
Review Technique) [2]. Все эти методы формируют
 сложные условия начала и окончания отдель-
план-графики выполнения работ, которые ориенти-
ных выполняемых работ (разнообразные условия
рованы на несложные проекты. Это обусловлено
синхронизации работ);
тем, что, во-первых, теряется наглядность представ-
 необходимость учета в сетевом планировании трех
ления и удобство работы с сетевым графиком при
уровней планирования (долгосрочного, среднесрочно-
значительном усложнении проекта и, во-вторых, не
го, годового) реализации ГПРАТ со своими времен-
учитываются все особенности, связанные с плани-
ными шкалами и разной степенью детализации работ;
рованием крупномасштабных, сложных проектов и
 многоразмерность задач планирования.
Кроме того, в ходе формирования и выполнения
программ.
ГПРАТ возникают дополнительные задачи, связан-
Постановка задачи
Сложные проекты ГПРАТ имеют целый ряд существенных отличий, которые резко усложняют
задачу сетевого планирования:
ные с уточнением и корректировкой состава исполнителей и структуры работ, а именно:
 ряд исполнителей работ в ходе планирования
могут раскрываться более подробно (т.е. имеют
 А.Р. Емад, О.Е. Федорович
АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ, 2005, № 5 (21)
44
Информационные технологии
многоуровневое представление с произвольной глубиной раскрытия);
 из-за ограниченности выделяемых ресурсов, менее значимые программы, подпрограммы и работы
могут приостанавливаться или даже ликвидироваться.
 профили финансирования (план-графики затрат
во времени);
 прогнозировать причины срыва (увеличения во
времени) работ.
Основное преимущество применения системного
Все выше перечисленное приводит к тому, что
имитационного моделирования в задаче сетевого
классические подходы к сетевому планированию в
планирования – возможность быстрого пересчета
том виде, как они были в свое время сформулирова-
сетевого графика для рационального перераспреде-
ны в постановках задач и выполнены с помощью
ления менеджером проекта ресурсов, анализа и кон-
аналитических подходов, невозможно использовать
троля сроков выполнения работ.
в современных задачах управления сложными проектами ГПРАТ.
При создании системы планирования ГПРАТ
были решены следующие задачи:
Метод решения
В основе предлагаемого подхода, учитывающего
все перечисленные особенности, возникающие при
 разработана стратегия имитационного моделирования ГПРАТ на основе дальнейшего развития
классических методов и средств имитационного
моделирования;
планировании и управлении крупномасштабными
 определена идеология формирования системной
проектами, лежит использование метода имитацион-
модели планирования на основе знаниеориентиро-
ного моделирования [3]. Принципиальное отличие и
ванных структур;
преимущество такого подхода заключается в том, что
формирование сетевого плана-графика работ ГПРАТ
 определен набор функций для новой системы
сетевого планирования;
осуществляется с учетом единого системного време-
 разработана программная модель;
ни T , которое в зависимости от горизонта планиро-
 разработаны средства визуального редактирова-
вания может гибко изменять шкалу отсчета.
ния структуры проектов и формирования модели.
Использование системного имитационного моде-
Внутренний механизм системного имитационного
лирования [4] позволяет по исходным данным (после-
моделирования основывается на событийном прин-
довательность выполнения работ сложного проекта,
ципе. При событийном моделировании сложных пла-
оценочная информация о длительности работ, объемах
нов выделяют узловые моменты динамики в виде
финансирования и исполнителях работ) получить:
основных событий проекта. Каждое событие выпол-
 сведения о состоянии проекта в заданные моменты времени;
 прогнозировать длительность фактического выполнения каждой из работ и всего проекта в целом;
няется мгновенно во времени, модельное время затрачивается только на переход от события к событию. Реализация событий во времени напоминает
цепную реакцию: при отработке любого события
 фиксировать критические и «рисковые» опера-
проекта планируется одно или несколько последую-
ции, затягивание которых нарушает директивные
щих (будущих) событий. Для этого организуется спи-
сроки выполнения проекта;
сок будущих событий проекта. Событийное модели-
 моменты начала и окончания работ (в случае,
если была задана оценочная информация, то уход от
рование обладает наибольшей гибкостью для описания сложных многоуровневых моделей и включает:
директивных сроков, а в случае отсутствия априор-
 список будущих событий проекта (упорядочен-
ной информации - ранние и поздние моменты нача-
ный по времени список событий, происходящих в
ла и окончания той или иной работы);
системе);
45
Информационные технологии
 список исполнителей в виде устройств имитационной модели (устройство может иметь n каналов);
 список очередей (с каждым устройством связывается очередь);
2) результаты по работе отдельных исполнителей: суммарное время работы по каждому проекту и по всем проектам; возможные очереди работ;
количество обслуженных работ; количество работ
 генератор заявок (обычно, моделирование про-
прошедших через очередь; среднее время ожидания
водится один раз, но в случае, если исходные дан-
работы в очереди к исполнителю; средняя и макси-
ные (например, длительность работы) заданы слу-
мальная длины очереди работ к исполнителю.
чайными законами распределения, то моделирование проводится многократно).
Первоначально структура проекта ГПРАТ задается в виде ненаправленного многоуровневого графа
В системе выделены два основных события, свя-
GSIS , в котором представлена многоуровневая дета-
занных с работами проекта: Eнj и Eкj – события
лизация создаваемого сложного технического ком-
начала выполнения и окончания j-й работы.
плекса (системы) АТ [3].
Одним из основных моментов при моделировании сетевого графика проекта являются условия
Для
ГПРАТ
имеем
«лес»
графов-проектов
GПР  U GSIS .
синхронизации выполнения работ. Как начало, так и
Далее головной менеджер ГПРАТ формирует
окончание любой j-й работы проекта определяются
многоуровневый состав исполнителей в виде мно-
множествами условий синхронизации Sнj и Sкj :
жества министерств, департаментов, головных орга-
Sнj  {Pj1 , Pj 2 ,...Pjv } , Sкj  {l j1 , l j 2 ,...l jw } .
При этом возможны следующие варианты:
 работа не может начать выполняться до тех пор,
низаций и организаций исполнителей –
BISP
(рис. 1).
Путем отображения
BISP  GSIS формируется
пока все предыдущие работы проекта, связанные с
граф многоуровневой организационной структуры
ней, не выполнятся (классическое условие синхро-
выполнения проекта ГПРАТ – GISP .
низации);
 работа начинает выполняться при выполнении
определенного числа предыдущих работ;
Исходя из существующих нормативных документов и ГОСТов к стадиям и этапам создаваемых
образцов ГПРАТ, а также учитывая этапы жизнен-
 ряд дополнительных условий синхронизации и
ного цикла АТ, формируется последовательно-
ограничения выполнения работы («не позже чем…»,
параллельная структура выполняемых работ –
«не раньше чем…», «так, как только возможно»,
PRAB , увязанная с организационной структурой ис-
«должна завершиться…», «должна начаться…»).
полнителей проекта GISP .
В ходе имитационного моделирования сетевого
графика ГПРАТ происходит накопление следующих
статистических данных:
1) результаты по ГПРАТ в целом: сроки выполнения программ, отдельных проектов и ГПРАТ;
суммарное время работы отдельных исполнителей
ГПРАТ; загруженность отдельных исполнителей;
список проектов, которые не уложились в директив-
В дальнейшем, в ходе имитационного моделирования и с учетом системного времени T , из этой
последовательности формируется сетевой график
работ – SETSIS .
Внутренний механизм системного имитационного
моделирования основан на:
 создании фреймовых моделей ГПРАТ (проекта
ные сроки; требуемый профиль финансирования
GSIS , организационной структуры GISP , последо-
программ и проектов;
вательно-параллельной структуры работ PRAB );
46
Информационные технологии
знаков вложенности. В программной модели учтены
следующие свойства: модель состоит из узлов (раI
бот) и переходов, описывающих последовательность выполнения; присутствуют условия синхронизации; под реализацией сетевого графика понимается реализация определенной совокупности переходов и узлов, достаточной для достижения цели
II
ГПРАТ.
Предложенный подход позволяет планировать
выполнение ГПРАТ с учетом сложного состава программы и связей между отдельными проектами.
С помощью системного имитационного модели-
III
рования учитываются разнообразные временные
аспекты ГПРАТ и различные условия синхронизации работ проектов.
Решена задача перепланирования, которая часто
возникает на начальных этапах формирования и
IV
выполнения ГПРАТ.
Рис. 1. Организационная структура ГПРАТ:
І – уровень министерств (q1 = 1); ІІ – уровень
департаментов, комитетов и др. (q11 = 1);
ІІІ – уровень головных исполнителей (q111 = 1);
IV – уровень организаций-исполнителей
Литература
1. Емад А.Р. Системный подход для обоснования
и выбора направлений развития авиационной техники // Радіоелектронні і комп’ютерні системи. –
 событийном принципе выполнения работ, увя-
2. Мазур И.И., Шапиро В.Д., Титов С.А. Управ-
занном с ходом системного времени T ;
 активном использовании задаваемых условий
синхронизации начала – Sнj и окончания работ Sкj .
При раскрытии и моделировании отдельных работ
вводится
понятие
вложенных
2005. – № 2 (10). – С. 140 – 146.
структур
{GSISj1,..., jQ , GISPk1,...,kL , PRABe1,...,eV } , где, например,
ление проектами: Справочник для профессионалов. – М.: Высш. шк., 2001. – 875 с.
3. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем – искусство и наука. – М.: Мир, 1978. – 418 с.
4. Федорович О.Е., Прохоров А.В., Бабынин Н.М. Системный логистический анализ и управ-
GISPk1,...,kL означает, что k-й головной исполнитель
ление распределенными технологическими ком-
имеет многоуровневую структуру из L уровней. На-
плексами производства сложных наукоемких изде-
личие вложенности структур определяется по зада-
лий машиностроения // Авиационно-космическая
ваемому признаку вложенности q j1 : 1 – для j-го
техника и технология. – Х.: Нац. аэрокосм. ун-т
узла присутствуют вложенные структуры нижних
«ХАИ». – 2002. – Вып. 28. – С. 33 – 38.
уровней; 0 – для j-го узла отсутствуют вложенные
Поступила в редакцию 30.06.2005
структуры нижних уровней.
Раскрытие вложенных структур осуществляется
в ходе имитационного моделирования с учетом при-
Рецензент: д-р техн. наук, проф. В.М. Илюшко,
Национальный
аэрокосмический
университет
им. Н.Е. Жуковского «ХАИ», Харьков.