Математическая
морфология.
Электронный
математический и медико-биологический журнал. - Т. 13. -
Вып. 4. - 2014. - URL:
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-44-html/TITL-44.htm
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-44-html/cont.htm
УДК
65.011.56, 519.876.2
Построение моделей представления деятельности для реализации
процессного управления в сложных организационно-технических системах
Ó 2014 г.
Сысков В. В., Борисов В. В.
В статье описана задача процессного управления в
сложных организационно-технических системах. Выработана обобщенная схема работы
должностных лиц и указаны особенности описания деятельности в сложных системах.
Выполнено формализованное описание моделей представления деятельности на основе
существующих методов, оценена возможность учета особенностей деятельности при
формализации. Предложен способ построения моделей представления коллективной
деятельности, основанный на декомпозиции процессов на более простые процессы и
дальнейшем их согласовании относительно цели деятельности. Он позволяет
обеспечить реализацию процессного управления в сложных системах за счет
организации взаимодействия внутри организационных структур, учета правил
выполнения и информационного обеспечения деятельности.
Ключевые слова: сложная
организационно-техническая система; коллективная деятельность; процессное
управление; модель деятельности; бизнес-процесс.
При рассмотрении вариантов реализации, особенностей автоматизации процессов функционирования сложных организационно-технических систем, обладающих свойствами распределенности, иерархичности и гетерогенности, таких как функциональные подсистемы различного назначения АСУ органов государственного (военного) управления [1] и корпоративные информационные системы предприятий [2], выявлена проблема недостаточной эффективности организации коллективной деятельности.
Эта проблема связана, в
частности с трудностями контроля выполнения задач и информационного обеспечения
деятельности, а также сложностью учета правил выполнения и целей деятельности,
в частности с субъективностью выполнения задач [3], при реализации процессного
управления в сложных организационно-технических системах (далее по тексту –
сложных системах).
Анализ ограничений,
сопутствующих реализации процессного управления в сложных системах, позволяет
сделать вывод о необходимости совершенствования существующих моделей описания
деятельности – на основе синхронных процессов, детерминированного поведения,
связанных событийных процедур, потоков работ и т. п., разработки новых моделей
представления коллективной деятельности и способов задания таких моделей.
2. Задача процессного управления в сложных организационно-технических
системах
Проблема недостаточной эффективности
автоматизации процессов деятельности в сложных системах зачастую возникает
из-за несогласования цели деятельности [4]. Процесс 
, описывающий функционирование некоторой сложной системы, обозначим
символом 
, указывающим на выполнение в системе взаимосвязанных организационных,
информационных и рабочих процессов. Совокупность всех вариантов функционирования
сложной системы, поведение которой описывается процессом 
, обозначим символом 
.
Исходя из этого, задача
процессного управления в сложных системах формулируется как задача согласования
взаимодействующих процессов 
, 
и 
, составляющих процесс , для достижения цели деятельности:
|
|
|
|
где |
согласование
составляющих сложного процесса |
|
|
цель
деятельности, описываемой процессом |
В соответствии с приведенной формулировкой коллективная деятельность, согласуемая для достижения цели сложной системы, определяется таким порядком развертывания организационных, информационных и рабочих процессов, при котором показатель качества управления будет иметь максимальное значение.
3. Обобщенная схема работы должностных лиц в сложных
организационно-технических системах
В ходе анализа реализации процессов функционирования сложных организационно-технических систем [1, 2, 5], обозначенных во введении, выработана обобщенная схема работы должностных лиц, которая описывает некоторый вариант процессного управления, реализуемого на нескольких уровнях. Концепция исследования организации деятельности основана на рассмотрении нескольких связанных процессных уровней, отличающихся характерами выполняемых работ.
В соответствии с этим, в представленной на рис. 1 схеме отражены:
- организационные процессы (управленческий уровень);
- информационные процессы (коммуникационный уровень);
- рабочие процессы (исполнительский уровень).
При реализации функций управления на одном из уровней организационной структуры (например, верхнем) лицами, принимающими решения, на основании полученной из внешней системы директивы осуществляется уяснение задачи, оценка состояния, выработка замысла и определение порядка решения задачи, анализ предварительного решения и принятие итогового решения.
После уяснения задачи, в
случае необходимости, операторами осуществляется подготовка дополнительных данных,
она заключается в приеме исходных данных и обобщении данных, полученных из
различных источников (справочная, нормативна информация). В других случаях
может потребоваться выполнение различных производственных операций – обработки
данных, выполнения расчетов и т.п.
Исходные, а также полученные
после уяснения задачи дополнительные данные используются при оценке состояния,
результаты которого обеспечивают выработку замысла решения задачи. В
соответствии с этим замыслом осуществляется определение порядка решения задачи,
которое может заключаться в выборе рациональных значений параметров работы на
нижестоящих уровнях, с последующим делегированием задачи на нижние уровни
организационной структуры (средний или нижний уровни) с целью подготовки
материалов для принятия решения. Затем, на среднем или нижнем уровнях организационной
структуры реализуется деятельность, содержащая работы, подобные приведенным
выше работам.
Рис. 1. Обобщенная схема работы должностных лиц
Отдельно на схеме следует выделить процессы информационного взаимодействия, которые обеспечивают формирование указаний и докладов, оформление решения, а также документирование результатов решений расчетных задач за счет формирования и трансляции соответствующих документов заинтересованным должностным лицам. Так, принимаемые на нижестоящих уровнях организационной структуры решения транслируются на верхние уровни, а итоговое решение – во внешнюю систему.
Представленная обобщенная схема
работы должностных лиц, в сложных системах отражает особенности совместной
деятельности, заключающиеся в асинхронном выполнении взаимосвязанных
организационных, информационных и рабочих процессов, учете организационных
связей и правил управления процессом, возможности реализации мониторинга и
целеполагания. Это позволяет сформулировать принципы многоуровневого
процессного управления в сложных организационно-технических системах, которые
подразумевают, что:
1) деятельность должностных лиц рассматривается на нескольких связанных процессных уровнях – управленческом, коммуникационном и исполнительском, где организация деятельности требует согласования реализуемых бизнес-процессов, являющихся ключевыми объектами моделирования;
2) организационные процессы, определяемые иерархической структурой организации, рассматриваются во взаимосвязи с обеспечивающими процессами, разворачиваемыми на коммуникационном и исполнительском уровнях;
3) модели представления деятельности требуют поддержки организационных связей в системе, учета правил выполнения и организации информационного обеспечения деятельности.
4. Пример описания моделей деятельности в сложных
организационно-технических системах
Для выработки решений по
разработке новых моделей представления коллективной деятельности и способов
задания таких моделей рассмотрим пример описанного в нотации BPMN
некоторого несложного процесса , который отражает последовательность производственных работ,
заключающихся в подготовке данных и выполнении расчетов, а также определении
результирующих показателей.
Подобный процесс может быть
исполнен в существующих системах управления бизнес-процессами (BPMS) и
имеет вид как показано на рис. 2.
Рис. 2. Пример процесса
С
учетом различных условий (получение сигнала, срабатывание таймера), этот процесс
может иметь различные варианты выполнения:
|
|
|
|
где |
невыполнимый
процесс; |
|
|
процесс
определения результирующих показателей; |
|
|
последовательное
выполнение процессов; |
|
|
процесс
подготовки данных и выполнения расчетов. |
Дополнив описание правилами, можно предложить следующую
запись рассматриваемого процесса, выполненную на основании [6] – 
, где 
– правило прекращения подготовки
данных по указанию сверху, 
– правило прекращения подготовки
данных при превышении допустимого времени выполнения расчетов
(
), 
– пустой
процесс. Пустой процесс в данном случае задает альтернативный поток выполнения,
когда время выполнения расчетов превысит некоторую величину, заданную в таймере.
При этом в процессе произойдет срабатывание граничного таймера, который передаст
поток управления на завершающий процесс 
, прервав процесс 
.
В
свою очередь, процесс с учетом результатов расчетов
может иметь различные варианты выполнения:
|
|
|
|
где |
процесс анализа и подготовки данных; |
|
|
процесс выполнения математических расчетов. |
Исходя из чего, можно предложить следующую запись
этого процесса – 
, где 
– правило продолжения расчетов
при получении искомого результата в первом расчете. Особенностью приведенной
записи является учет рекурсивности, в случае невыполнения правила .
В ходе анализа и подготовки данных одновременно выполняются
пользовательские действий «Анализ данных обстановки», «…» и «Подготовка
справочных данных», что можно представить в виде – 
. Это
равносильно выражению – 
, где 
– параллельное
выполнение процессов [7], 
– добавление ресурса (при использовании
символа 
), в
данном случае указания на определение показателей, или вывода ресурса (при
использовании символа 
)
относительно процесса [8].
В результате анализа данных
обстановки, описанной выражением 
, в процессе не появляется новый ресурс – элемент 
, который определяет пустой ресурс. При подготовке справочных данных – 
– формируется
новый ресурс – 
, где 
– функция, обеспечивающая
преобразование исходных данных 
в новый информационный ресурс 
.
Далее, после выполнения
процесса 
, осуществляется последовательное выполнение некоторых расчетов. При
отсутствии искомого результата в первом расчете, согласно логике
рассматриваемого бизнес-процесса, после этого формируется событие о граничной
ошибке, это событие приводит к выходу из текущего процесса и возврату к
процессу «Анализ и подготовка данных». Поэтому при выполнении расчетов возможны
различные варианты выполнения:
|
|
|
|
где |
процесс
выполнения расчета с использованием аналитической модели; |
|
|
процесс
выполнения расчета с использованием имитационной модели. |
Указанное позволяет предложить следующую запись
процесса выполнения расчетов – 
, что равносильно выражению – 
. При этом составляющие 
можно представить в виде – 
и 
.
Первый расчет, реализуемый
пользователем, может быть описать как – 
, входные данные для которого формируются как объединение данных,
полученных на предыдущих шагах – 
. В результате чего формируется ресурс – 
, где 
– аналитическая модель, которая
обеспечивает выполнение действия 
. Результат преобразования используется далее в качестве входных данных
для 
при
выполнении второго расчета, реализуемого с помощью имитационной модели – 
.
Для наглядности
пользовательское действие , а также 
и 
будем считать конечными
(неделимыми). В других ситуациях, когда это будет целесообразно, подобные
действия возможно рассматривать как составные процессы, включающие некоторые комбинации
действий, например ввода пользователем дополнительных данных в систему или
анализ им результата некоторого расчета.
Полученный с помощью
имитационной модели результат – 
– обеспечивает
нормальное выполнение результирующего процесса с использованием исходных данных
и результатов имитационного моделирования – 
. В альтернативном случае, когда выполнение расчетов будет прервано
(при срабатывании правила 
), определение результирующих показателей будет выполняться лишь с использованием
исходных данных.
В итоге завершающий процесс возможно записать в виде 
. При такой записи содержание процесса 
возможно задавать единообразно в
обоих случаях – 
, когда результатом действия 
будет являться ресурс 
, содержащий искомые показатели.
К
приведенному описанию следует добавить, что рассмотренный составной процесс начинается асинхронно – с
момента получения указания 
на определение показателей.
Представленное графическое и
математическое описание модели представления деятельности на примере процесса позволяет рассмотреть возможность формализации
особенностей деятельности должностных лиц, выполняемой на нескольких связанных
процессных уровнях в сложных системах.
Учитывая возможность возникновения событий, прерывающих выполнение либо определяющих ту или иную ветвь выполнения процесса, при формализации процесса необходимо рассматривать различные варианты его функционирования.
Одним из способов
представления вариантов функционирования процесса является описание его
последовательности действий (трасс), когда составляющие его действия выполняются
последовательно согласно [8]. Для процесса некоторые варианты будут иметь
вид:
|
|
|
|
где |
вариант
функционирования процесса; |
|
|
некоторое
действие; |
|
|
выполняемое
повторно действие |
Данное представление, реализующее упорядочение хронологии выполнения действий (линеаризацию) в рамках искомого порядка выполнения, обеспечивает рассмотрение всех вариантов функционирования процесса [8]:
|
|
(1) |
||
|
где |
система,
относящаяся к классу взаимодействующих систем, описываемых исчислением
процессов [9] – |
||
|
|
совокупность
всех линеаризаций простого процесса |
||
Допущение
о возможности последовательного выполнения действий внутри процесса или
процессов не всегда применимо к сложным системам, обеспечивающим реализацию
коллективной деятельности. Например, в рассматриваемом примере указанное не
позволяет рассмотреть одновременное выполнение процессов анализа и подготовки
данных – 
и 
.
Помимо этого, процесс , являясь относительно несложным, отражает производственные работы,
реализуемые на исполнительском уровне. При этом данный процесс является одним
из многих фрагментов более сложной деятельности и начинает выполняться,
например, после уяснения задачи на одном из уровней организационной структуры
системы, а результаты его выполнения используются при оценке состояния или
выработке замысла решения задачи.
Поэтому модели представления
деятельности из примера, описанные на основе подходов [6–9], не позволяют в полной
мере отражать процессы организации и информационного обеспечения деятельности в
сложных системах. В связи с чем, в этих моделях невозможно:
- указывать передачу управления в случае выхода из процесса по ошибке, когда управление передается на процесс верхнего уровня, или выбора того или иного пути прохождения процесса, например, при разветвлении процесса;
- учитывать условия выполнения альтернативного процесса, в случае срабатывания таймера или при наступлении другого события, например, при получении сигнала;
- описывать одновременное выполнение процессов, их согласование;
- отражать ресурсы, которые не являются обрабатываемыми в BPMS артефактами.
Для устранения возникших ограничений предлагается способ построения
моделей представления коллективной деятельности в сложных системах, который
заключает в следующем.
Шаг 1. Выполнить декомпозицию процессов коллективной
деятельности. При этом описание составляющих процессов и действий
осуществляется с учетом организационной структуры и правил выполнения работ – 
, а также указанием перечней групп должностных лиц – 
, ролей, которые исполняют пользователи – 
, и обрабатываемых ресурсов – 
.
Правила
для рассматриваемого процесса можно задать следующим образом:
|
|
|
(2) |
|
|
где |
вариант
выполнения процесса |
||
Иллюстрацией данного шага может служить следующая структуризация рассмотренного в примере процесса на макроуровне, представленная на рис. 3.
Рис. 3. Процесс, структурированный на макроуровне
Шаг 2. Выявить простые, в
том числе синхронные процессы, которые возможно описать с использованием
существующих подходов. В рассмотренном примере – это процессы 
, 
,
,
.
Шаг 3. Выявить сложные, в
том числе ветвящиеся, требующие согласования и асинхронные процессы, при
описании которых с использованием существующих методов возникают сложности,
указанные выше. В рассмотренном примере – это те процессы, для которых
определены правила, заданные в (2), – и 
.
Шаг 4. Выполнить описание простых
процессов согласно способу, предложенному при описании примера на основе
методов, описанных в [6–9]. Задание
детерминированных и составных процессов и действий при этом осуществляется в соответствии с примером, представленным
выше, а именно:
|
|
|
|
где |
операция
последовательной композиции процессов; |
|
|
операция
комбинации процессов; |
|
|
операция
префиксинга – добавления ( |
|
|
условие
(правило) выполнения альтернативного процесса, |
|
|
некоторое множество индексов
процессов и действий; |
|
|
одна
из констант процессного управления: |
|
|
указание
необязательного элемента. |
Шаг 5. Выполнить описание сложных процессов. Для
определения конкретного варианта выполнения ветвящихся, требующих согласования
и асинхронных процессов введена операция 
, которая определяет порядок развертывания во времени сложного
(составного) процесса :
|
|
|
|
где |
совокупность
всех линеаризаций составляющих сложного процесса |
|
|
операция
развертывания сложного процесса |
Символом 
определено множество всех
порядков развертывания сложного процесса , состоящего из простых процессов более низкого уровня. В их качестве с
целью упрощения в выражении рассмотрены процессы , и , которые в реальных системах также могут являться сложными.
Таким образом, порядок
развертывания сложного процесса определяется посредством
согласования простых процессов, а все линеаризации для этих простых процессов
задаются согласно формуле (1). Введение операции 
для построения моделей
представления коллективной деятельности в сложных системах обеспечивает не только
задание неединственного порядка развертывания, который может описывать лишь потоки
работ в линейных процессах, но и в полной мере отражать взаимосвязанные с ними
организационные и информационные процессы, а также учитывать организационные связи
и правила управления процессом.
Представленное графическое и математическое описание моделей
коллективной деятельности в сложных организационно-технических системах,
выполненное на основе алгебры синхронно взаимодействующих процессов, алгебры
поведений и теории процессов, позволило рассмотреть возможность формализации
выявленных особенностей задания деятельности.
В результате разработаны модели представления деятельности для простых
процессов, заключающихся в подготовке данных, выполнении расчетов и определении
некоторых показателей, а также предложен способ построения моделей
представления коллективной деятельности, основанный на декомпозиции процессов
на более простые процессы и дальнейшем их согласовании. Этот способ позволяет
обеспечить реализацию процессного управления в сложных системах за счет
организации взаимодействия внутри организационных структур, учета необходимых
для этого ресурсов и правил выполнения деятельности. Особенностью предлагаемого
способа построения моделей деятельности является учет не единственного порядка
развертывания, а ветвящихся и асинхронных процессов, при описании которых с
использованием существующих математических методов возникают сложности.
Таким образом, предложенные решения по построению моделей представления
деятельности направлены на решение проблем, возникающих при формализации
процессов функционирования в сложных системах, предназначенных для решения
задач анализа, планирования и управления во многих областях, с целью
согласования деятельности должностных лиц для достижения общей цели.
Литература
1. Сысков В. В.,
Коваленко Д. В., Фенске А. В., Богатырёв В. В.
Развитие способа процессного управления деятельностью боевых расчетов систем и
средств ВКО // Радиопромышленность. М.: ЦНИИ «Электроника», 2014. № 1.
с. 80-89.
2. Захарченков К. В. Разработка метода, моделей и
технологии оценки эффективности процессов управления в корпоративных
информационных системах: дис. … канд. техн. наук: 05.13.10. Могилев:
Белорусско-Российский университет, 2014. 231 с.
3. Чеботарев В. Г., Громов А. И.
Роль субъективности в бизнес-процессах // Бизнес-информатика. М.: НИУ ВШЭ,
2013. № 1 (23). С. 3–9.
4.
Jeston J., Nelis J. Business Process Management: Practical Guidelines
to Successful Implementations. Oxford: Elsevier, 2006. 438 p.
5. Кузнецов Н. А., Кульба В. В., Ковалевский С. С.,
Косяченко С. А. Методы анализа и синтеза модульных информационно-управляющих
систем. М.: Физматлит, 2002. 800 с.
6.
Bergstra J. A., Klop J. W. Process algebra for synchronous communication //
Information and Control. NY: Academic Press, Inc., 1984. № 60. pp. 109–137.
7. Борисов Е. С. Агенториентированная технология
построения систем искусственного интеллекта [Электронный ресурс] // Сайт Е. С.
Борисова. 2014. Режим доступа: http://mechanoid.kiev.ua/ai-agents.html,
свободный.
8. Миронов А. М. Теория процессов.
Переславль-Залесский: Университет города Переславля, 2008. 344 с.
9. Milner
R. A. Calculus of Communicating Systems. Edinburgh: University of Edinburgh,
1986. 171 p.
Development of activity
models for the implementation of process management in complex organizational
and technical systems
Syskov V. V., Borisov
V. V.
This
article denoted the problem of process management in complex organizational and
technical systems. Defined a generalized scheme of the work of officials and
listed the features of activity description in complex systems. It was a
formalized description of activity models based on existing methods, evaluated
the possibility of account the identified features of activity. It was
suggested a method for development of activity models based on decomposition of
processes into simpler workflows and further align their purposes of activity.
It enables the implementation of process management in complex systems due to
the organization of interaction within the organizational structures, accounting
rules and information management activities. It enables the implementation of
process management in complex systems due to the organization of collaboration
within the organizational structures, accounting rules of activities execution
and information support of operation.
Key words:
complex organizational and technical system; collective activity; process
management; activity model; business process.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного
проекта № 14-07-00338_а,
а также в рамках базовой части государственного задания Минобрнауки России № 2014/123 на выполнение
государственных работ в сфере научной деятельности, проект № 2493.
The reported study was partially
supported by RFBR, research project No. 14-07-00338_а, and by Ministry of
Education of Russia, project No. 2493 in basic part of the state task
No. 2014/123.
В.В. Сысков,
к.т.н., главный научный сотрудник Отдела компьютерных моделирующих
систем и тренажеров ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт
экономики, информатики и систем управления»,
slavacestmoi@gmail.com
В.В. Борисов,
д.т.н., профессор, профессор кафедры вычислительной техники, филиал
ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Смоленске,
vbor67@mail.ru
Отдел
компьютерных моделирующих систем и тренажеров ФГУП
«Центральный
научно-исследовательский институт экономики,
информатики
и систем управления»
Кафедра вычислительной техники, филиал ФГБОУ ВПО
«Национальный исследовательский университет «МЭИ» в г. Смоленске,