Введение Создание (синтез) любой системы управления для технических или организационных объектов промышленных предприятий включает определение её структуры, т. е. базовых элементов (объект управления, управляющая система), их свойств и параметров, а также внутренних и внешних связей. В рамках большинства подходов классической и современной теории управления к задаче синтеза предполагается, что структура системы управления заранее известна, определена. Однако реальное функционирование системы управления, как правило, обусловлено возмущающими воздействиями внешней среды (изменение целей и ограничительных условий функционирования системы, постоянно обновляющиеся требования пользователей системы, различного рода помехи). Для того чтобы компенсировать эти возмущения, устранять помехи, добиваться поставленных целей и реализовывать изменяющиеся требования, системе управления недостаточно осуществлять традиционную адаптацию параметров и структуры механизма функционирования объекта и правил управления - ей необходимо изменять структуру любых своих элементов заранее неизвестным образом, что обусловлено непредсказуемостью влияний внешней среды (например, рыночных условий). В связи с этим появилась необходимость в создании класса систем с изменяющейся структурой (функциональные элементы системы и связи между ними), в отличие от систем с фиксированной структурой, в которых совокупность функциональных элементов и характер связей между элементами остаются неизменными. Существует целый ряд исследований отечественных и зарубежных ученых, посвященных системам управления, функционирующим в условиях неопределенности, в том числе системам управления с изменяющейся структурой [1-6]. Однако в этих исследованиях рассматриваются, как правило, только отдельные вопросы данной проблематики. Так, в широко известных работах школы С. В. Емельянова, например в [3], изменения реализуются в рамках заданного набора структур, и лишь по отношению к управляющей части системы управления с переменной структурой (СПС), структура объекта управления при этом не затрагивается. Развитием идеи СПС являются системы управления со структурным разнообразием (ССР), в которых дополнительно изменяется структура объекта управления. Дальнейшим развитием теории СПС и ССР явились системы нового класса, предлагаемые нами. Это так называемые системы управления со структурной неопределенностью (СУ СНО). Системы управления со структурной неопределенностью Системы управления со структурной неопределенностью отличаются от СПС и ССР (в широком смысле) тем, что будущие структуры СУ СНО, а также процедуры их формирования/изменения и количество возможных структур заранее не заданы. Это возможно за счет включения в систему управления регулярно действующей подсистемы - системы анализа, оптимизации и изменения структур - оптимизационной системы (ОС), которая осуществляет анализ действующей структуры, выявляет ее недостатки, принимает решения о необходимости изменения элементов системы, разрабатывает, внедряет и эксплуатирует новые структуры. Представление о простейшей СУ СНО, в основу которого положены известные разработки в области ССР и СПС, дает рис. 1 (непрерывными линиями описана исходная структура системы, а пунктирными линиями и тенями - ее возможное развитие в процессе функционирования). Рис. 1. Система управления со структурной неопределенностью: - изначально заданные элементы структуры и связи системы управления; - создаваемые (в процессе функционирования) структурные элементы и связи; - воздействия в виде структурных изменений; ОК - основной контур управления; КО - контур оптимизации; - исходные и измененные выходные воздействия ОУ; - исходные и измененные параметры состояния ОУ; - исходные и измененные управляющие воздействия на ОУ; - исходные и измененные внешние воздействия на ОУ; - исходные и измененные внешние воздействия на УС; - воздействия в виде изменения структур, элементов, связей и параметров УС и ОУ; - оценочные значения выходных воздействий; Цисх (t), Цизм (t) - исходные и измененные цели системы управления; Ц(t) - цели системы управления Конкретизация системы управления со структурной неопределенностью для ИТ-деятельности Особенно широкое распространение СУ СНО получили в ИТ-деятельности (организационных системах управления жизненным циклом ИТ-сервисов), где невозможно заранее предугадать в структуре системы управления ИТ-услугами (сервисами) изменения внешних факторов, таких как законодательство, бизнес-требования, которые необходимо отразить в действующих ИТ-сервисах, например в автоматизированной системе расчета заработной платы. Конкретизация СУ СНО применительно к управлению ИТ-деятельностью со встроенной ОС представлена на рис. 2. Рис. 2. Конкретизация системы со структурной неопределенностью применительно к управлению ИТ-сервисами: СУ ППУ - система управления производством (стратегия, проектирование, внедрение и утилизация) и предоставлением (эксплуатация) ИТ-услуг; СУАП - система управления ИТ-активами провайдера; СУОП - система управления объектом потребителя сервиса; Wп(t), WP(t) - внешние воздействия на объект потребителя и систему управления ИТ-процессами в момент t; θnП (t) - управляющие воздействия от СУОП, направленные на эффективное применение и изменение свойств ИТ-сервиса; Xp - переменные состояния ИТ-процессов; YП (t) - выходное воздействие объекта потребителя; Ysn (t) - обратная связь от СУОП; Up (t) - управляющие воздействия на ИТ-процессы; Ц(t) - цели и ресурсы от вышестоящих систем; ЦП(t), Цp (t) - цели и ресурсы управления объектом потребителя и процессами ИТ-провайдера; SPk - совокупность сервисов, подлежащих обработке соответствующими процессами Pk при k{1, 2, 3, 4, u}; P1(SP1), ..., P4(SP4) - процессы стадий жизненного цикла сервиса: 1 - разработки стратегии, 2 - проектирования, 3 - внедрения, 4 - эксплуатации, u - утилизации На рис. 2 выделены два уровня системы управления производством и предоставлением ИТ-услуг. На первом уровне решаются задачи реализации и оптимизации процессов P1(SP1), ..., P4(SP4) стадий жизненного цикла сервисов с учетом прямых и обратных связей между ними в пределах установленных операционных бюджетов (ОК). Второй уровень (КО) инициирует, формирует и контролирует исполнение проектов по совершенствованию ИТ-процессов, которые требуют инвестиций. Система управления ИТ-активами провайдера решает задачу по поддержанию эффективности каждого ИТ-процесса на заданном уровне, определяемом плановыми значениями показателей эффективности ИТ-процессов и плановыми затратами [7]. Затраты на процесс - и эффективность - являются связанными величинами, большая эффективность процессов требует, как правило, больших затрат. В то же время цель СУАП состоит в стабильном функционировании ИТ-процессов с согласованным с потребителем уровнем эффективности. Нецелесообразна эффективность процессов больше согласованного уровня, т. к. инвестиции в процессы не будут возвращены. Это означает, что, если качество процессов достигло согласованного уровня, то следует снижать издержки на процессы либо инвестировать в эти процессы. Процессы ИТ-провайдера (производства и предоставления ИТ-услуг) являются наиболее динамичными активами, посредством модификации которых поставщик услуг может быстро адаптироваться к изменению внешних и внутренних условий. Повышая эффективность ИТ-процессов, провайдер сохраняет и (или) повышает свою конкурентоспособность на рынке производства и предоставления ИТ-услуг. Регулярная оптимизация ИТ-процессов в непрерывно изменяющихся условиях функционирования требует создания в рамках системы управления производством и предоставлением ИТ-услуг специальной ОС управления, которую можно использовать на стадии непрерывного улучшения сервиса (Continual Service Improvement - CSI) [8]. Основная цель ОС управления ИТ-услугами - поддержание конкурентоспособного уровня эффективности ИТ-процессов поставщика услуг в условиях воздействия контролируемых и неконтролируемых возмущений, которая достигается приведением свойств процессов и, соответственно, ИТ-сервисов, изменяющимся во времени потребностям потребителей услуг [9]. Достижение этой цели оценивается по динамике показателей эффективности процессов, ключевыми из которых являются удовлетворенность потребителей, общие затраты на функционирование процессов, показатели эффективности отдельных процессов и их совокупностей. Однако улучшение перечисленных показателей эффективности ОС не гарантирует достижения конкурентоспособности ИТ-провайдера. Для сохранения и повышения конкурентоспособности в рыночных условиях поставщику услуг недостаточно улучшать эффективность ИТ-процессов относительно достигнутого уровня (эту задачу решает СУ ППУ, представленная на рис. 2) - необходимо делать это не хуже конкурентов [10], т. е. таким образом, чтобы эффективность (рентабельность) всех его процессов РСУАП (включая процессы ОС) была не ниже некоторого текущего порогового уровня, определяемого рынком ИТ-услуг. Для рентабельного функционирования собственно ОС необходимо, чтобы совокупные затраты на функционирование ОС и на инициируемые ей оптимизационные проекты компенсировались снижением затрат на функционирование усовершенствованных процессов и эффектом от применения ИТ-сервисов, созданных и поддерживаемых новыми процессами. Пусть и - два последовательных отчетных периода (квартала, полугодия, года) функционирования ОС. Обозначим как и издержки провайдера на функционирование ОС и инвестиции в проекты по совершенствованию процессов в периоде . Пусть и - затраты на процессы провайдера в периодах и . Тогда изменение затрат на процессы будет: (1) Заметим, что может быть как положительной, так и отрицательной величиной, в зависимости от того, на что направлены оптимизационные проекты - на снижение издержек (эффективность по затратам) или на повышение показателей эффективности процессов (эффективность по целям). Пусть - множество тех сервисов s из каталога , которые созданы в периоде и (или) поддерживаются в периоде усовершенствованными процессами. Пусть , а и - добавленная стоимость, созданная сервисом s в периодах и соответственно . Тогда увеличение добавленной стоимости , обусловленной улучшением ИТ-процессов, будет: . (2) С учетом (1) и (2) ожидаемая рентабельность в периоде определяется по формуле (3) Это означает, что условием рентабельного функционирования ОС является неотрицательность числителя в формуле (3). Пример изменения структуры информационно-управляющей системы Рассмотрим пример оптимизации информационно-управляющей системы (ИУС) конкретного производственного объекта - прокатного стана 450 (рис. 3). Рис. 3. Схема взаимодействия между ИУС обжимного и среднесортного цехов металлургического предприятия: DMZ - демилитаризованная зона Изменение структуры ИУС влияет на производственные показатели эффективности промышленного предприятия и снижает риски внеплановых простоев технологического оборудования. Изначально передача данных между ИУС цехов металлургического предприятия (обжимного и среднесортного) осуществлялась в режиме ручного документооборота. Затем был разработан и реализован проект его замены автоматической системой передачи данных по каналам связи и, соответственно, изменения структуры системы управления, что снизило риски остановки прокатного стана из-за отсутствия информации о заготовках в десятки раз. На рис. 4 приведен пример изменения одного из показателей эффективности ИУС прокатного стана 450 до и после изменения структуры ИУС производственного объекта. На рис. 4, а представлена длительность ручного ввода данных о пришедших из обжимного в среднесортный цех партиях заготовок за один месяц - с 01.04.2013 по 30.04.2013. Нормативное время ввода данных для среднесортного цеха составляет 1,2 мин/сут. На рис. 4, а видно, что нормативное время ввода данных превышено, т. е. > 1,2 мин/сут. Ввиду этого был предложен проект по смене инфраструктуры ИУС, представляющий собой канал связи, который объединяет информационные системы или локальные сети обжимного и среднесортного цехов предприятия. Согласно рис. 4, б, где приведены данные посуточного простоя технологического агрегата после внедрения проекта - с 01.05.2013 по 31.05.2013, изменение структуры системы, вследствие внедрения оптимизационного проекта (по созданию автоматической системы передачи данных по оптоволоконным каналам связи) приводит к постепенному снижению показателя длительности ввода данных - с 1,57 до 0,78 мин/сут, т. е. на 50,3 %. Это соответствует снижению простоев оборудования среднесортного цеха из-за задержки данных о заготовках на ч/год. а б Рис. 4. Длительность ввода данных: а - до изменения структуры ИУС производственного объекта; б - после изменения структуры ИУС Оценим экономический эффект от смены структуры. Средняя производительность среднесортного цеха составляет 220 т/ч. Дополнительный выпуск продукции стана 450 после внедрения проекта по смене структуры ИУС т/год. Прибыль с тонны готовой продукции на стане 450 составляет 790 руб./т. Таким образом, экономический эффект от смены структуры руб./год. Заключение Таким образом, в ходе исследования получены следующие результаты: - предложена система управления со структурной неопределенностью (СУ СНО), которая относится к новому классу систем управления и отличается от СПС тем, что количество будущих структур СУ СНО, а также процедуры их формирования заранее неизвестны; - выполнена конкретизация СУ СНО применительно к ИТ-деятельности; - приведен пример внедрения ОС в существующую ИТ-инфраструктуру предприятия для улучшения показателей работы ИУС; - приведены графики длительности простоев агрегата до и после изменения структуры ИУС вследствие работы ОС; - экономический эффект от смены структуры составляет более 800 тыс. руб.